CALM/arwiki huggingface dataset:
وبحلول الشهر السادس، يتشكل أخدود آخر يفصل الفصوص الجبهية والجدارية والقذالية. يُمكن أنَّ تؤدي المورِّثة الموجودة في الجينوم البشري (ARHGAP11B) دورًا رئيسيًا في تشكل التلافيف والتدمُّغ.
عند الولادة يكون لدى الطفل حوالي 100 مليار خلية عصبية مثل الشخص البالغ، لكنها تكون غير متطورةٍ بعد. يزن دماغ الوليد 300 غرام، ويتضاعف وزنه خلال السنة الأولى. يستمر الدماغ في النمو بسرعة حيث تطول التغصُّونات وتتشكل الخلايا الدبقية وكذلك المايلين. يبلغ وزن دماغ الطفل البالغ من العمر خمس سنوات 95 بالمائة من وزن دماغ الشخص البالغ. وتكتمل البنية الأساسية لدماغ الطفل عند بلوغه ثلاث سنوات تقريبًا. يُمكن للطفل أن يبدأ في تسجيل الذكريات في سن الثالثة عند نمو اللوز والحُصين. تبلغ كمية المادة الرمادية ذروتها أثناء الطفولة، وبعد ذلك ينخفض حجمها مع التخلص من سُبُل الأعصاب غير الضرورية.
مع تطور قشرة الفص الجبهي لبعض الأجزاء من الدماغ بحلول سن الثلاثين تتطور معها أيضًا القدرات الإدراكية البشرية مثل القدرة على التفكير في الإجراءات والعواقب.
عادةً ما يتدهور الدماغ مع تقدم العمر. يتناقص حجم الدماغ البشري بنسبة 5 إلى 10 في المائة بين سن 20 و90. بحيث تموت الخلايا العصبية في الدماغ، وتحمل الخلايا العصبية المتبقية نبضات أبطأ من ذي قبل حيث يتحلل المايلين الذي يغطي الفروع المصدر، إلى جانب التغيرات التي تحدث في بنية الدماغ، أظهرت بعض البيانات في السنوات الأخيرة أن التدهور المعرفي مثل إبطاء عمليات التفكير ومشاكل الذاكرة لا يرجع إلى فقدان الخلايا العصبية، كما كان يعتقد سابقًا. بدلاً من ذلك، يعتقد العلماء الآن أن التغييرات المتعلقة بالوظائف مع التقدم في العمر لها علاقة أكبر بالتفاعلات الكيميائية المعقدة في الدماغ والتي تحدث بمرور الوقت.
من ناحية أخرى قد يكون الدماغ أيضًا قادرًا على تعويض آثار الشيخوخة بطرق مختلفة. على سبيل المثال للأشخاص في منتصف العمر تزداد كمية المايلين في الجزأين الصدغي والجبهي. يُمكن لأي شخص إبطاء شيخوخة دماغه -على سبيل المثال- عن طريق التمارين الرياضية أو النوم المنتظم أو اتباع نظام غذائي جيد، أو النشاط الذهني أو الحفاظ على انخفاض مستوى السكر (الجلوكوز) في الدم. أظهرت الدراسات أن الالتزام بحمية البحر الأبيض المتوسط تقلل من انخفاض حجم المخ لدى كبار السن. وفقًا لدراسة نُشرت في مجلة العلوم النفسية تقوى الذاكرة أكثر عندما يبدأ المرء في تعلم أشياء جديدة تتطلب الانتباه.
التحكم الحركي.
يُشارك الفص الجبهي في التفْكير والتحكم الحركي والعَاطِفة واللغة. يحتوي على القشرة الحركية التي تشارك في التخطيط وتنسيق الحركة؛ قشرة الفص الجبهي المسؤولة عن الوظائف الإدراكية ذات المستوى العالي؛ ومنطقة بروكا وهي ضرورية لتَكوِين اللغة. الجهاز الحركي للدماغ هو المسؤول عن توليد الحركة والتحكم فيها. تنتقل الحركات المولَّدة من الدماغ عبر الأعصاب إلى الخلايا العصبية الحركية في الجسم، والتي تتحكم في عمل العضلات. ينقل السبيل القشري النخاعي الحركات من الدماغ، عبر النخاع الشوكي إلى الجذع والأطراف. تنقل الأعصاب القحفية الحركات المرتبطة بالعينين والفم والوجه.
تُنشأ الحركة الإجمالية –مثل التحرك وحركة الذراعين والساقين– في القشرة الحركية، وتنقسم إلى ثلاثة أجزاء: القشرة الحركية الأولية المُوجودة في التلفيف أمام المركزي ولها أقسام مخصصة لحركة أجزاء الجسم المختلفة. وتدعم هذه الحركات وتنظم من قبل منطقتين أخريين، تقعان أمام القشرة الحركيّة الأولية: القشرة أمام الحَركِيِّة والباحة الحركية الإضافية.
تُخصص لليدين والفم مساحة أكبر بكثير من أجزاء الجسم الأخرى، ممِّا يسمح بحركةٍ أدق. وقد ظهِر ذلك في أنيسين الحركة. تنتقل النبضات المولدة من القشرة الحركية على طول السَّبيل القِشْرِي النُّخاعِيّ على طول الجزء الأمامي من النخاع وعبر (تتقاطع) في أهرامات النخاع. ثم تنتقلض إلى أسفل النخاع الشوكي، حيث يتصل مُعظمها بالعصبون البيني، بدورها تتصل بالعُصبونات الحركيِّة السفليِّة داخل المادة الرمادية التي تنقل بعد ذلك النبضات إلى العضلات لتحريكها. يلعب المخيخ والعُقد القَاعِديِّة دورًا في حركات العضلات الدقيقة والمعقدة والمنسقة. تتحكم الروابط بين القشرة والعقد القاعدية في قوة العضلات ووضعية الجسم وبدء الحركة، ويشار إليها باسم النظام خارج الهرميّ.
حسِّيّ.
يُشارك الجهاز العصبي الحسي في استقبال المعلومات الحسية ومعالجتها. تُتلقى هذه المعلومات من الأعصاب القِحفِيِّة، من خلال السبُل الموجودة في النخاع الشوكي مباشرةً في مراكز الدماغ المعرضة للدم. يستقبل الدماغ أيضًا المعلومات ويفسرها من خلال الحواس الخاصة بالرؤية والشم والسمع والذوق. كما تتكامل أو تُدمج الإشارات الحركية والحسية المشتركة.
يستقبل الدماغ المعلومات حول اللمس والضغط والألم والاهتزاز ودرجة الحرارة من خلال الجلد. ويستقبل من خلال المفاصل معلومات حول وضع المفصل. تتواجد القشرة الحسيّة بالقرب من القشرة الحركيّة، وكما في القشرة الحركية، لديها مناطق ذات صلة بالإحساس في أجزاء الجسم المختلفة. يتغير الإحساس الذي يتولد من خلال المستقبلات الحسية الموجودة على مستوى الجلد إلى إشارة عصبيِّة، والتي تنتقل عبر سلسلةٍ من الخلايا العصبيِّة عبر سبُل في النخاع الشوكي. يحتوي العمود الظهري- مسار الفتيل الوسطيّ على معلومات حول اللمسة والاهتزاز وموضع المفاصل. ينتقل مسار الألياف صعودًا إلى الجزء الخلفي من الحبل الشوكي إلى الجزء الخلفي من النخاع، حيث تتصل بالخلايا العصبية الثانوية التي ترسل الألياف مُباشرةً عبر الخط المتوسط. ثم تنتقل هذه الألياف صعودًا إلى المعقد البطني القاعديّ في المهاد حيث تتصل مع الخلايا العصبيِّة من الدرجة الثالثة التي ترسل الألياف إلى القشرة الحسيّة. ينقل السبيل النخاعي المهادي المعلومات عن الألم ودرجة الحرارة واللمس. ينتقل مسار الألياف عبر الحبل الشوكي وتتصل بالخلايا العصبية من الدرجة الثانية في التشكل الشبكي في جذع الدماغ للألم ودرجة الحرارة، وتنتهي أيضًا في المجمع البطني القاعدي للمهاد.
تتولد الرؤية من خلال الضوء الذي يضرب شبكية العين. تقوم المُستقبلات الضوئية في شبكية العين بتحويل المخفّز الحسي للضوء إلى إشارة عصبيّة كهربائية تُرسل إلى القشرة البصرية في الفص القذالي. تغادر الإشارات البصرية الشَّبكيِّة من خلال الأعصاب البصرية.
يتولد كل من السمع والتوازن في الأذن الداخلية. ينتج عن الصوت اهتزازات العظيمات التي تمتدّ إلى العضو السمعي، ويؤدي التغيير في التوازن إلى حركة السوائل داخل الأذن الداخلية. هذا يخلق إشارة عصبية تمر عبر العصب الدهليزي القوقعي. ثم يمرُّ من خلال نواة قوقعية والمعقد الزَّيتونِيَّ العُلوِيَّ والنَّواةُ الرُّكْبِيَّةُ الإِنْسِيَّة، وأخيرًا الإشَّعاعُ السَّمعيِّ إلى القشرة السمعيِّة.
تُوَلَّدُ حاسة الشم من الخلايا المُستقبلة في ظهارة الغشاء المخاطي الشميِّ في تجويف الأنف. تمر هذه المعلومات عبر العصب الشمي الذي يدخل إلى الجمجمة من خلال جزء نافذ نسبيًا. ينتقل هذا العصب إلى الدوائر العصبية للبصلة الشمية حيث تنتقل المعلومات إلى القشرة الشميَّة. تَتَوَلَّدُ حاسة التذوق من المُستقبلات المتواجد في اللسان وتنتقل على طول الأعصاب الوجهية والأعصاب البلعومية اللسانيِّة نحْو النواة المفردة في جذع الدماغ. كما تنتقل بعض المعلومات الخاصة بالتذوق أيضًا من البلعوم إلى هذه المنطقة عبر العصب المبهم، ثم تنتقلُ المعلومات من خلال المهاد إلى القشرة الذوقية.
تشمل الوظائف الذاتية للدماغ التنظيم أو التحكم الإيقاعي لمعدل ضربات القلب ومعدل التنفس، والحفاظ على التوازن الداخلي.
يتأثر ضغط الدم ومعدل ضربات القلب بالمركز المحرك الوعائي للنخاع، مما يؤدي إلى ضيق الشرايين والأوردة إلى حد ما أثناء الراحة. وذلك من خلال التأثير على الجهاز العصبي الودي والجهاز العصبي اللاودي عبر العصب المبهم. تتولد المعلومات المتعلقة بضغط الدم عن طريق مستقبلات الضغط في الأجسام الأبهرية في القوس الأبهر، وتنتقل إلى الدماغ عبر الألياف الواردة من العصب المبهم. تأتي المعلومات حول تغيرات الضغط في الجيوب السباتية من الأجسام السباتية الموجودة بالقرب من الشريان السباتي وتُمرر عبر عصب ينضم إلى العصب البلعومي. تنتقل هذه المعلومات إلى النواة المفردة في النخاع. تؤثر هذه الإشارات على المركز المحرك الوعائي لضبط انقباض الوريد والشريان وفقًا لذلك.
يتحكم الدماغ في معدل التنفس، بشكل رئيسي عن طريق مراكز التنفس في النخاع والجِسر. تتحكم مراكز الجهاز التنفسي في عملية التنفس، عن طريق توليد إشارات حركية تنتقل عبر الحبل الشوكي على طول العصب الحجابي إلى الحجاب الحاجز وعضلات التنفس الأخرى، وهو عصب مختلط ينقل المعلومات الحسية إلى المراكز. توجد أربعة مراكز تنفسية، ثلاثة منها لها وظيفة محددة بوضوح أكثر، ومركز انقطاع النفس بوظيفة أقل وضوحًا. في النخاع الشوكي، تُوَلِّد الفئات التنفسية الظهرانيِّة الرغبة في الشهيق واستقبال المعلومات الحسيِّة مباشرةً من الجسم. أيضًا في النخاع، تؤثر المجموعة التنفسية البطنانية على الزفير أثناء المجهود. في الجسر يؤثر المركز المنظم لسرعة التنفس على مدة كل نفس، ويبدو أن مركز انقطاع التَّنفس له تأثير على الاستنشاق. تستشعر المراكز التنفسية مباشرةً ثاني أكسيد الكربون وودرجة الحموضة في الدم. كما تستشعر المعلومات المتعلقة بالأكسجين وثاني أكسيد الكربون ومستويات الحموضة في الدم على جدران الشرايين في المستقبلات الكيميائية الطرفية للجسم الأبهري والسباتي. تنتقل هذه المعلومات عبر العصب المبهم والأعصاب اللسانية البلعومية إلى مراكز الجهاز التنفسي. يحفز ارتفاع ثاني أكسيد الكربون أو درجة الحموضة أو انخفاض الأكسجين مراكز التنفس. وتتأثر الرغبة في التنفس أيضًا بمستقبلات تمدد الرئة في الرئتين والتي عند تنشيطها تمنع الرئتين من الانتفاخ المفرط عن طريق نقل المعلومات إلى المراكز التنفسية عبر العصب المبهم.
يُشارك تحت المهاد في الدماغ البيني في تنظيم العديد من وظائف الجسم. منها تنظيم الغدد الصماء العصبية وتنظيم النظم اليوماوي والتحكم في الجهاز العصبي الذاتي، وكذلك تنظيم السوائل وتناول الطعام. يتحكم في النظم اليوماوي من خلال مجموعتين رئيسيتين من الخلايا في المنطقة تحت المهاد. يشمل تحت المهاد الأمامي النواة فوق التصالبة والنواة البطنية الجانبية أمام البصرية التي من خلال دورات التعبير الجيني، تولد ساعة يوماوية تقارب 24 ساعة، في اليوم اليوماويّ يتحكم النظم فوق اليومي بنمط النوم. النوم مطلب أساسي للجسم والدماغ ويسمح بإغلاق واستراحة أجهزة الجسم. وهناك أيضًا نتائج تشير إلى أن التراكم اليومي للسموم في الدماغ يُزالُ أثناء النوم. في وقت الاستيقاظ، يستهلك الدماغ خمس احتياجات الجسم الإجمالية من الطاقة. يقلل النوم بالضرورة من هذا الاستخدام ويمنح وقتًا لاستعادة الأدينوسين ثلاثي الفوسفات الموفر للطاقة. تظهر آثار الحرمان من النوم الحاجة المطلقة للنوم.
يحتوي تحت المهاد الجانبي على خلايا عصبية أوركسينر التي تتحكم في الشهية والتيقظ من خلال إسقاطاتها على نظام المنشط الشبكي الصاعد. يتحكم تحت المهاد في الغدة النخامية من خلال إطلاق الببتيدات مثل الأوكسيتوسين والفاسوبريسين وكذلك الدوبامين في البارِزَة النَّاصِفَة. من خلال الإسقاط اللاإرادي، يساهم تحت المهاد في تنظيم الوظائف مثل ضغط الدم ومعدل ضربات القلب والتنفس والتعرق وغيرها من آليات الاتزان الداخلي. يلعب تحت المهاد أيضًا دورًا في التنظيم الحرارة، وعندما يحفزه جهاز المناعة، يكون قادرًا على توليد الحمى. يتأثر تحت المهاد بالكليتين: فعندما ينخفض ضغط الدم، يحفز الرينين الذي تفرزه الكليتان الحاجة إلى الشرب. كما ينظم تحت المهاد تناول الطعام من خلال الإشارات اللاإرادية، وإفراز الهرمونات من قبل الجهاز الهضمي.
كان يُعتقد أن وظائف اللغة تكون مُتمرّكِزة في باحة فيرنيكه وباحة بروكا، ومن المسلم به حاليًا أن شبكة أوسع من الباحات القشرية تُساهم في وظائف اللغة.
تُسمى دراسة كيفية تمثيل اللغة ومعالجتها واكتسابها من قبل الدماغ باللغويات العصبية، وهو مجال كبير متعدد التخصصات مستمدٌ من علم الأعصاب المعرفي واللغويات المعرفية وعلم اللغة النفسي.
تطور الجَانِب.
يحتوي المُخ على تنظيم معاكس حيث يتفاعل كل نصف من الدماغ بشكل أساسي مع نصف الجسم: يتفاعل الجانب الأيسر من الدماغ مع الجانب الأيمن من الجسم، والعكسُ صحيح. السبب التَنْمَويّ لهذا الانعكاس غير مؤكد حتى الآن. الوصلات الحركية من الدماغ إلى النخاع الشوكي، والوصلات الحسية من النخاع الشوكي إلى الدماغ، كلاهما تتقاطعُ في جذع الدماغ. يتبع الإدخال البصري قاعدة أكثر تعقيدًا: تلتقيّ الأعصاب البصرية القادمة من العينين معًا عند نقطة تسمى التصالب البصري، حيث تنشطر الألياف العصبية في كل عصب فيعبر نصفها إلى الجانب الآخر. ونتيجةً لذلك الوصلات من النصف الأيسر لشبكيّة العين في كلتا العينين، تنتقل إلى الجانب الأيسر من الدماغ، في حين أن الوصلات من النصف الأيمن للشبكية تنتقل إلى الجانب الأيمن من الدماغ. نظرًا لأن كلُّ نصف من شبكيِّة العين يستقبل الضوء القادم من النصف المقابل من المجال البصري، فإنّ النتيجة الوظيفية هي أن المدخلات البصرية من الجانب الأيسر تنتقل إلى الجانب الأيمن من الدماغ، والعكسُ صحيح. وهكذا، يتلقى الجانب الأيمن من الدماغ المعلومات الحسية الجسدية من الجانب الأيسر من الجسم، والمعلومات البصرية من الجانب الأيسر من المجال البصري.
الجانبين الأيمن والأيسر من الدماغ يبدوان متماثلان، لكنهما يعملان بشكل غير مُتماثل. على سبيل المثال، نظيرة المنطقة الحركية لنصف الكرة الأيسر التي تتحكم في اليد اليمنى هي منطقة نصف الكرة الأيمن التي تتحكم في اليد اليسرى. ومع ذلك، هناك العديد من الاستثناءات الهامة التي تشمل اللغة والإدراك. الفص الأمامي الأيسر هو المُتحكم في للغة. وفي حالة أُصيبت منطقة اللغة الرئيسية في النصف المخيِّ الأيسر، يُمكن أن يتسبب في فقدان القدرة على الكلام أو الفهم، في حين إذا أصيب النصف الأيمن للمخ بضررٍ معادل لا يُسبب إلا ضعفًا طفيفًا في المهارات اللغوية.
جاء جزء كبير من الفهم الحالي للتفاعلات بين نصفيِّ الكرة المخيِّة من دراسة "مرضى انشقاق الدماغ" وهم الأشخاص الذين خضعوا لعملية جراحية في الجِسْم الثفنيّ في محاولة للحد من شدة نوبات الصرع. هؤلاء المرضى لا يظهرون سلوكًا غير عادي واضحًا على الفور، ولكن في بعض الحالات يمكن أن يتصرفوا تقريبًا مثل شخصين مختلفين في نفس الجسم، حيث تقوم اليد اليمنى بفعلٍ ما ثم تقوم اليد اليسرى بالتراجع عنه. هؤلاء المرضى، عندما يُعرضون لفترة وجيزة على صورة على الجانب الأيمن من نقطة التثبيت البصري، قادرون على وصفها شفهيًا، ولكن عندما تظهر الصورة على اليسار لا يمكنهم وصفُها، ولكن قد يستطعون الإشارة بيدهم اليسرى إلى طبيعة الشيء المعروضة.
تُعرَّف العواطف أو المشاعر عمومًا على أنها عمليات متعددة المكونات ذات مرحلتين تتضمن الاستنباط، تليها المشاعر النفسية والتقييم والتعبير والاستجابات اللاإرادية ثم الميول للفعل. كانت محاولات تحديد مكان المشاعر في بعض مناطق الدماغ مثيرة للجدل. لم تجد بعض الأبحاث أي دليل على مواقع محددة تتوافق مع المشاعر، لكن بدلًا من ذلك وجدت أنَ الدوائر الكهربائية تُشارك في المشاعر العاطفية العامة. يبدو أن اللوزة والقشرة الجبهية المحجرية وقشرة الفص الجزيريّ الأوسط والأمامي وقشرة الفص الجبهي الجانبي، تشارك في توليد المشاعر، في حين عُثِرَ على أدلة أضعف للمنطقة السقيفية البطنية والشاحبة البطنية ونواة المتكئة في بروز حافز، غير أنّه وجد آخرون أدلة على نشاط مناطق محددة، مثل العقد القاعدية عند الشعور بالسعادة والقشرة الحزامية تحت الثفني عند الشعور بالحزن، واللوزة عند الشعور بالخوف.
الدماغ هو المسؤول عن الإدراك، ويعمل من خلال العديد من العمليات والوظائف التنفيذيّة. تشمل الوظائف التنفيذية القدرة على تصفية المعلومات واستبعاد المنبهات غير ذات الصلة بالتحكم الانتباهي والتثبيط المعرفي، والقدرة على معالجة والتعامل مع المعلومات التي تحفظ في الذاكرة العاملة، والقدرة على التفكير في مفاهيم متعددة في آنٍ واحد والتبديل المهام بالمرونة المعرفية، والقدرة على كبح الدوافع والاستجابات المهيمنة مع التحكم المثبط، والقدرة على تحديد مدى ملاءمة المعلومات أو مدى ملاءمة إجراء ما. تتطلب الوظائف التنفيذية الأعلى مستوى استخدام متزامن لوظائف تنفيذية أساسية مُتعددة، وتشمل التخطيط والذكاء السائل (أي التفكير وحل المشكلات).
تلعبُ قشرة الفص الجبهي دورًا مهمًا في التوسط في الوظائف التنفيذية. يتضمن التخطيط تنشيط قشرة الفص الجبهي الظهرانيّ (DLPFC) والقشرة الحزامية الأمامية والقشرة الجبهية الأمامية الزاويّة والقشرة الجبهية الأمامية اليُمنى والتَّلفيف فوق الهَامِشِيّ. تشمل مُعالجة الذاكرة العاملة قشرة الفص الجبهي الظهراني والتَّلفيف الجَبْهِيّ السُّفْلِيّ ومناطق القشرة الجدارية. يشمل التحكم التثبيطي مناطق متعددة من قشرة الفص الجبهي، وكذلك النواة المذنبة والنواة تحت المهاد.
فيسيولوجيا.
النقل العصبي.
يُصبح نشاط الدماغ ممكنًا من خلال الترابط بين الخلايا العصبيّة المرتبطة ببعضها البعض للوصول إلى أهدافها. يتكون العصبون من جسم الخلية والمحور العصبي والتّغصّنات. غالبًا ما تكون التغصنات عبارة عن فروع واسعة تتلقى المعلومات في شكل إشارات من المحاور الطرفية للخلايا العصبيِّة الأخرى. قد تتسبب الإشارات المستقبلة في قيام العصبون ببدء جهد الفعل (إشارة كهروكيميائية أو نبضة عصبية) والتي ترسل على طول المحور العصبي إلى الطرف المحوري، للاتصال مع الزوائد الشجرية أو بجسم خليّة عصبون آخر. يبدأ جهد الفعل في الجزء الأولي من المحور العصبي، الذي يحتوي على مُركَّب متخصص من البروتينات. عندما يصل جهد الفعل إلى المحور العصبي الانتهائي، فإنه يحفز اطلاق الناقل العصبي عند التشابك العصبي الذي بدوره ينشر إشارة تؤثر في الخلية المستهدفة. تشمل هذه الناقلات العصبية الكيميائية الدوبامين والسيروتونين والغابا والغلوتامات والأستيل كولين. غابا هو الناقل العصبي الرئيسي المثبط في الدماغ، والغلوتامات هو الناقل العصبي الرئيسي الاستثاري. ترتبط الخلايا العصبية في المشابك العصبية لتشكيل مسارات عصبية ودوائر عصبية وأنظمة شبكية معقدة وكبيرة مثل شبكة الهزاء وشبكة الوضع الافتراضي، والنشاط بينهما يكون من خلال عملية النقل العصبيِّ.
يستهلك الدماغ ما يصل إلى 20% من الطاقة التي يستخدمها جسم الإنسان، أي أنه يستهلك طاقة أكثر من أي عضو آخر في الجسم. يعتبر جلوكوز الدم هو المصدر الأساسي للطاقة في مُعظم الخلايا وهو مهم لأداء الوظائف الطبيعية في عددٍ من الأنسجة بما فيها الدماغ. يستهلك دماغ الإنسان ما يقارب 60% من جلوكوز الدم لدى الأفراد الصائمين وغير الناشطين. يعتمد أيض الدماغ عادةً على جلوكوز الدم كمصدر للطاقة، ولكن خلال أوقات انخفاض الجلوكوز (مثل الصيام أو تمارين التحمل أو تناول كميات محدودة من الكربوهيدرات)، يستخدم الدماغ الأجسام الكيتونية للطاقة مع حاجة أقل للجلوكوز. يمكن للدماغ أيضًا استخدام اللاكتات أثناء ممارسة الرياضة. يخزن الدماغ الجلوكوز على شكل الجليكوجين ولكن بكميات أقل بكثير من تلك الموجودة في الكبد أو العضلات الهيكلية. لا تستطيع الأحماض الدهنية طويلة السلسلة عبور الحاجز الدموي الدماغي، لكنّ الكبد يستطيع تحليلها لإنتاج أجسام الكيتون. غير أنَّ الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (على سبيل المثال، حمض زبدي وحمض البروبيونيك وحمض الخليك) والأحماض الدهنية متوسطة السلسلة، حمض الأوكتانويك، حمض الهبتانويك، يُمكن أن تعبر الحاجز الدموي الدماغي وتؤيض بواسطة خلايا الدماغ.
على الرغم من أن الدماغ البشري يمثل 2% فقط من وزن الجسم، إلا أنه يتلقى 15% من النتاج القلبي و20% من إجمالي استهلاك الأكسجين في الجسم و%25 من إجمالي استخدام الجلوكوز في الجسم. يستخدم الدماغ الجلوكوز غالبًا للحصول على الطاقة، ويُمكن أن يؤدي الحرمان من الجلوكوز كما يحدث في حالة نقص السكر في الدم إلى فقدان الوعي. لا يتغير استهلاك الطاقة في الدماغ بشكل كبير مع مرور الوقت، ولكن المناطق النشطة من القشرة تستهلك طاقة أكثر إلى حدٍ ما من المناطق غير النشطة: وتشكل هذه الحقيقة الأساس لطرق التصوير الوظيفية للدماغ مثل التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي. توفر تقنيات التصوير الوظيفية صور ثلاثية الأبعاد للنشاط الأيضي. أظهرت دراسة أولية أن متطلبات الأيض في الدماغ عند البشر تبلغ ذروتها في عمر خمس سنوات تقريبًا.
وظيفة النوم غير مفهومة تمامًا؛ ومع ذلك هناك أدلة على أن النوم يعزز إزالة الفضلات الأيضية من الدماغ التي قد يكون بعضها سامًا للأعصاب، من الدماغ ويمكن أن تسمح أيضًا بالإصلاح. تشير الأدلة إلى أن زيادة التخلص من الفضلات الأيضية أثناء النوم تحدث عن طريق زيادة أداء الجهاز الغليمفاوي. قد يكون للنوم أيضًا تأثير على الوظيفة الإدراكية من خلال إضعاف الاتصالات غير الضرورية.
طريقة عمل الدماغ غير مفهومة بشكل كامل، والبحوث ما تزال مستمرة. يدرس علماء الأعصاب مع الباحثين ذوي التخصصات المتقاربة كيفية عمل الدماغ البشري. وقد تلاشت الحدود الفاصلة بين اختصاصات علم الأعصاب وطب الأعصاب وغيرها من التخصصات مثل الطب النفسي حيث تأثرت جميعها بالبحوث الأساسية في علم الأعصاب.
توسعت أبحاث علم الأعصاب بشكل كبير في العقود الأخيرة. يُعتبر أنَّ "عَقد الدماغ" وهي مبادرة اتخذتها حكومة الولايات المتحدة في التسعينيات، علامةً على الزيادة الملحوظة في هذا النوع من البحوث. وتلتها في عام 2013 مبادرة براين. كان مشروع الكونيكتوم البشري دراسة مدتها خمس سنوات بدأت في عام 2009 لتحليل الصلات التشريحية والوظيفية لأجزاء من الدماغ، وقدمت الكثير من البيانات.
وفقًا لدراسة أمريكية نُشرت في عام 2015، فإن سعة الدماغ البشري يمكن مقارنتها بحوالي 1 بيتابايت من التخزين على الحاسوب. سيكون هذا أعلى بعشر مرات مِمِّا كان مقدرًا سابقًا. ووفقًا للأسطورة المشهورة، بأنّ الإنسان يستخدم 10 بالمائة فقط من سعة دماغه. أظهر تصوير الدماغ وعواقب تلفه أن جميع أجزاء الدماغ قيد الاستخدام، وإن لم يكن ذلك دائمًا في وقت واحد.
تأتي المعلومات حول بنية ووظيفة الدماغ البشري من مجموعة متنوعة من الأساليب التجريبيِّة، بِما في ذلك الحيوانات والبشر. وفرت المعلومات المتعلقة برضوح الدماغ والسكتة الدماغيّة معلومات حول وظيفة بعض الأجزاء من الدماغ وتأثيرات تلف الدماغ. يستخدم التصوير العصبي لتصور الدماغ وتسجيل نشاطه. تُستخدم الفيزيولوجيا الكهربية لقياس وتسجيل ومراقبة النشاط الكهربائي للقشرة المخيِّة. قد تكون القياسات من جهد الحقل الموضعي للمناطق القشرية، أو نشاط خلية عصبية واحدة. يمكن أن يسجل تخطيط كهربائية الدماغ النشاط الكهربائي للقشرة باستخدام أقطاب كهربائية توضع بشكل غير جراحي على فروة الرأس.
تشمل التدابير الأكثر انتشارًا التخطيط الكهرباوي القشري بحيث يستخدم أقطابًا كهربائية موضوعة مباشرةً على السطح المكشوف للدماغ. تُستخدم هذه الطريقة في رسم الخرائط التحفيزية القشريّة، وتستخدم في دراسة العلاقة بين المناطق القشرية ووظائفها الجهازية. باستخدام أقطاب كهربائية صغيرة جدًا، يمكن إجراء تسجيلات أحادية الوحدة من خلية عصبية واحدة تعطي دقة مكانية عالية ودقة زمنية عالية. وقد مكّن هذا من ربط نشاط الدماغ بالسلوك وإنشاء خرائط عصبية.
لقد فتح تطور العضيّات المُخية سبلًا لدراسة نمُوّ الدماغ والقشرة، وفهم تطور المرض، مِمَّا يُوفر آثارًا إضافية للتطبيقات العلاجية.
تُظهر تقنيات التصوير العصبي الوظيفي التغيرات في نشاط الدماغ التي تتعلق بوظيفة مناطق معينة في الدماغ. إحدى التقنيات هي التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) الذي يتمتع بمزايا تفوق الطرق السابقة مثل تصوير الطبي بأشعة غاما والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني حيث لا يحتاجان إلى استخدام المواد المشعة وتقديم دقة أعلى. تعتمد تقنية التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة على استجابة حركية الدم التي تظهر تغيرات في نشاط الدماغ في ما يتعلق بالتغيرات في تدفق الدم، وهي مفيدة في رسم الخرائط الوظائف لمناطق الدماغ. ينظر الرنين المغناطيسي الوظيفي في حالة الراحة إلى تفاعل مناطق الدماغ بينما لا يؤدي الدماغ مهمة محددة. يستخدم هذا أيضًا لإظهار شبكة الوضع الافتراضي.
يولد أي تيار كهربائي مجالًا مغناطيسيًا؛ تحفز التذبذبات العصبية المجالات المغناطيسية الضعيفة، وفي تخطيط الدماغ المغناطيسي الوظيفي يمكن للتيار الناتج أن يُظهر وظيفة الدماغ الداخلية بدقة عالية. يستخدم تصوير المسالك العصبية التصوير بالرنين المغناطيسي وتحليل الصور لإنشاء صور ثلاثية الأبعاد للسبُل العصبيِّة في الدماغ. يقدم المخطط الاتصالي تمثيلًا رسوميًا للوصلات العصبية للدماغ.
يمكن قياس الاختلافات في بنية الدماغ في بعض الاضطرابات، ولا سيما الفصام والخرف. أعطت الأساليب البيولوجية المختلفة باستخدام التصوير مزيدًا من التبصر، على سبيل المثال في اضطرابات الاكتئاب واضطراب الوسواس القهري. المصدر الرئيسي للمعلومات حول وظيفة مناطق الدماغ هو آثار الأضرار الذي يلحق بها.
وقد مكّن التقدم في التصوير العصبيّ من رؤية موضوعية في للاضطرابات النفسية، ممّا أدى إلى التشخيص أسرع وتشخيص أكثر دقة ومراقبة أفضل.
التعبير الجيني والبروتيني.
المعلوماتية الحيوية هي مجال من مجالات الدراسة تشمل إنشاء وتطوير قواعد البيانات والنهوض بها، والتقنيات الحاسوبية والإحصائية التي يمكن استخدامها في دراسات الدماغ البشري، خاصةً في مجالات التعبير الجيني والبروتيني. ولّدت المعلوماتية الحيوية والدراسات في علم الجينوم وعلم الجينوم الوظيفي، الحاجة إلى شرح الحمض النووي وتقنيات النسخ، وتحديد الجينات ومواقعها ووظائفها. تُعتبر بطاقات الجينات قاعدة بيانات رئيسية.
اعتبارًا من عام 2017، يُنظر إلى ما يقل قليلًا عن 20000 جين مشفر للبروتين معبر عنها في الإنسان، وحوالي 400 من هذه الجينات خاصة بالدماغ. دفعت البيانات التي أعطيت حول التعبير الجيني في الدماغ إلى اجراء المزيد من البحث حول عدد من الاضطرابات. على سبيل المثال، أظهر استخدام الكحول على المدى الطويل تغيرًا في التعبير الجيني في الدماغ، وتغيرات خاصة بنوع الخلية التي قد ترتبط باضطراب تعاطي الكحول. لوحظت هذه التغيرات في الترانسكربيتوم التشابكي في قشرة الفص الجبهي، ويُنظر إليها على أنها عامل يسبب الدافع إلى الاعتماد على الكحول، وكذلك لتعاطي المخدرات الأخرى.
كما أظهرت دراسات أخرى ذات صلة أدلة على حدوث تغيرات في التشابك العصبي وفقدانه عند شيخوخة الدماغ. التغيرات في التعبير الجيني تغير مستويات البروتينات في السبُل العصبية المختلفة وقد ثبت أن هذا واضح في ضعف أو فقدان الاتصال التشابكي. قد لوحظ أن هذا الخلل الوظيفي يؤثر على العديد من هياكل الدماغ وله تأثير ملحوظ على الخلايا العصبية المثبطة مما يؤدي إلى انخفاض مستوى النقل العصبي وما يتبع ذلك من تدهور معرفي وأمراض.
يُمكن أنَّ تظهر الإصابات الدماغية ذات الأهمية السريرية بطرق عديدة. على سبيل المثال يُمكن أن ترتبط إصابات الدماغ الرضية التي تحدث أثناء ممارسة الرياضات التي تتطلب احتكاكًا بين اللعبين، بعد السقوط أو حادث مروري أو عمل بمشكلات فورية طويلة المدى. قد تشمل المُشكلات الفورية حدوث نزيف داخل الدماغ، ممَّا قد يؤدي إلى ضغط أنسجة المخ أو إتلاف إمدادات الدم. وأيضًا قد تحدث كدمات في الدماغ. قد تُسبب الكدمات أضرارًا واسعة النطاق في للسبُل العصبيّة التي يُمكن أنَّ تؤدي إلى حالة من الإصابة المحورية المُنتشرة. من المحتمل حدوث تطورات فورية عند كسر الجمجمة وإصابة منطقة معينة والصمم والارتجاج. بالإضافة إلى موقع الإصابة، قد يتأثر الجانب المقابل لدماغ ما يُسمى إصابة رجع الضَّربة. تشمل المُشكلات طويلة المدى التي قد تتطور اضطراب ما بعد الصدمة واستسقاء الرأس. يمكن أن يحدث الاعتلال الدماغي الرضحي المزمن بعد إصابات متعددة في الرأس.
تُؤدي أمراض التنكس العصبي إلى تلف تدريجي لأجزاء مُختلفة من وظائف الدماغ، وتتفاقم مع تقدم السن. تشمل الأمثلة الشائعة الخرف مثل مرض آلزهايمر والخرف الكحولية أو الخرف الوعائي ومرض باركنسون. وغيرها من الأسباب المعدية والوراثية أو الأيضية النادرة مثل داء هنتنغتون والأمراض العصبية الحركية والخرف ناجم فيروس نقص المناعة البشرية والخرف المرتبط بالزهري ومرض ويلسون. يمكن أن تؤثر الأمراض التنكسية العصبية على أجزاء مختلفة من الدماغ، ويُمكن أن تُؤثر على الحركة والذاكرة والإدراك.
على الرغم من أن الدماغ محمي بواسطة الحاجز الدمويّ الدماغي، إلاّ أنّه يُمكن أنّ يتأثر بالعدوى بما في ذلك الفيروسات والبكتيريا والفطريات. قد تكون العدوى من السحايا (التهاب السحايا)، أو المادة الدماغية (التهاب الدماغ) أو داخل المادة الدماغية (مثل الخراج الدماغي). والأمراض البريونيّة النادرة بِما في ذلك مرض كروتزفيلد جاكوب ومرض جاكوب كروتزفلد المتغير وكورو قد تؤثر أيضًا على الدماغ.