脊椎動物の脳（定義）—構造・機能・進化の基礎知識

脊椎動物の脳の構造・機能・進化をわかりやすく解説。感覚処理から学習・行動制御まで、基礎知識を図解で理解できる入門ガイド。

脊椎動物の脳は、中枢神経系の主要な部分で、通常は頭部の前方に位置し、頭蓋骨に守られています。多くの感覚器官—視覚、聴覚、平衡感覚、味覚、嗅覚など—の近くに配置され、これらの感覚からの情報は即座に処理されます。動物が移動するとき、感覚は周囲の環境からデータを収集し、そのデータは直接脳に送られて行動や反応につながります。

構造（主要構成要素）

脊椎動物の脳は基本的に以下の領域に分けられます。これらは発生学的にも古い順から新しい順へと並びます。

• 前脳（大脳）：感覚の統合、意思決定、学習や記憶、感情の処理を行います。哺乳類では特に大きく発達し、大脳皮質（新皮質）が高度な認知機能を担います。
• 中脳：視覚や聴覚の一次的な処理、眼球運動や姿勢制御などに関与します。
• 後脳（脳幹・小脳）：心拍・呼吸などの生命維持機能、姿勢や協調運動を司る小脳、そして脳幹は脊髄と脳をつなぎ反射や自律機能を制御します。

組織学的には、脳は多数のニューロン（神経細胞）とグリア細胞からなり、灰白質（細胞体が多い領域）と白質（軸索の束）が区別されます。脳には脳室と呼ばれる空間があり、そこを循環する脳脊髄液が衝撃吸収や物質輸送を助けます。また、脳は三層の膜（硬膜・くも膜・軟膜）で覆われ、血液脳関門により化学的環境が厳密に保たれています。

機能（何をしているか）

脳は多様な機能を持ちますが、主なものを挙げると次の通りです。

• 感覚の受容と統合：外界や体内の情報を受け取り、それを統合して意味づけます（視覚、聴覚、嗅覚、味覚、触覚など）。
• 運動の制御：随意運動は大脳皮質と基底核・小脳の協調で制御され、筋肉を活性化するか抑制することで運動を実行します。
• 自律性と内分泌の調節：脳幹や視床下部を通じて心拍・呼吸・体温・代謝を維持し、ホルモンや神経伝達物質などの化学物質を分泌して体内の恒常性を保ちます。
• 学習・記憶・認知：経験に基づく行動の修正や抽象的思考は、特に大脳皮質と海馬を中心に行われます。哺乳類の脳は生後も可塑的に変化します。
• 情動・社会行動：感情の生成や社会的意思決定には辺縁系や前頭前野が関与します。

脳は単に運動を起こすだけでなく、ホルモンや自律神経系を通じて遅い時間スケールで体内環境を調整し、器官の機能を最適化します。成人の人間の脳はおおむね1300～1400グラム程度の重さがありますが、構造や回路の複雑さが重要です。

脊髄との関係と反射

脊髄が単独でも、歩行や泳ぎのようなリズミカルな運動や即時的な反射行動を生成できます。脊髄回路（反射弓）は局所的な感覚入力に基づいて迅速に運動出力を返します。しかし、複雑で適応的な行動や学習を伴う行動の制御には、上位の脳構造による情報統合と調節が不可欠です。

発生と進化

脳は胚発生過程で神経管として形成され、前脳・中脳・後脳へと分化します。進化の過程で脊椎動物の脳は基本的な構造を保ちつつも、種によって大きな変化と適応を示してきました。初期の脊椎動物では大部分の行動が遺伝的に決定されることが多く、いわゆる本能的な行動が中心です（原文：するため、その行動はほとんどが本能的なもの）。しかし、哺乳類や鳥類の一部では、前脳の特定領域が著しく発達し、経験に基づく学習や高次認知が可能になりました。

進化的な特徴としては、以下が挙げられます。

• 前脳（特に新皮質やそれに相当する領域）の拡大と複雑化
• 小脳の発達による運動制御と感覚統合の高度化
• ニューロン接続様式の多様化と可塑性の向上
• 脳と体の比率を示すエンセファライゼーション（脳化指数）の上昇 — 特に霊長類やヒトで顕著

学習と可塑性

多くの脊椎動物では、脳は生涯にわたって環境に応じて変化します。ヒトを含む哺乳類では、学習によりシナプス結合が強化されたり新たに形成されたりすることで行動が修正されます。これは特に大脳皮質や海馬でよく観察される現象です。可塑性は新しい技能の獲得や記憶の保持、回復過程（例：損傷後の代償）にも重要です。

まとめ — 脊椎動物の脳の特徴

• 脊椎動物の脳は中枢神経系の中心であり、感覚処理・運動制御・内分泌・自律機能・認知・情動など多様な役割を担う。
• 基本構造は共通だが、進化の過程で種特異的な発達が起き、特に前脳（大脳皮質）の発達が行動の柔軟性と学習能力を高めた。
• 脊髄単独でも反射や原始的運動は可能だが、複雑な行動や学習には脳による統合が必要である。

本稿は脊椎動物の脳についての基礎的な定義・構造・機能・進化の概要を示しました。各領域や機構については専門文献や最新の神経科学研究でさらに詳しく学ぶことができます。

脊椎動物の脳領域

いくつかの脳領域は、脊椎動物の全範囲にわたってそのアイデンティティを維持しています。ここでは、現在理解されている機能の簡単な説明とともに、最も重要な領域のいくつかをリストアップしています。これらの機能については、まだある程度議論があるかもしれません。背中（人間の場合は下の部分）から始まる領域があります。

• 髄質（と脊髄）には多くの小さな核があり、様々な自律神経機能を扱っています。これらには、心拍や血圧、呼吸、嘔吐などが含まれる。
• ポンズは、大脳と髄質・小脳との間でメッセージを伝える中継局です。
• 視床下部は前脳の基部にある小さな領域です。視床下部は、睡眠／覚醒サイクル、飲食の制御、ホルモン分泌の制御、その他多くの機能の中心的なコントロールステーションです。下垂体のすぐ上に位置し、ホルモンを分泌します。これらのホルモンは下垂体を抑制したり、刺激したりします。下垂体は、順番に、体の残りの部分に影響を与えるホルモンを作ります。
• 視床は視床下部の上にあり、大脳皮質の下にあります。様々な機能を持つ核の集まりです。中継局の役割を果たし、あらゆる種類の感覚情報（嗅覚を除く）を集めて大脳皮質に伝えます。また、意識や睡眠にも役割があります。摂
  食、飲酒、排便、交尾
  など、いくつかの種類の行動のための行動系があります。
• 小脳は、他の脳のシステムの出力を調整して、より正確な行動ができるようにしています。小脳を取り除いたからといって、動物が特に何かをしなくなるわけではありませんが、行動が躊躇したり不器用になったりします。この正確さは内蔵されたものではなく、試行錯誤しながら学んでいくものなのです。自転車の乗り方を学ぶことは、大脳の中で大部分が行われている可能性のある神経可塑性の一種である。
• 視神経帯は、しばしば「視神経帯」と呼ばれ、空間内の点に動作を指示する。最もよく研究されている機能は、眼球運動を指示することである。それはまた、到達する動きを指示します。視覚からの強い入力と、フクロウの聴覚からの入力、ヘビの熱に敏感な下垂器官からの入力など、行動を指示するのに有用な他の感覚からの入力があります。ウナギなどの魚類では、脳の中で最も大きな部分を占めている。
• 海馬は、厳密に言えば、哺乳類だけですが、それはすべての脊椎動物に対応するものを持っています。魚類、鳥類、爬虫類、哺乳類では空間記憶やナビゲーションに関与している。
• 大脳基底核は前脳にある構造物群で、大脳皮質や視床と強くつながっています。大脳基底核の主な機能は、行動を選択することにあるようです。大脳基底核は、行動を発生させることができる脳のあらゆる部分に抑制信号を送っています。適切な状況下では、抑制を解除して、行動生成系が行動を実行できるようにする。報酬と罰は、大脳基底核に最も重要な神経作用を及ぼします。
• 大脳皮質は、前脳の表面にある灰色の細胞の層です。嗅覚や空間記憶など複数の機能に関与している。脳を支配する哺乳類では、多くの皮質下領域からの機能を制御している。
• 嗅球は、嗅覚信号（匂い）を処理し、大脳皮質の嗅覚部にその出力を送る特殊な構造物である。それは多くの脊椎動物の主要な脳のコンポーネントですが、はるかに霊長類では減少しています。

ヒトとサメの脳の対応する領域を示す。 サメの脳の後部（髄質）は人間の脳の下部にあります。サメの 大脳は前部にあり、人間の大脳は上部にある。

質問と回答

Q: 脊椎動物の脳とは何ですか?

Q: 成人した人間の脳の重さはどれくらいですか?

Q: 脊髄は運動においてどのような役割を担っていますか?

Q:哺乳類はどのように学習するのですか?

Q: 哺乳類ではどのような構造で学習ができるのですか?

Q: 下等動物と哺乳類では、行動はどのように違うのですか?

Q: 脊椎動物の脳は、どのような進化を遂げてきたのでしょうか?

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