Ludzki mózg jest nazywany jest biokomputerem - „biologicznym", gdyż jest on częścią materii żywej, a „komputerem", ponieważ potrafi zbierać, przetwarzać, magazynować i porządkować informacje, właśnie tak jak komputer.
Porównanie to daje pewne wyobrażenie o tym, jak złożoną pracę wykonuje mózg. Zasadnicze różnice np.: fakt, iż mózg ma większą pojemność i większe możliwości przetwarzania danych, zasadniczą różnicą jest że żaden komputer nie może jak dotąd samodzielnie myśleć czy wyciągać wnioski, odczuwać emocje, jak miłość, gniew i strach, czy też marzyć, tak jak robią to ludzie. Po drugie, funkcjonowanie mózgu nie opiera się wyłącznie na impulsach elektrycznych, jak to się dzieje w przypadku komputera, ale także chemicznych. Związki chemiczne biorą udział w przekazywaniu informacji w obrębie samego mózgu, a także w wysyłaniu informacji na zewnątrz.
Ludzki mózg jest miękką, szaroróżową tkanką, w kształcie olbrzymiego orzecha włoskiego, o bardzo pofałdowanej i pomarszczonej powierzchni. Mózg mężczyzny waży ok. 1350g, a kobiecy ok. 1200g. Stanowi on prawie 2% całkowitej wagi ciała.
Złożoność mózgu polega nie tylko na ogromnej liczbie komórek nerwowych, ale również na bardzo dużej liczbie połączeń między neuronami. Te liczne połączenia czynią mózg niezwykle skomplikowanym organem, mogącym wykonywać rozmaite czynności. Gdyby mózg miałby zachowywać się jak prosty komputer, nie byłby w stanie przetwarzać tak dużych ilości informacji, jakie otrzymuje z otoczenia i organizmu. Nie byłoby w nim także wystarczająco miejsca, by pomieścić w sobie wszystkie wspomnienia. Wielu filozofów, takich jak Deskartes, uważało, że rzeczą niemożliwą jest, by umysł był prostym wytworem fizycznego procesu. Ta teza jest obecnie badana w specjalistycznych, neurobiologicznych eksperymentach.
Na obecnym poziomie wiedzy, nie jesteśmy w stanie poznać dokładnej budowy mózgu i przebiegu procesów myślowych. Niemniej jednak, jest jasne że mózg funkcjonuje według pewnych reguł, których odkrycie, niestety, znacznie przewyższa możliwości dzisiejszej techniki .
Struktura mózgu
Około 90% mózgu przypada na dwie duże półkule mózgowe. Są one usytuowane na pozostałych 10 procentach, które składają się z kilku oddzielnych fragmentów tkanki mózgowej i przechodzą w rdzeń kręgowy. Mózg i rdzeń kręgowy są pokryte trzema warstwami komórek - oponami mózgowymi. Zarówno one, jak i komory mózgu zawierają wodnisty płyn mózgowo-rdzeniowy. Spełnia on funkcję pochłaniającej wstrząsy poduszki, a także doprowadza składniki odżywcze z krwi i odprowadza uboczne produkty przemiany materii. Mózg zbudowany jest z komórek nerwowych, czyli neuronów. Mózg zawiera ponad 10 miliardów neuronów. Typowy neuron składa się z części centralnej, w której znajduje się jądro, czyli centrum zarządzania komórki, jednego grubego włókna, aksonu. I wielu delikatnych włókienek zwanych dendrytami. Aksony łączą komórki mózgowe z innymi częściami organizmu. Dendryty tworzą ścieżkę komunikacyjną pomiędzy neuronami.
Jest to rysunek mózgu w przekroju, który wyraźnie ukazuje główne struktury tego narządu. Układ limbiczny, który jest umieszczony we wzgórzu wzrokowym, jest związany przede wszystkim z pamięcią, uczeniem się i odczuwaniem emocji.
Kora mózgowa
Kora mózgowa jest grubą na trzy milimetry, pofałdowaną warstwą istoty szarej, otulającej kresomózgowie od zewnątrz. U ludzi osiągnęła takie rozmiary, że musiała się wielokrotnie zawinąć, by zmieścić się w puszce czaszki. Rozprostowana miałaby powierzchnię około trzydziestokrotnie większą niż w formie złożonej.
Pomiędzy fałdami kory istnieją liczne głębokie bruzdy dzielące każdą z półkul na cztery obszary zwanych płatami. Każdy płat spełnia co najmniej jedno konkretne zadanie. Głęboko, w szczelinie bocznej mózgu leży ukryty piąty płat zwany wyspą.
W każdym płacie znajduje się specjalny wycinek przeznaczony do odbierania bodźców czuciowych z jednego obszaru ciała. Przykładowo w płacie ciemieniowym istnieje maleńki kawałeczek przeznaczony wyłącznie do odbioru impulsów dotykowych nadsyłanych z kolana i większy kawałek zarezerwowany dla kciuka. Wyjaśnia to, dlaczego niektóre części ciała, jak np. kciuk, są bardziej wrażliwe od innych, np. kolan. Tę samą zasadę stosuje się do innych ośrodków zmysłowych kory, a także ośrodków ruchowych.
Mózgowie
Mózgowie można podzielić na trzy różne regiony: tyłomózgowie, śródmózgowie i przodomózgowie. W każdym z tych obszarów można z kolei wyróżnić odrębne obszary odpowiedzialne za całkowicie różne czynności organizmu, wszystkie komunikujące się za pomocą misternej siatki połączeń z pozostałymi częściami mózgowia.
Największym składnikiem tyłomózgowia jest móżdżek. Jest to narząd związany głównie z czynnościami ruchowymi. Wysyła sygnały, które sterują napięciem mięśni koniecznym dla utrzymania pionowej postawy ciała i równowagi. Współdziała również z obszarami ruchowymi mózgu w celu koordynacji ruchów.
Pień mózgu łączący mózgowie z rdzeniem kręgowym obejmuje część tyłomózgowia, całość śródmózgowia i część przodomózgowia. To właśnie w pniu mózgu gromadzą się i krzyżują wszystkie informacje przybywające do mózgu i opuszczające go, jako że lewą połową naszego ciała zawiaduje prawa strona mózgu i na odwrót.
Różnorodne struktury mózgowia - w tym rdzeń przedłużony i most oraz układ siatkowaty aktywujący (twór siatkowaty śródmózgowia) - są odpowiedzialne za właściwe czynności życiowe. Sterują pracą serca, ciśnieniem krwi, przełykaniem, kaszlem, oddychaniem i świadomością.
Półkule mózgu
Największą częścią całego mózgowia jest położone w przodomózgowiu kresomózgowie. Podzielone jest ono na dwie równe części, tzw. półkule mózgowe. Łączą się z sobą za pomocą grubego pęczka włókien nerwowych, zwanego ciałem modzelowatym lub spoidłem wielkim mózgu. Chociaż każda półkula jest lustrzanym odbiciem drugiej, posiadają one całkowicie odmienne funkcje, a porozumiewają się między sobą głównie za pośrednictwem ciała modzelowatego.
W środku półkul mózgowych mieszczą się skupienia istoty szarej (komórek nerwowych) noszące miano jąder podstawy mózgu. Stanowią one złożony system koordynacji czynności mięśni.
Neurony
Są one czynnymi częściami układu nerwowego stanowiącymi miliony nawzajem z sobą połączonych komórek nerwowych. Ich funkcjonowanie jest w pewnym sensie zbliżone do przewodów w skomplikowanych urządzeniach elektrycznych: odbierają bodźce na jednym krańcu układu nerwowego i przesyłają do innego, gdzie są przekazywane dalszym neuronom albo wywołują reakcje czynnościowe (np. skurcz włókien mięśniowych).
Ze względu na swe funkcje neurony dzielą się na trzy typy: neurony czuciowe, przenoszące informacje z narządów zmysłów do ośrodkowego układu nerwowego, neurony pośrednie, przetwarzające odebraną informację, oraz neurony ruchowe (efektorowe), które powodują ruchy dowolne i mimowolne.
Neurony są zróżnicowane pod względem wielkości i kształtu, ale wszystkie mają tę samą podstawową strukturę. Podobnie jak wszystkie komórki, zawierają jądro zawieszone w bańkowatym ciele komórkowym (perykarionie). Na obwodzie od ciała komórkowego odchodzi pewna liczba wypustek tworzących drzewkowate rozgałęzienia.Są to dendryty. Obok nich z ciała komórkowego wyrasta też dłuższa wypustka osiowa zwana neurytem lub aksonem - główny „kabel przewodzący" neuronu. Na końcu rozpada się on na wiele gałązek, z których każda jest zakończona kilkoma niewielkimi guzkami. Każdy taki guzek znajduje się w dużej bliskości dendrytu innego neuronu, ale nie dotyka go. Miejsce styku nosi nazwę synapsy. Impulsy są przekazywane przez synapsę za pośrednictwem związków chemicznych zwanych przekaźnikami lub mediatorami (neurotransmiterami). Każdy neuron jest otoczony cienką, półprzepuszczalną błoną komórkową, która odgrywa ważną rolę w przekazywaniu bodźców. Bodźce są wywoływane przez pobudzenie jednego lub więcej dendrytów, po czym są przenoszone do ciała komórkowego. Następnie zostają wysłane z ciała komórkowego wzdłuż neurytu. Dla przyspieszenia transmisji bodźców wiele aksonów posiada osłonkę mielinową. Dotarłszy do zakończeń guzkowatych, w pewnych okolicznościach bodziec może przeskoczyć przez synapsę do dendrytu przyległego neuronu i w ten sposób kontynuować wędrówkę. Neurony nie są jedynym typem komórek spotykanych w układzie nerwowym. W ośrodkowym układzie w dużych ilościach występują neurogleje (albo gleje), a w układzie obwodowym znaleźć można komórki Schwanna. Obydwa typy komórek łączą, chronią i odżywiają, a także wspomagają neurony.
Rdzeń kręgowy
Funkcje
Rdzeń kręgowy pełni dwie zasadnicze funkcje. Po pierwsze - działa jako dwukierunkowy system przekaźniczy komunikujący mózg z obwodowym układem nerwowym. Jest to możliwe za sprawą neuronów czuciowych i ruchowych, których włókna ciągną się długimi wiązkami z różnych partii mózgu. Biegną one na odcinkach o różnej długości wzdłuż rdzenia kręgowego, by na przeciwległych końcach spotkać się z włóknami lub ciałami komórkowymi neuronów czuciowych lub ruchowych, należących do obwodowego układu nerwowego. Przekazują sobie informacje poprzez synapsę między neuronami obwodowymi i rdzeniowymi.
Drugą funkcją rdzenia kręgowego jest kierowanie prostymi odruchami. Umożliwiają to neurony, których włókna ciągną się na niewielkich odległościach w górę i w dół rdzenia, oraz neurony pośredniczące, które przekazują informacje bezpośrednio z komórek nerwowych czuciowych do ruchowych. Jeśli na przykład przypadkiem położymy rękę na gorącej płycie kuchennej, receptory bólu znajdujące się w skórze wysyłają wiadomość włóknami czuciowymi do rdzenia kręgowego. Część bodźców jest natychmiast przekazywana do neuronów ruchowych kontrolujących ruchy rąk i mięśnie dłoni i w tej chwili szybko i bezwiednie cofamy rękę. Kolejna część impulsów wędruje w górę wzdłuż rdzenia i jest przekazywana przez neurony pośredniczące do neuronów ruchowych odpowiedzialnych za ruchy szyi. W ten sposób głowa automatycznie zwraca się w kierunku przyczyny bólu.
Rdzeń kręgowy zbudowany jest ze skupienia neuronów i wiązek włókien nerwowych. Istota szara - nazwa stosowana na określenie skupienia komórek nerwowych - w przekroju poprzecznym ma kształt litery H z rogami (słupami) przednimi i tylnymi odchodzącymi z każdej połowy. W obrębie słupów przednich znajduje się wiele neuronów ruchowych, podczas gdy rogi tylne zawierają ciała komórkowe neuronów czuciowych i pośredniczących. Istota szara jest otoczona istotą białą podzieloną na trzy sznury. W jej skład wchodzą włókna zstępujące i wstępujące, za pomocą których rdzeń kręgowy i mózg komunikują się w obu kierunkach. Drogi zstępujące wysyłają impulsy ruchowe z mózgu do obwodowego układu nerwowego, natomiast drogi wstępujące przekazują bodźce czuciowe do mózgu.
Rdzeń kręgowy to, ogólnie ujmując, cylindryczny słup z tkanki nerwowej o długości około 40 centymetrów, który biegnie wewnątrz kręgosłupa od mózgu do dolnego odcinka grzbietu.