Informace o lidském mozku naleznete v článku.
U zvířat funguje mozek neboli encephalon (řecky „v hlavě“) jako řídicí centrum centrální nervové soustavy. U většiny živočichů je mozek umístěn v hlavě v blízkosti primárního smyslového aparátu a úst. Zatímco všechny nervové soustavy obratlovců mají mozek, nervové soustavy bezobratlých mohou mít buď centralizovaný mozek, nebo soubory jednotlivých ganglií. Mozek je nesmírně složitý orgán; například lidský mozek je souborem 100 miliard neuronů, z nichž každý je propojen až s 25 000 dalšími . Tento obrovský počet vzájemně propojených neuronů – často označovaný jako nervový soubor – umožňuje mozku provádět tak složité procesy.
Většina mozků vykazuje viditelné rozdíly mezi šedou a bílou hmotou. Šedá hmota se skládá z buněčných těl neuronů, zatímco bílá hmota se skládá z vláken (axonů), která spojují neurony na velké vzdálenosti. Celá vnější viditelná vrstva mozku se nazývá mozková kůra, která se skládá především z šedé hmoty. V celé centrální nervové soustavě se však nacházejí také hlubší struktury šedé hmoty zvané jádra. Axony této bílé hmoty jsou obklopeny tukovým izolačním obalem zvaným myelin, který bílé hmotě propůjčuje charakteristickou barvu.
Studium mozku je známé jako neurověda, což je biologický obor zaměřený na pochopení funkcí mozku na všech úrovních, od molekulární až po psychologickou.
Ve filozofii mysli se někdy rozlišuje mezi myslí a mozkem. Mozek je definován jako fyzická, biologická hmota obsažená v hlavě, která je zodpovědná za všechny elektrochemické neuronální procesy. Mysl však existuje jako něco mimo mozek. Mysl je někdy považována za vědomí, duši nebo jiné nefyzické centrum myšlení.
Neschopnost určit, co je vědomí, vedla k problému mysli a těla.
Někteří filozofové, například zastánci teorie silné umělé inteligence, se domnívají, že mysl je analogická počítačovému softwaru a mozek počítačovému hardwaru.
Dřívější názory na funkci mozku jej považovaly za pouhou výplň lebky. Ve starověkém Egyptě se od konce Střední říše při přípravě na mumifikaci mozek pravidelně odstraňoval, protože se předpokládalo, že právě srdce je sídlem inteligence. Podle Hérodota se při prvním kroku mumifikace „nejdokonalejší praxí je vyjmout co největší část mozku železným hákem, a to, na co hák nedosáhne, se smíchá s drogami“. Během následujících pěti tisíc let se tento názor obrátil; nyní je známo, že mozek je sídlem inteligence, i když idiomatické varianty toho prvního zůstávají, jako například zapamatování si něčeho „nazpaměť“.
První myšlenky oboru psychologie pocházejí od antických filozofů, včetně Aristotela. S tím, jak se filozofové postupem času stále více sbližovali s lékařským výzkumem, vznikla myšlenka psychologie. Od tohoto okamžiku se objevily různé obory psychologie, v nichž různí lidé vytvářeli nové myšlenky.
Moderní neurověda zažívá rychlý rozvoj díky dostupnosti počítačů, které jsou schopny zvládnout intenzivní zpracování potřebné pro pochopení tak složitého systému. Neurovědci používají ke studiu mozku na různých úrovních – od molekul až po systémy – různé přístupy. Byly nashromážděny rozsáhlé poznatky o elektrofyziologických vlastnostech různých typů neuronů a jejich reaktivitě na neurotransmitery. Záznamy z mozků bdělých, chovajících se zvířat, jejichž průkopníkem byl Edward Evarts, pomáhají dekódovat střelbu neuronů během různých chování a kognitivních procesů. Miguel Nicolelis zavedl techniky multielektrodového záznamu, které vedly k vytvoření základních rozhraní mozek-počítač. Rychle se rozvíjející techniky neurozobrazování, jako např. umožňují vědcům studovat mozek u živých lidí a zvířat způsobem, který jejich předchůdci nemohli.
(Viz související článek na Seznam oblastí lidského mozku)
Schéma znázorňující hlavní dělení embryonálního mozku obratlovců. Tyto oblasti se později diferencují do struktur předního, středního a zadního mozku.
Podle hierarchie založené na embryonálním a evolučním vývoji se mozek chordátů skládá ze tří oblastí, které se později vyvinou do pěti celkových oddílů:
Mozek lze také rozdělit podle funkcí, například na:
Struktura lidského mozku se od mozku jiných živočichů liší v několika významných ohledech. Tyto rozdíly umožnily vznik mnoha schopností, které převyšují schopnosti jiných živočichů, například pokročilých kognitivních schopností. Lidská encefalizace je zvláště výrazná v neokortexu, nejsložitější části mozkové kůry. Podíl lidského mozku, který je věnován neokortexu – zejména prefrontální kůře – je větší než u všech ostatních živočichů.
Lidé mají jedinečné nervové schopnosti, ale většina struktury lidského mozku je společná s prastarými druhy. Základní systémy, které upozorňují nervový systém na podněty, vnímají události v prostředí a monitorují stav těla, jsou podobné těm nejzákladnějším u obratlovců. Nervové obvody, které jsou základem lidského vědomí, zahrnují jak pokročilý neokortex, tak prototypické struktury mozkového kmene. Lidský mozek má také obrovské množství synaptických spojení umožňujících velké množství paralelního zpracování.
Navzdory různorodosti druhů, u nichž se mozek vyskytuje, existuje mnoho společných rysů v jeho buněčném složení, struktuře a funkci. Na buněčné úrovni se mozek skládá ze dvou tříd buněk, neuronů a glie, které obsahují několik různých typů buněk plnících různé funkce. Vzájemně propojené neurony tvoří neuronové sítě (neboli neuronové soubory). Tyto sítě se podobají elektrickým obvodům vytvořeným člověkem v tom smyslu, že obsahují obvodové prvky (neurony) propojené biologickými dráty (nervovými vlákny). Netvoří však jednoduché elektrické obvody typu jedna ku jedné jako mnohé umělé obvody. Obvykle se neurony spojují s nejméně tisíci dalšími neurony . Tyto vysoce specializované obvody tvoří systémy, které jsou základem vnímání, jednání a vyšších kognitivních funkcí.
Schéma základních rysů neuronu.
Neurony jsou buňky, které vytvářejí akční potenciály a předávají informace jiným buňkám; představují základní třídu mozkových buněk. V každé konkrétní oblasti mozku se obvykle nacházejí vstupní (neboli aferentní) neurony, výstupní (neboli eferentní) neurony a interneurony. Vstupní neurony jsou příjemci projekcí z jiných oblastí mozku. Výstupní neurony se promítají do jiných oblastí. Interneurony jsou neurony, které neopouštějí danou oblast, ale provádějí spíše místní zpracování.
Kromě neuronů jsou v mozku také gliové buňky, a to v poměru zhruba 10:1 k neuronům. Gliové buňky (řecky „lepidlo“) plní podpůrné funkce pro neurony, včetně vytváření izolačního myelinu, zajišťování struktury neuronální sítě, nakládání s odpadem a čištění neurotransmiterů. Většina typů glie v mozku (a ve zbytku centrálního nervového systému) je přítomna v celém nervovém systému. Mezi výjimky patří oligodendrocyty, které izolují nervové axony (tuto úlohu plní Schwannovy buňky v periferním nervovém systému). Oligosacharidy jsou určujícím faktorem mezi bílou a šedou hmotou v mozku – bílá hmota je tvořena myelinizovanými axony, zatímco šedá hmota obsahuje převážně buněčná sóma, dendrity a nemyelinizované části axonů a glie. Prostor mezi neurony je vyplněn dendrity i nemyelinizovanými úseky axonů; tato oblast se označuje jako neuropil.
U savců mozek obsahuje také pojivovou tkáň zvanou meningy, což je systém blan, které oddělují lebku od mozku. Tento třívrstvý obal se zvenčí skládá z dura mater, arachnoid mater a pia mater. Arachnoidální a pia jsou fyzicky propojeny, a proto se často považují za jednu vrstvu, pia-arachnoidální. Pod pavučnicí se nachází subarachnoidální prostor, který obsahuje mozkomíšní mok, látku chránící nervový systém. Krevní cévy vstupují do centrálního nervového systému přes perivaskulární prostor nad pia mater. Hematoencefalická bariéra chrání mozek před toxiny, které by se do něj mohly dostat krví.
Mozek je zavěšen v mozkomíšním moku (CSF), který cirkuluje mezi vrstvami mozkových blan a dutinami v mozku zvanými mozkové komory. Je důležitý jak z chemického hlediska pro metabolismus, tak z mechanického hlediska pro prevenci šoku. Například lidský mozek váží asi 1-1,5 kilogramu. Hmotnost a hustota mozku jsou takové, že se pod vlastní vahou začne hroutit. CSF umožňuje mozku vznášet se, čímž zmírňuje napětí způsobené hmotností mozku.
Mozek obratlovců přijímá signály prostřednictvím nervů přicházejících ze senzorů organismu. Tyto signály jsou následně interpretovány v centrální nervové soustavě a reakce jsou formulovány na základě reflexů a naučených zkušeností. Podobně rozsáhlá nervová síť přivádí signály z mozku k ovládání svalů v celém těle. Anatomicky je většina aferentních a eferentních nervů (s výjimkou lebečních nervů) napojena na míchu, která pak přenáší signály do mozku a z mozku.
Mozek zpracovává smyslové vjemy, aby rozpoznal nebezpečí, našel potravu, identifikoval potenciální partnery a vykonával další složité funkce. Zrakové, hmatové a sluchové smysly obratlovců jsou vedeny do specifických jader talamu a poté do oblastí mozkové kůry, které jsou specifické pro každý smyslový systém. Zrakový systém, sluchový systém a somatosenzorický systém. Čichové dráhy jsou vedeny do čichového bulbu a poté do různých částí čichového systému. Chuť je vedena mozkovým kmenem a poté do dalších částí chuťového systému.
Pro řízení pohybu má mozek několik paralelních systémů svalové kontroly. Motorický systém řídí dobrovolné svalové pohyby, přičemž mu pomáhá motorická kůra, mozeček a bazální ganglia. Tento systém se nakonec promítá do míchy a poté ven ke svalovým efektorům. Jádra v mozkovém kmeni řídí mnoho mimovolních svalových funkcí, jako je srdeční frekvence a dýchání. Kromě toho lze mnoho automatických úkonů (jednoduché reflexy, lokomoce) ovládat pouze míchou.
Mozek také produkuje část tělesných hormonů, které mohou ovlivňovat orgány a žlázy v jiných částech těla – mozek naopak reaguje na hormony produkované v jiných částech těla. U savců je většina těchto hormonů uvolňována do oběhového systému strukturou zvanou hypofýza.
Předpokládá se, že vyvinutý mozek získává vědomí ze složitých interakcí mezi mnoha systémy v mozku. Kognitivní procesy u savců probíhají v mozkové kůře, ale jsou závislé také na středním mozku a limbických funkcích. U „mladších“ (v evolučním smyslu) obratlovců se na pokročilém zpracování podílejí postupně rostrální (předsunuté) oblasti mozku.
Lidský mozek, na kterém je patrná frontotemporální lobární degenerace způsobující frontotemporální demenci.
Klinicky je smrt definována jako absence mozkové aktivity měřená pomocí EEG. Poranění mozku obvykle postihují velké oblasti orgánu a někdy způsobují závažné poruchy inteligence, paměti a pohybu. Úrazy hlavy způsobené například při dopravních a průmyslových nehodách jsou hlavní příčinou úmrtí v mladém a středním věku. V mnoha případech je větší poškození způsobeno následným otokem (edémem) než samotným nárazem. Další významnou příčinou úmrtí v důsledku poškození mozku je mozková mrtvice způsobená ucpáním nebo prasknutím cév v mozku.
Jiné problémy v mozku lze přesněji klasifikovat jako nemoci než jako zranění. Neurodegenerativní onemocnění, jako je Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba, nemoc motorických neuronů a Huntingtonova choroba, jsou způsobena postupným odumíráním jednotlivých neuronů, což vede ke zhoršení kontroly pohybu, paměti a poznávání. V současné době lze léčit pouze příznaky těchto onemocnění. Duševní onemocnění, jako je klinická deprese, schizofrenie, bipolární porucha a posttraumatická stresová porucha, jsou onemocnění mozku, která mají dopad na osobnost a obvykle i na další aspekty duševních a somatických funkcí. Tyto poruchy lze léčit psychiatrickou terapií, farmaceutickou intervencí nebo kombinací léčby; terapeutická účinnost se u jednotlivých osob značně liší.
Některá infekční onemocnění postihující mozek jsou způsobena virovou a bakteriální infekcí. Infekce mozkových blan, které pokrývají mozek, může vést k meningitidě. Bovinní spongiformní encefalopatie (známá také jako nemoc šílených krav) je smrtelná pro skot a souvisí s priony. Kuru je podobné degenerativní onemocnění mozku přenášené priony, které postihuje lidi. Obě nemoci jsou spojeny s požitím nervové tkáně a mohou být evoluční obranou proti kanibalismu. Virové nebo bakteriální příčiny byly prokázány u roztroušené sklerózy, Parkinsonovy choroby, boreliózy, encefalopatie a encefalomyelitidy.
Některé poruchy mozku jsou vrozené. Tay-Sachsova choroba, syndrom fragilního X, Downův syndrom a Tourettův syndrom jsou spojeny s genetickými a chromozomálními chybami. Poruchy v embryonálním vývoji mozku mohou být způsobeny genetickými faktory, užíváním drog a onemocněním během těhotenství matky.
Mozek je předmětem studia několika vědních oborů. Neurovědy se snaží porozumět nervové soustavě včetně mozku z biologického a výpočetního hlediska. Psychologie se snaží porozumět chování a mozku. Pojmy neurologie a psychiatrie obvykle označují lékařské aplikace neurověd, respektive psychologie. Kognitivní věda se snaží sjednotit neurovědu a psychologii s dalšími obory, které se zabývají mozkem, jako je informatika (umělá inteligence a podobné obory) a filozofie.
Každá metoda pozorování aktivity v mozku má své výhody a nevýhody. Elektrofyziologie, při níž se do mozku implantují drátové elektrody, umožňuje vědcům zaznamenávat elektrickou aktivitu jednotlivých neuronů nebo jejich polí. Tato metoda však vyžaduje invazivní chirurgický zákrok, a proto se tato technika obvykle používá pouze u laboratorních zvířat nebo při neurochirurgických operacích.
Umístěním elektrod na kůži hlavy lze zaznamenat souhrnnou elektrickou aktivitu mozkové kůry technikou známou jako EEG. EEG měří hromadné změny elektrického proudu z mozkové kůry, ale může detekovat pouze změny ve velkých oblastech mozku s velmi malou subkortikální aktivitou.
Funkční magnetická rezonance (fMRI) měří změny průtoku krve v mozku, ale aktivita neuronů se neměří přímo, ani nelze rozlišit, zda je tato aktivita inhibiční nebo excitační. Podobně je tomu u pozitronové emisní tomografie (PET), která dokáže sledovat metabolismus glukózy v různých oblastech mozku, což lze korelovat s úrovní aktivity v dané oblasti.
Behaviorální testy mohou měřit příznaky onemocnění a mentální výkonnost, ale mohou poskytnout pouze nepřímé měření mozkových funkcí a nemusí být praktické u všech zvířat. U lidí však lze neurologickým vyšetřením zjistit, kde se v mozku, mozkovém kmeni nebo míše nachází úraz, léze nebo nádor.
Analýza mozku při pitvě umožňuje studovat anatomii a vzorce exprese proteinů, ale je možná až po smrti člověka nebo zvířete. Ke studiu anatomie živého tvora lze použít magnetickou rezonanci (MRI), která se hojně využívá ve výzkumu i v medicíně.
Byly také učiněny pokusy o přímé „čtení“ mozku, což se podařilo v základním provedení pomocí rozhraní mozek-počítač. Mozkovou aktivitu lze detekovat pomocí implantovaných elektrod, což zvyšuje možnost přímého rozhraní mezi myslí a počítačem. Úspěšně byla demonstrována i opačná metoda: mozkové implantáty byly použity k vytvoření umělého sluchu a (hrubého a experimentálního) umělého zraku pro hluché a slepé lidi. Mozkové kardiostimulátory se nyní běžně používají k regulaci mozkové aktivity u onemocnění, jako je Parkinsonova choroba.
Počítačoví vědci vytvořili simulované neuronové sítě volně založené na struktuře neuronových spojení v mozku. Umělá inteligence se snaží napodobit funkci mozku – i když ne nutně jeho mechanismy -, ale zatím se setkává s omezeným úspěchem.
Vytvoření algoritmů napodobujících biologický mozek je nesmírně obtížné, protože mozek není statickým uspořádáním obvodů, ale spíše sítí rozsáhle propojených neuronů, které neustále mění svou konektivitu a citlivost. Novější práce v oblasti neurověd i umělé inteligence modelují mozek pomocí matematických nástrojů teorie chaosu a dynamických systémů. Současný výzkum se také zaměřuje na znovuvytvoření neuronové struktury mozku s cílem vytvořit poznání podobné lidskému a umělou inteligenci.
PET snímek lidského mozku zobrazující spotřebu energie
Neurony v mozku potřebují hodně energie. Ačkoli mozek představuje pouze 2 % tělesné hmotnosti, spotřebuje 15 % srdečního výdeje, 20 % celkové spotřeby kyslíku v těle a 25 % celkové spotřeby glukózy v těle. Spotřeba energie mozku pro pouhé přežití je 0,1 kalorie za minutu, zatímco při luštění křížovek může tato hodnota dosáhnout až 1,5 kalorie za minutu. Nároky na mozek omezují jeho velikost u mnoha živočišných druhů. Netopýři rodu Molossid a netopýři rodu Vespertilionid Nyctalus mají mozek zmenšený oproti předkům, aby bylo možné investovat do velikosti křídel kvůli manévrovatelnosti. To kontrastuje s kaloňem, který vyžaduje pokročilejší nervové struktury a svou kořist nepronásleduje.
Mozek –
Mícha –
Centrální nervový systém –
Periferní nervový systém –
Somatický nervový systém –
Autonomní nervový systém –
Sympatický nervový systém –
Parasympatický nervový systém