Utak

Sa mgahayop, angutak(Ingles:brain)  ang sentro ngsistemang nerbiyossa lahat ngbertebrado(vertebrate) at karamihan sa mgainbertebradong(invertebrate) mgahayop. Ang ilan sa mga primitibong inbertebrado gaya ng mgasponge,jellyfish,sea squirtatstarfishang walang utak. Ang utak ay matatagpuan sa ulo na malapit sa pangunahing pandamang aparato gaya ngpaningin,pandinig,balanse,panlasaatpang-amoy. Ang utak sa isang bertebrado ang pinaka-masalimuot(complex) na organo sa katawan nito. Sa isang tipikal na utak ngtao, angcerebral cortexay tinatantiyang naglalaman ng mga 15-33 bilyong mganeuronna ang bawat isa sa mga ito ay pinagdudugtong ng mgasinapsesa iba pang libo libong mga neuron. Ang mga neuron na ito ay nakikipag-usap sa bawat isa sa pamamagitan ng mahabang mgaprotoplasmikongmga hibla na tinatawag na mgaakson(axon) na nagdadala  ng mga tren ng mga pulsong signal na tinatawag na mgaaksiyon potensiyalsa mga malalayong bahagi ng utak o katawan na umaasinta sa mga spesipikong tagatanggap na mgaselula.
Mula sa pananaw naebolusyonaryongbioholikal, ang tungkulin ng utak ay upang magsagawa ng sentralisadong kontrol sa mga iba pang organo(bahagi) ngkatawan. Ang utak ay umaasal sa iba pang bahagi ng katawan sa pamamagitan ng paglikha ng mga paterno ng mga gawain ngmaselo sa pamamagitan ng pagpapatakbo ngsekresyon(paglalabas) ng mgakemikalna tinatawag na mgahormone. Ang sentralisadong kontrol na ito ay pumapayag sa mabilisan at koordinatong mga tugon sa pagbabago ng kapaligiran. Ang ilan sa mga pangunahing uri ng pagtugon gaya ng mgarepleksay maaaring ipamagitan ngkordong espinaloperiperal gangliangunit ang sopistikadong makalayuning kontrol ng pag-aasal batay sa komplikadong pandamang input ay nangangailangan ng nagsasama ng impormasyong kakayahan ng isang sentralisadong utak.
Mula sa isang pananaw napilosopikal, ang nagpapagawang espesyal sa utak kumpara sa ibang mga bahagi ng katawan ay ito ang bumubuo ng pisikal na istraktura na lumilikha ngpag-iisip. Gaya ng isinulat niHippocrates: "Ang mga tao ay dapat malamang wala na sa iba ngunit sa utak ay nagmumula ang kasiyahan, kaluguran, pagtawa, laro, kalungkutan, kapighatian, kawalang pag-asa at pananaghoy." Sa simulang bahagi ngsikolohiya, angpag-iisipay inakalang hiwalay sa utak. Gayunpaman, pagkatapos na ang mga sinaunang siyentipiko ay magsagawa ng mga eksperimento, natukoy na ang pag-iisip ay bahagi ng gumaganang utak na naghahayag ng mga ilang pag-uugali batay sa panlabas ng kapaligiran at pag-unlad ngorganismo. Ang mga mekanismo kung saan ang gawain ng utak ay nagpapalitaw ngkamalayan(consciousness) at kaisipan ay labis na nakakahamon upang maunawaan. Kahit pa sa mabilis na pag-unlad siyentipiko, ang karamihan sa kung paano kumilos ang utak ay nananatiling isang misteryo. Ang mga operasyon ng mga indibidwal naneuronsa utak ay alam na sa kasalukuyan sa labis na detalye ngunit ang paraan na pagkakaisa ng sama-samang milyong mga ito ay napakahirap na maunawaan. Ang pinakakanais nais na pakikitungo dito ay ang pagtrato sa utak bilang isang biolohikal nakompyuterna labis na iba sa mekanismo ng ibang mga elektronikong kompyuter ngunit katulad nito sa kahulugan na nagkakamit ng impormasyon sa nakapaligid na mundo, iniimbak at pinoproseso ito sa iba't ibang mga paraan.
Ang hugis at sukat ng mga utak ng iba't ibangespesyeay labis na magkakaiba at ang pagtukoy sa parehong mga katangian ay kalimitang mahirap. Gayunpaman, may mga ilang bilang ng prinsipiyo ng arkitektura ng utak na lumalapat sa lahat ng iba't ibang mga espesye. Ang ilang aspeto ng istraktura ng utak ay karaniwan sa halos lahat ng mga espesye ng hayop. Ang iba ay makikilala sa labis na mataas o sulong(advanced) mula sa mga mas primitibong utak o makilala ang utak ng mgabertebradomula sa mgainbertebrado.
Ang pinakasimpleng paraan upang magkamit ng impormasyon tungkol sa anatomiya ng utak ay sa pamamagitan ng biswal na inspeksiyon ngunit marami pang mga sopistikadong mga teknika ang napaunlad. Angtisyung utak sa natural na estado ay sobrang lambot upang pag-aralan ngunit ito ay maaaring patigasin sa pamamagitan ng paglulublob nito sa isangalkoholo iba pang mgafixativeat pagkatapos ay hihiwain ng hiwalay para sa eksaminasyon ng loob nito. Sa paningin, ang loob ng utak ay binubuo ng mga area na tinatawag namateryang grey(grey matter) na may madilim na kulay at nahihiwalay ng mga area ngputing materyana may mas maliwanag na kulay. Ang karagdagang impormasyon ay makakamit sa pamamagitan ng pagmamantsa(staining) ng mga tisyu ng utak ng iba't ibang mga kemikal na nagpapalabas ng mga area kung saan ang mga spesipikong uri ay makikita sa mataas na mga konsentrasyon. Posible ring masuri ang mikroistraktura ng tisyu ng utak gamit ang isangmikroskopyoat upang mabakas ang paterno ng mga koneksiyon mula sa isang area tungo sa iba pang area.
Ang mga utak ng lahat ng espesye ay pangunahing binubuo ng dalawang malawak na mga klase ngselula: ang mganeuronatselulang glial. Ang mgaselulang glialna kilala rin bilang glia o neuroglia ay mayroong iba't ibang uri at nagsasagawa ng ilang mga mahahalagang mga tungkuling kabilang ang suportang istraktura, suportangmetaboliko,insulasyon, at paggabay ng pag-unlad. Ang mganeuronang karaniwang tinuturing na pinakamahalagangselulasa utak. Ang katangian na gumagawa sa mga neuron na walang katulad ang kakayahan nito na makapagpadala ng mga signal(hudyat) sa mga spesipikong inaasintang mga selula sa malalayong distansiya. Ang mga ito ay nagpapadala ng mga signal sa pamamagitan ngakson(axon) na isang manipis na protoplasmikong hibla na lumalawig mula sa katawan ng selula at umuusli na karaniwan sa maraming mga sanga sa iba pang area na minsan ay malapit at minsan ay sa malalayong mga bahagi ng utak o katawan. Ang haba ng isang akson ay maaaring ekstraordinaryo. Halimbawa, angselulang piramidalngcerebral cortexay pinalaki upang ang katawan ng selulang ito ay maging kasing sukat ng katawan ng tao, ang akson na katulad na pinalaki ay magiging kable ng ilang mga sentimetro sadiametroat lumalawig sa higit sa isang kilometro. Ang mga aksong ito ay nagpapadala ng signal sa anyo ng mga pulsong elektrokemikal na tinatawag na mgaaksiyon potensiyalna tumatagal ng hindi hihigit sa ika-isang libo(thousandth) ng isangsegundoat naglalakbay sa kahabaan ng akson sa bilis na 1-100 metro kada segundo. Ang ilang mga neuron ay naglalabas ng mga aksiyon potensiyal na tuloy tuloy sa bilis na 10-100 kada segundo at karaniwan ay sa mga hindi regular na paterno. Ang ibang mga neuron ay tahimik sa karamihan ng panahon ngunit paminsan-minsan ay naglalabas ng isang putok(burst) ng mga aksiyon potensiyal. Ang mga akson ay naglalabas ng mga signal sa iba pang mganeuronsa pamamagitan ng ginawang espesyal na pagitan(junction) na tinatawag na mgasinapse. Ang isang akson ay maaaring makagawa ng mga ilang libong koneksiyong sinaptiko sa iba pang mgaselula. Kung ang isangaksiyon potensiyalna naglalakbay sa kahabaan ng akson ay dumating sa isang sinapse, ito ay nagdudulot ng kemikal na tinatawag naneurotransmitterna lumabas. Ang neurotransmitter ay nagbibigkis sa mgamolekulang reseptorsamembranong mga inaasintangselula. Ang mgasinapseang pangunahing gumaganang mga elemento ng utak. Ang mahalagang tungkulin ng utak ang pakikipagtalastasangselula-sa-selula at ang mga sinapse ang mga punto kung saan ang pakikipagtalastasan(komunikasyon) ay nangyayari. Ang utak ng tao ay tinatantiyang naglalaman ng mga 100trilyongsinapse. Kahit ang utak ng isanglangaw(fruit fly) ay naglalaman ng ilang mga milyong sinapse. Ang mga tungkulin ng mga sinapseng ito ay iba iba. Ang ilan ay nagpapanabik(excitatory) sa inaasintang selula. Ang iba ay nagpipigil(inhibitory) sa inaasintang selula. Ang iba naman ay kumikilos sa pamamagitan ng pagpapagana(activating) ng mga sistema ngikalawang mensaherona nagbabago ng panloob nakemikang mga inaasintang selula nito sa mga komplikadong paraan. Ang malaking praksiyon ng mga sinapse ay mababago na ang ibig sabihin ay may kakayahan ang mga ito sa pagbabago ng lakas sa paraang kinokontrol ng mga paternong dumadaan sa mga ito. Malawak na pinaniniwalaan na ang nakabatay sa gawaing modipikasyon(pagbabago) ng mga sinapse ang pangunahing mekanismo ngpagkatutoatmemoryang utak. Ang karamihan sa espasyo ng utak ay kinukuha ng mga akson na karaniwan ay nakakumpol ng magkakasama sa tinatawag nanerbong hiblang mga trakto. Maraming mga akson ay nakabalot sa makapal nasheathng matabang substansiyang tinatawag namyelinna nagsisilbing labis na tagapagdagdag ng bilis ng paglaganap ng signal. Ang myelin ay puti kaya ang mga bahagi ng utak na eksklusibong napupuno ng hiblang nerbo ay makikitang kinukulayan ng maliwanag na puting materya na salungat sa kinukulayan ng madilim na materyang grey na nagmamarka sa mga area na may mataas nadensidadng katawan ng selulangneuron.
Maliban sa ilang mga primitibong uri ng hayop gaya ngspongesna walangsistemang nerbiyosatjellyfishna may sistemang nerbiyos na binubuo ng kalat na nerbong lambat, ang lahat ng mga hayop aybilaterianna ang ibig sabihin ay mayroon itong bilateral na simetrikong hugis ng katawan o may kaliwa at kanang gilid na matatantiyang salaming larawan ng bawat isa. Ang lahat ng mga bilaterian ay sinasabing nagmula sa isang karaniwang ninuno(common ancestor) na lumitaw sa simula ngpanahong Cambrianmga 550-600 milyong taon ang nakalilipas at may hugis ng simplengtubonguodna may segmentadong katawan. Sa lebel na skematiko, ang basikong hugis ng uod ay patuloy na nakikita sa katawan at arkitektura ngsistemang nerbiyosng lahat ng modernong bilaterian kabilang ang mgabertebrado. Ang pundamental na anyo ng katawang bilateral ay isang tubo na may malalim na butas nggutna tumatakbo mula sa bibig patungo saanusat isang kordongnerbo(nerve) na mayganglionsa bawat segmento ng katawan at may espesyal na malaking ganglion sa harap na tinatawag na utak. Ang utak ay maliit at simple sa ilang mga espesye gaya ng mgauod na nematoda. Sa ibang mga espesye kabilang ang mgabertebrado, ito ang pinaka-komplikadong(complex) organo ng katawan. Ang ilang mga uri ng uod(bulate) gaya nglintaay nag-aangkin rin ng lumaking ganglion sa dulong likod ng kordong nerbo na tinatawag na "buntot utak". May mga ilang uri ng umiiral na bilaterial na walang makikilalang utak kabilang angechinoderm,tunicateat isang pangkat ng mga primitibongpatag na uod(flatworms) na tinatawag naAcoelomorpha. Depinitibo ring napatunayan kung ang pag-iral ng mga walang utak na espese na ito ay nagpapakita na ang mga sinaunang bilaterian ay walang utak o kung ang mga ninuno nito aynag-ebolbsa paraang nagdulot ng pagkawala na nakaraang umiiral na istraktura ng utak.
Ang kategoryang ito ay kinabibilangan ng mgaarthropod,molluskaat ilang mga uri nguod(bulate). Ang pagkakaiba ng mga planong katawan ng mga inbertebrado ay tumutugma sa katumbas na pagkakaiba sa mga istraktura ng utak nito. Ang dalawang pangkat ng mga inbertebrado ay mapapansing may mga masalimuot(complex) na mga utak: angarthropod(kabilang ang mgainsekto,crustacean,arachnidat iba pa) at ang mgacephalopod(kabilang ang mgaoctopus,pusitat mga katulad namolluska). Ang utak ng mga arthropod at cephalopod ay lumilitaw mula sa magkakambal naparalelongkordong nerbo na lumalawig sa katawan ng mga hayop na ito. Ang mga arthropod ay may isang sentral na utak na may tatlong dibisyon at malakingoptikalna mgalobo(lobes) sa likod ng bawat mata para sa pagporproseso ngpaningin. Ang mga cephalopod gaya ng octopus at pusit ay may pinakamalaking mga utak sa anumang mga inbertebrado. May mga ilang espesye na inberterbrado na ang mga utak ay lubos na pinag-aralan dahil ang mga ito ay katangian na gumagawa sa mga itong konbinyente sa pag-aaral eksperimental:
Ang unang mgabertebradoay lumitaw sapanahong Cambrianmga higit 500 milyong taon ang nakalilipas at maaaring kahawig ng modernonghagfishsa anyo. Ang mgapatingay lumitaw mga 450 milyong taon ang nakalilipas, ang mgaamphibiamga 400 milyong taon ang nakalilipas, ang mgareptiliamga 350 milyong taon ang nakalilipas at ang mgamamalyamga 200 milyong taon ang nakalilipas. Walang modernong mga espesye ang dapat ilarawang mas primitibo kesa sa iba kung mahigpit na pag-uusapan dahil ang bawat isa sa mga ito ay may katumbas na mahabangebolusyonaryongkasaysayan ngunit ang mga utak ng mga modernonghagfish,lamprey,pating,amphibian,reptileatmammalay nagpapakita ng pagbabago ng sukat at kompleksidad na halos sumusunod sa sekwensiyangebolusyonaryo. Ang utak ng lahat ng mga ito ay naglalaman ng parehong hanay ng pangunahing mga kasangkapang anatomikal ngunit ang karamihan ay rudimentaryo(hindi lubusang maunlad) sa hagfish samantalang sa mga mammal ang pinakaharap na bahagi o angtelencephalonay lubusang madetalye at malawig. Ang mga utak ay karamihang kinukumpara sa sukat nito. Ang relasyon sa pagitan ng sukat ng utak, sukat ng katawan at iba pangbariabuloay pinag-aralan sa malawak na saklaw ng mga espesyengbertebrado. Bilang patakaran, ang sukat ng utak ay lumalaki sa sukat ng katawan ng hayop ngunit hindi sa sa isang simplenglinyarnaproporsiyon. Sa pangkalahatan, ang mga mas maliit na hayop ay gumagawing nag-aangkin ng mas malaking mga utak na sinusukat bilangpraksiyonng sukat ng katawan. Ang hayop na may pinakamalaking sukat ng utak-sa sukat ng katawangrasyoanghummingbird. Para sa mgamammal, ang relasyon sa pagitan ngbolyumng utak atmasang katawan ay pundamental na sumusunod sakapangyarihang batasna mayeksponentengmga 0.75. Ang pormulang ito ay naglalarawan ngtendensiyang sentralngunit ang bawat pamilya ng mga mamalya ay lumilisan dito sa ilang digri sa paraang nagrereplekta sa isang bahagi sa kompleksidad ng mga pag-aasal nito. Halimbawa, ang mgaprimadoay nag-aangkin ng mga utak na 5 hanggang 10 beses na mas malaki kesa sa hinuhulaan ng pormulang ito. Ang mgamaninilaay gumagawing nag-aangkin ng mas malaking mga utak kesa sa mgasinisilanito relatibo sa sukat ng katawan. Ang mga utak ng lahat ngbertebradoay nagsasalo ng isang karaniwang(common) saligang anyo na lumilitaw ng maliwanag sa mga simulang yugto ng pag-unladembryoniko. Sa pinakasimulang anyo nito, ang utak ay lumalabas bilang tatlong mga pamamaga sa dulong harap ngtubong neural. Ang mga pamamagang ito ay kalaunang nagigingharapangutak(forebrain),gitnangutak(midbrain), atlikurangutak(hindbrain) o respektibongprosencephalon,mesencephalon, atrhombencephalon. Sa pinakasimulang yugto ng pag-unlad ng utak, ang tatlong mga area ay halos magkakatumbas sa sukat. Sa maraming mga klase ng bertebrado gaya ngisdaatamphibian, ang tatlong mga bahagi ay nananatiling magkatulad sa sukat sa isang matandang hayop ngunit sa mga mamalya, angharapangutakay nagiging mas malaki kesa sa ibang mga bahagi at anggitnangutakay nagiging maliit. Ang mga utak ng mga bertebrado ay gawa sa napakalambot natisyu. Ang buhay na tisyu ng utak ay medyo kulaypinksa labas at karamihan ay puti sa loob na may hindi maaninag na mga pagkakaiba sa kulay. Ang mga utak ng bertebrado ay napapaligiran ng isang sistema ng magkakadugtong na tisyung membrano na tinatawag nameningesna humihiwalay sabungomula sa utak. Ang mgabesel ng dugoay pumapasok sa sentral nasistemang nerbiyossa pamamagitan ng mga butas sa mga patong na meningeal. Ang mgaselulasa pader ng besel ng dugo ay mahigpit na pinagdudugtong sa bawat isa na bumubuo sa tinatawag naharang sa dugo-utakna pumoprotekta sa utak mula sa mgatoksin(lason) na maaaring makapasok sa pamamagitan ng daloy ng dugo. Ang mga neuroanatomista ay karaniwang naghahati sa utak ng bertebrado sa anim na mga pangunahing rehiyon: angtelencephalon(hemisperong serebral),diencephalon(thalamusathypothalamus),mesencephalon(gitnangutak),cerebellum,pons, atmedulla oblongata. Ang bawat areang ito ay may komplikadong panloob na istraktura. Ang ilang mga bahagi gaya ngcerebral cortexatcerebellumay binubuo ng mga patong na tinupi o magkakapatong na nakapulupot upang magkasya sa libre pang espasyo. Ang ibang mga bahagi gaya ngthalamusathypothalamusay binubuo ng mga kumpol ng maraming maliliit na mganuclei. Ang libo libong makikilalang mga area ay maaaring matukoy sa loob ng utak ng mga bertebrado batay sa pinong pagkakakilanlan ng mga istrakturangneural,kemikaat pagdudugtong. Bagaman ang parehong basikong mga bahagi ay makikita sa mga utak ng lahat ng bertebrado, ang ilang mga sangay ngebolusyongbertebrado ay nagtungo sa malaking distorsiyon(pagkasira) ngheometriyang utak lalo na sa area ngharapangutak. Ang utak ng isangpatingay nagpapakita ng basikong mga bahagi sa diretsong paraan ngunit sa mga isdangteleost(na kinabibilangan ng karamihan sa mga umiiral na espesye ng isda), ang harapangutak ay naging "everted" tulad ng isangmedyasna ang loob ay nakalabas. Sa mga ibon, mayroon ring malaking pagbabago sa istraktura ng harapangutak. Ang mga distorsiyong ito ay nagpapahirap na maitugma ang mga bahagi ng utak ng isang espesye sa iba pang mga espesye. Ang sumusunod ang listahan ng ilan sa pinakamahalagang mga bahagi ng utak ng mga bertebrado kasama ang maikling paglalarawan ng mga tungkulin nito:
Ang pinakahalatang pagkakaiba sa pagitan ng mga utak ng mamalya at ibang mga bertebrado ang sukat nito. Sa aberahe, ang mamalya ay may utak na halos dalawang beses na kasinglaki ng utak ng ibong may parehong sukat ng katawan at sampung beses na mas malaki kesa sa utak ng reptile na may  parehong sukat ng katawan. Gayunpaman, hindi lamang nag sukat ang tanging pagkakaiba ng mga ito. Mayroon ding malaking pagkakaiba sa hugis nito. Ang likurangutak at gitnangutak ng mga mamalya ay sa pangkalahatang katulad ng ibang mga bertebrado ngunit ang malaking pagkakaiba ay makikita sa harapangutak na lubos na mas malaki at nabago sa istraktura. Angcerebral cortexang bahagi ng utak na malakas na bumubukod sa mga mamalya. Sa mga hindi mamalyang bertebrado, ang surpasiyo(ibabaw) ngcerebrumay nilinyahan ng makukumparang simpleng tatlong patong na istrakturang tinatawag napallium. Sa mga mammal, ang pallium ay nag-ebolb sa mas komplikadong anim na patong na istrakturang tinatawag naneocortexo isocortex. Ang ilang mga area sa gilid ng neocortex kabilang anghippocampusatamygdalaay higit ring labis na mas maunlad sa mga mammal kesa sa ibang mga bertebrado. Ang pagkakaroon ng labis na detalye ng cerebral cortex ay nagdadala nito ng ibang mga pagbabago sa ibang mga area ng utak. Angsuperior colliculusna gumagampan ng malaking papel sa pagkontrol ng paningin sa karamihan ng mga bertebrado ay lumiliit sa maliit na sukat sa mga mammal at marami sa mga tungkulin nito ang ginampanan ng mga areang biswal(paninging) ng cerebral cortex. Angcerebellumng mga mamalya ay naglalaman ng malaking porsiyon (ang neocerebellum) na nakalaan sa pagsuporta ng cerebral cortex na walang kapilas(counterpart) sa ibang mga bertebrado.
Ang mga utak ng tao at iba pang mgaprimadoay naglalaman ng parehong mga istraktura gaya ng utak ng ibang mga mamalya ngunit ang mga ito ay mas malaki sa proporsiyon ng sukat ng katawan ng mga ito. Ang pinakamalawak na tinatanggap na paraan ng pagkukumpara ng mga sukat ng utak sa buong mga espesye ay tinatawag nakosiyenteng ensepalisasyon(encephalization quotient o EQ) na isinasaalang-alang ang pagiging hindilinyarng utak-sa-katawang relasyon. Ang mga tao ay may aberaheng EQ na 7 hanggang 8 saklaw(range) samantalang ang ibang mga primate ay may EQ sa 2 hanggang 3 saklaw. Ang mgadolphinay may EQ na mas mataas sa ibang mga primate bukod sa tao ngunit ang halos lahat ng mga mammal ay may halagang EQ na labis na mas mababa. Ang karamihan sa paglaki ng utak ng mga primate ay nagmula sa labis na paglawig ng cerebral cortex lalo na angprefrontal cortexat mga bahagi ng cortex na sumasangkot sa bisyon(paningin). Ang biswal na nagpoprosesong networko ng mga primate ay kinabibilangan ng hindi lalagpas sa 30 makikilalang mga area ng utak na may komplikadong sapot ng interkoneksiyon. Tinantiya na ang mga area sa pagpoprosesong biswal(paningin) ay sumasakop sa higit sa kalahati ng kabuuang surpasiyo ng neocortex ng mga primate. Ang prefrontal cortex ay nagsasagawa ng mga tungkuling kabilang ang pagpaplano,kumikilos na memorya,motibasyon,atensiyon, at kontrol pang ehekutibo. Ito ay kumukuha ng labis na malaking proporsiyon sa utak ng mga primate kesa sa ibang mga species at lalong malaking praksiyon sa utak ng tao.
Ang mga tungkulin ng utak ay nakabatay sa kakayahan ng mganeuronna magpadala ng mga elektrokemikal na signal(hudyat) sa ibang mgaselulaat sa kakayahan ng mga ito na angkop na tumugon sa mga elektrokemikal na signal na natanggap mula sa ibang mga selula. Ang elektrikal na katangian ng mga neuron ay kinokontrol ng malawak na uri ng mga biokemikal atmetabolikongproseso na ang pinakakilala dito ang interaksiyon sa pagitan ng mganeurotransmitteratreseptorna nangyayari sa mgasinapse.
Ang mganeurotransmitterang mgakemikalna inilalabas sasinapsekapag angaksiyon potensiyalay nagpapagana sa mga ito. Ang mga neurotransmitter ay nagbibigkis ng kanilang sarili sa mgamolekulang reseptorsamembranong inaasintangselulangsinapskaya binabago nito ang elektrikal at kemikal na katangian ng mga molekulang reseptor. Sa ilang mga eksepsiyon, ang mga neuron sa utak ay naglalabas ng parehong mga kemikal na neurotransmitter o kombinasyon ng mga neurotransmitter sa lahat ng mga sinaptikong koneksiyon na ginagawa sa iba pang mga neuron. Ang patakarang ito ay tinatawag naprinsipyo ni Dale. Dahil dito, ang neuron ay maaaring ilarawan sa pamamagitan ng neurotransmitter na inilalabas nito. Ang karamihan sa mgasikoaktibong mga drogaay nagbibigay ng mga epekto nito sa pamamagitan ng pagbabago ng spesipikong mga sistema ng neurotransmitter. Ito ay lumalapat sa mga drogang gaya ngmarijuana,nikotina,heroin,cocaine,alak,fluoxetine,chlorpromazineat marami pang iba. Ang dalawang neurotransmitter na malawak na ginagamit sa utak ng mga bertebrado angglutamatona palaging nagsasagawa ng mga nagpapanabik na epekto sa mga inaasintang neuron at angasidong gamma-aminobutiriko(GABA) na palaging nagsasagawa ng pagpipigil sa mga inaasintang neuron. Ang mga neuron na gumagamit ng mga neurotransmitter na ito ay matatagpuan sa halos bawat bahagi ng utak. Dahil sa pagiging laganap ng mga ito, ang mga drogang kumikilos sa glutamato o GABA ay gumagawing nag-aangkin ng malawak at makapangyarihang mga epekto. Ang ilang mga pangkalahatanganestetikoay umaasal sa pamamagitan ng pagbabawas ng mga epekto ng glutamato. Ang karamihan sa mgatrankilayseray nagsasagawa ng mga sedatibong(nagpapakalmang) mga epekto nito sa pamamagitan ng pagpapataas ng mga epekto ngGABA. May mga dosena ng ibang mga kemikal na neurotransmitter na ginagamit sa mas limitadong mga area ng utak na kadalasan ay inilalaan sa isang partikular na tungkulin. Halimbawa, angserotoninna pangunahing inaasinta ng mga drogangantidepresantat maraming mga pantulong dietaryo ay nagmumulang eksklusibo sa isang maliit na area ng sangangutak(brainstem) na tinatawag naRaphe nuclei. Angnorepineprinona sumasangkot sa pananabik ay eksklusibong nagmumula sa isang malapit na areang tinatawag nalocus coeruleus. Ang ibang mga neurotransmitter gaya ngacetylkolinoatdopaminoay maraming pinagmumulan sa utak ngunit hindi kasinglaganap na ipinamamahaging gaya ngglutamatoatGABA.
Bilang pangalawang epekto ng mga prosesong elektrokemikal na ginagamit ng mga neuron sa paghuhudyat, ang mga tisyu ng utak ay lumilikha ng mgaelektrikong fieldkapag ito ay aktibo. Kapag ang malaking bilang ng mga neuron ay nagpapakita ng sinkronisadong(magkakasabay) mga gawain, ang mga elektrikong field na nililikha ng mga ito ay maaaring sapat na malaki upang matukoy ito sa labas ng bungo gamit angelektroensepalograpiya(electroencephalography o EEG). Ang mga rekording na EEG kasama ang mga rekording na ginagawa mula sa electrode na itinanim sa loob ng mga utak ng hayop gaya ng daga ay nagpapakitang ang utak ng isang buhay na hayop ay patuloy na aktibo kahit sa pagtulog. Ang bawat bahagi ng utak ay nagpapakita ng pinaghalong ritmiko(rhythmic) at hindi ritmikong mga gawain na maaaring mag-iba ayon sa estado ng pagkilos. Sa mga mamalya, ang cerebral cortex ay may kagawiang nagpapakita ng malaking mabagal na mgaalong deltahabang natutulog, mas mabilis na mgaalong alphakung ang hayop ay gising ngunit walang pansin at ang mukhang magulong iregular na gawain kapag ang hayop ay aktibong nagsasagawa ng isang gawain. Habang nangyayari ang isangepileptikong pangingisay, ang mekanismong kontrol na nagpipigil sa utak ay nabibigong gumana at ang elektrikal na gawain ay tumataas sa level na patolohikal(nagsasanhi ng sakit) at lumilikha ng mga bakas ng EEG na nagpapakita ng malaking alon at mga paternong patulis na hindi nakikita sa mga malusog na utak. Ang pag-uugnay ng mga pang populasyong mga lebel ng pateernong ito sa mga komputasyonal na mga tungkulin ng mga indibidwal na neuron ang pangunahing pokus ng pagsasaliksik saneuropisiolohiya.
Ang lahat ng mga bertebrado ay mayharang na dugo-utakna pumapayag sametabolismosa loob ng utak na maisagawa ng iba sa metabolismo ng ibang mga bahagi ng katawan. Ang mgaselulang Glialay gumagampan ng malaking papel sa metabolismo ng utak sa pamamagitan ng pagkokontrol ng komposisyong kemikal ng pluido na pumapaligid sa mganeuronkabilang ang mga lebel ngionatnutriento. Ang tisyu ng utak ay kumokonsumo ng malaking halaga ng enerhiya na proporsiyon sabolyumnito kaya ang malalaking mga utak ay naglalagay ng labis na metabolikong pangangailangan sa mga hayop. Ang pangangailangan na limitahan ang timbang na nakaayos, halimbawa sa mga langaw ay nagdulot ng seleksiyon(pagpili) sa pagpapaliit ng sukat ng utak sa ilang mga espesye gaya ngpaniki. Ang karamihan sa konsumpsiyon ng enerhiya ng utak ay napupunta sa pagpapanatili ng elektrikong karga omembranong potensiyalng mga neuron. Karamihan sa mga espesyang bertebrado ay naglalaan sa pagitan ng 2% at 8% ngmetabolismong basalsa utak. Gayunpaman, sa mgaprimado, angpraksiyonay mas mataas. Sa mga tao, ito ay tumataas sa 20–25%. Ang konsumpsiyon ng enerhiya ng utak ay hindi labis na nagbabago sa paglipas ng panahon ngunit ang mga aktibong rehiyon ngcerebreal cortexay kumokonsuma ng medyo mas maraming enerhiya kesa sa mga hindi aktibong rehiyon. Ito ay bumubuo ng batayan para sa pangtungkuling paraan ng paglalarawan ng utak gaya ngPETatfMRI. Sa mga tao at iba pang species, ang brain ay kumukuha ng halos lahat ng mga enerhiya nito mula sa nakabatay saoksihenona metabolismo ngglukosa(asukal ng dugo). Sa ilang mga espesye, ang alternatibong pinagkukunan ng enerhiya ay maaaring gamitin kabilang anglactate,ketone,asidong amino,glikohenoat posibleng mgalipido.
Mula sa perspektibongebolusyonaryo-biolohikal, ang tungkulin ng utak ay magbigay ng kosistenteng kontrol sa mga aksiyon ng isang hayop. Ang isang sentralisadong ay pumapayag sa mga pangkat ngmaselna kapwa mapagana sa mga komplikadong paterno. Ito ay pumapayag rin sa mgastimulina naghihimasok sa isang bahagi ng katawan na pumukaw ng mga tugon sa iba pang mga bahagi at maaari rin itong magpigil sa iba't ibang bahagi ng katawan sa pagsasagawa ng magkakabanggang tungkulin sa bawat isa. Upang lumikha ng makalayunin at nagkakaisang aksiyon, ang utak ay nagdadala muna ng impormasyon mula sa mga organongpandamang sama sama isang sentral na lokasyon. Pagkatapos nito ay pinoproseso ng utak ang mga hilaw na mga datos na ito upang humugot ng impormasyon tungkol sa istraktura ng kapalagiraan. Kasunod nito ay pinagsasama nito ang naprosesong pandamang impormasyon kasama ng impormasyon sa mga kasalukuyang pangangailangan ng hayop at sa memorya ng mga nakaraang sirkunstansiya. Ang pinakahuli sa basehan ng mga resulta, ito ay lumilikha ng mga paternong tugong motor na angkop sa pagpapalaki(maximize) ng kapakanan ng hayop. Ang mga gawaing pagpoproseso ng mga signal ay nangangailangan ng mga komplikadong pakikipag-ugnayan sa pagitan ng iba't ibang mga gumaganang pang-ilalim na sistema.
Ang imbensiyon ng mga elektronikongkompyuternoong mga 1940 kasama ng pagkakabuo ng matematikal nateoriya ng impormasyonay nagdulot ng pagkakatanto na ang mga utak ay maaaring potensiyal na maunawaan bilang mga sistemang nagpoproseso ng impormasyon. Ang konseptong ito ang bumuo ng basehan ng larangan ngcybernetikaat kalaunan ay nagdulot ng paglitaw ng tinatawag ngayongkomputasyonal na neurosiyensiya. Ang pinakaunang mga pagtatangka ay medyo hindi maunlad na tumatrato sa utak bilang isang digital na kompyuter na nagbabalat kayo gaya halimbawa sa aklat niJohn von Neumannnoong 1958 na "The Computer and the Brain". Sa paglipas ng mga panahon, ang pagtitipon ng impormasyon tungkol sa elektrikong mga tugon ng mgaselula ng utakna naitala(recorded) mula sa mga kumikilos na hayop ay patuloy na naglipat ng mga konseptong teoretikal sa direksiyon ng papalagongrealismo. Ang esensiya ng pakikitungo sa pagpoproseso ng impormasyon ng utak ay upang subukang maunawaan ang tungkulin ng utak sa termino ng mga impormasyong dumadaloy at implementasyon(pagpapatupad) ng mgaalgoritmo. Ang isa sa pinakamaimpluwensiya(most influential)na sinaunang ambag ang 1959 na papel na pinamagatang "What the frog's eye tells the frog's brain"(Ano ang sinasabi ng mata ng palaka sa utak ng palaka). Ang papel na ito ay sumusuri ng mga tugong biswal(paningin) ng mganeuronsaretinaatoptikong tectumsa mgapalakaat dumating sa konklusyong ang ilang mga nueron sa tectum ng palaka ay nakakawad(wired) upang magsama ng elementaryong tugon sa paraang gumagawa sa mga ito bilang "bug perceivers"(tagatanto ng mga kulisap). Sa mga ilang taon pagkatapos nito, natuklasan ninaDavid HubelatTorsten Wieselang mgaselulasapangunahing biswal na cortexng mgaunggoyna naging aktibo kapag ang mga matutulis na gilid sa kahabaan ng mga spesipikong punto sa sakop ay makikita. Ito ang pagkakatuklas na kalaunan ay nagdulot sa kanila ngGantimpalang Nobel. Ang mga kasunod na pag-aaral sa mga mataas na order na area ng paningin ay nakatuklas na ang mga selula na makakatukoy ng disparidad na binokular, kulay, paggalaw, at mga aspeto ng hugis sa mga area na matatagpuan sa papalaking distansiya mula sa pangunahing biswal cortex ay nagpapakita ng papalaking komplikadong mga tugon. Ang ibang mga imbestigasyon ng area ng utak na walang kaugnayan sa paningin ay naghayag ng mga selula na may malawak na uri ng mga tugong may kaugnay. Ang ilan sa mga ito ay umuugnay samemorya ng utakat ang ilan sa mga abstraktong uri ngkognisyongaya ng espasyo. Ang mga teorista ay nagsagawa ng pag-aaral upang maunawaan ang mga paternong tugong ito sa pamamagitan ng paglikha ng mgamatematikalna model ngneuronatnetwork na neuralna maaaring gayahin gamit ang mga kompyuter. Ang ilang mga magagamit na modelo ayabstraktona pumopokus sa konseptwal na istraktura ng mgaalgoritmongneural kesa sa mga detalye kung paaanong mga ito ay ipinapatupad sa utak. Ang ilang mga modelo ay nagtatangka na isama ang mga datos tungkol sa katangian pisikal ng mga tunay naneuron. Gayunpaman, wala pang modelo sa anumang lebel sa kasalukuyan na itinuturing na lubusang balidong deskripisyon ng tungkulin ng utak. Ang esensiyal na kahirapan ay ang mga sopistikadong komputasyon(pagkukwenta) sa mganetwork na neuralay nangangailangan ng ipinamahaging pagpoproseso kung saan ang daan mga daan o libo libong neuron ay sama samang  kumikilos. Ang mga kasalukuyang paraan ng pagtatala ng gawain ng utak ay may tanging kakayahan nag paghihiwalay ng mgaaksiyon potensiyalmula sa ilang dosenangneuronng isa isa.
Ang isa sa mga pangunahing tungkulin ng utak ang paghugot ng biolohikal na mahalagang impormasyon mula sa mga input pandama(sensory). Ang utak ng tao ay binibigyan ng impormasyon tungkol sa liwanag, tunog, ang kemikal na komposisyon ngatmospero, temperatura, orientasyon ng ulo, posisyon ng mga hita, ang kemikal na komposisyon ng daloy ng dugo at marami pang iba. Sa ibang mga hayop, ang karagdagang mga pandama ay umiiral gaya nginfraredna pandama ng init sa mgaahas, ang pandama ngmagnetikong fieldsa mgaibono ang pandamangelektrikong fieldsa ilang mga uri ngisda. Sa karagdagan, ang ibang mga hayop ay maaaring magpaunlad ng mga kasalukuyang sistemang pandama sa mga bagong paraan gaya ng adaptasyon(pag-aangkop) ng mga paniki ng pandamang pandinig nito sa isang anyo ngsonar. Sa isang paraan o iba pa, ang lahat ng mga pandamang modalidad na ito ay inisyal(sa simula) na matutukoy ng mga ginawang espesyal na sensor na nagsasagawa ng mga signal sa utak. Ang bawat sistemang pandama ay nagsisimula sa mga ginawang espesyal naselulang reseptorgaya ng tumatanggap ng liwanag na mganeuronsaretinangmata, sensitibo sa panginginig na mga neuron sacochleangtengao mga sensitibo sapresyurna mga neuron sabalat. Ang mgaaksonng mga pandamang selulang reseptor ay naglalakbay sakordong espinalo utak kung saan ang mga ito ay nagpapadala ng mga signal nito sa unang-order na mga pandamangnucleusna nakalaan sa isang spesipikong pandamang modalidad. Ang pangunahing pandamang nucleus na ito ay nagpapadala ng impormasyon sa mas mataas na order na mga areang pandama na nakalaan sa parehong modalidad. Kalaunan sa pamamagitan ng isang daang estasyon sathalamus, ang mga signal ay pinapadala sacerebral cortexkung saan ang mga ito ay pinoproseso upang humugot ng biolohikal na mahalagang katangian at isinasama sa mga signal na nagmula sa iba pang mga sistemang pandama.
Ang mga sistemang motor ang mga area sa utak na direkta o hindi direktang nasasangkot sa paglikha ng mga paggalawa ng katawan o sa pagpapagana ng mgamasel. Maliban sa mga masel na kumokontrol sa mata na pinapatakbo ng nuclei sa gitnangutak, ang lahat ng mgaboluntaryong maselsa katawan ay direktang pinupukaw(innervated) ng mgamotor na neuronsakordong espinalat likurangutak. Ang mga espinal na motor na neuron ay kinokontrol ng parehong mga sirkitong neural na bahagi ngkordong espinalat ng mga input na umaahon mula sa utak. Ang intrinsikong sirkitong espinal ay nagpapatupad ng maraming mga tugongreflexat naglalaman ng mga henerador ng paterno para sa ritmikong paggalaw gaya ng paglalakad at paglangoy. Ang nagmumulang mga koneksiyon sa utak ay pumapayag ng mas sopistikadong mga kontrol. Ang utak ay naglalaman ng ilang mga area na motor na umuungos na direkta sa kordong espinal. Sa pinakamababang lebel, ang mga motor na area samedullaatponsna kumukontrol sa mga stereotipadong mga paggalawa gaya ng paglalakad, paghinga at paglunok. Sa mas mataas na lebal ang mga area sa gitnangutak gaya ng pulang nucleus na responsable sa pagkokoordina ng mga paggalaw ng mga braso at hita. Sa lalong mas mataas pang lebel angpangunahing motor na cortexna isang piraso ngtisyungmatatagpuan sa posterior(likurang) gilid ngharapang lobo(frontal lobe). Ang pangunahing motor na cortex ay nagpapadala ng mga proheksiyon sa mga subcortical na motor na area ngunit ito ay nagpapadala rin ng malaking proheksiyon na direkta sa kordong espinal sa pamamagitan ngtraktong piramidal. Ang direktang corticospinal na proheksiyong ito ay pumapayag para sa isang tiyak na boluntaryong kontrol ng mga pinong detalye ng paggalaw. Ang ibang mga kaugnay na motor na area ng utak ay nagsasagawa ng ikalawang mga epekto sa pamamagitan ng pagpoprohekto sa mga pangunahing motor na area. Kabilang sa pinakamahalagang pangalawang mga area angpremotor cortex,basal ganglia, atcerebellum.
Sa karagdagan sa lahat ng nasa itaas, ang utak atkordong espinalay naglalaman ng ekstensibong mgasirkitriyaupang kontrolin ang autonomikongsistemang nerbiyosna umaasal sa pamamagitan ng paglalabas ng mgahormoneat pagmo-modula ng mga makinis namaselnggut. Ang autonomikong sistemang nerbiyos ay umaapekto sa rate ng pagtibok ng puso,dihestiyon, rate ngrespiration, paglalaway,perspirasyon(pagpapawis),urinasyon(pag-ihi), pananabik sekswal, at iba pang mga proseso. Ang karamihan sa mga tungkulin nito ay hindi nasa ilalim ng direktang boluntaryong kontrol.
Marahil ang pinakahalatang aspeto ng pag-aasal ng anumang hayop ang pang-araw araw na siklo sa pagitan ng pagtulog at paggising. Ang pananabik(arousal) at pagiging alerto ay inaangkop(modulate) sa mas pinong skala ng panahon bagaman ng isang ekstensibong networko ng mga area ng utak. Ang isang mahalagang bahagi ng sistemang pananabik angsuprachiasmatic nucleus(SCN) na isang munting bahagi nghypothalamusna matatagpuang direkta sa itaas ng punto kung saan ang mga nerbong optiko mula sa dalawang mata ay nagtatagpo. Ang SCN ay naglalaman ng sentral na biolohikal na orasan ng katawan ng organismo. Ang mga neuron ay nagpapakita ng lebel ng gawain na tumataas at bumabagsak sa yugtong mga 24 oras na mgaritmong circadian. Ang mga pagbabago bago ng mga gawaing ito ay pinapatakbo ng mga pagbabagong ritmiko sa ekspresyon ng ng hanay ng mga "clock genes"(orasang mga gene). Ang SCN ay patuloy na nagpapanatili ng oras kahit pa ito ay putulin mula sa utak at ilagay sa isang plato ng mainit na solusyongnutrientongunit ito ay ordinaryong tumatanggap ng input mula sa mga nerbong optiko sa pamamagitan ngtraktong retinohypothalamic(RHT) na pumapayag sa pang-araw araw na liwanag-dilim na mga siklo upang magsagawa ngkalibrasyonng orasan. Ang SCN ay umuungos sa isang hanay ng mga area sa hypothalamus, sangangutak(brainstem) at gitnangutak na sumasangkot sa pagpapatupad ng mga siklong pagtulog-paggising. Ang isang mahalagang bahagi ng sistemang ito ang pormasyong retikular na isang pangkat ng mga kumpol na neuron na nakakalat sa pinakagitna ng mababang utak. Ang mgaretikula na neuronay nagpapadala ng mga signal sathalamusna ang mga ito ay nagpapadala naman ng aktibidad-lebel- na kumokontrol na mga signal sa bawat bahagi ng cortex. Ang pinsala sa pormasyong retikular ay maaaring lumikha ng permanenteng estado ngcoma(walang kamalayan). Ang pagtulog ay sumasangkot sa malaking mga pagbabago sa gawain ng utak. Hanggang 1950, pangkalatang pinapaniwalaan na ang utak ay esensiyal na nagsasara sa pagtulog ngunit ito ay nalamang hindi too. Angpagtulog na REM(na maypanaginip) atNREM(hindi REM na walang panaginip) ay umuulit sa kaunting paiba ibang mga paterno sa buong episodyo ng pagtulog. Ang tatlong malawak na mga uri ng walang katulad na mga perno ng gawain ng  utak ang maaaring sukatin: REM, mababaw na NREM at malalim na NREM. Sa pagtulog na malalim na NREM na tinatawag ring pagtulog na mabagal na alon, ang aktibidad sa cortex ay kumukuha ng anyo ng malaking sinkronisadong(sabay sabay) na mga alon samantalang sa estadong paggising, ito ay maingay hindi sabay sabay. Ang mga lebel ng mganeurotransmitternanorepinephrineatserotoninay bumabagsak habang nangyayari ang mabagal na along pagtulog at bumabagsak sa halos sero sa pagtulog na REM. Ang mga lebel ngacetylcholineay nagpapakita ng kabaligtarang paterno.
Para sa anumang hayop, ang pagpapatuloy(survival) ay nangangailangan ng pagpapanatili ng iba't ibang uri ng mga parametro ng estadong pangkatawan sa loob ng isang limitadong saklaw ngbariasyon(pagkakaiba). Ito ay kinabibilangan ng temperatura, nilalamang tubi, konsenstrasyon ngasinsa daluyangdugo, lebel ngglukosasadugo, lebel ngoksihenosadugoat iba pa. Ang kakayahan ng isang hayop na pangasiwaan ang panloob na kapaligiran ng katawan nito o ang tinatawag na milieu intérieur ng pangunahing pisiolohistang si Claude Bernard ay kilala bilanghomoestasis. Ang pagpapanatili ng homeostatsis ay isang mahalagang tungkulin ng utak. Ang basikong prinsipyo na sumasalig sa homoestasis angnegatibong feedbackna sa anumang panahong ang paremetro ay lumihis sa tinakdang punto nito, ang mga sensor ay lumilikha ng maling signal(error signal) na pumupukaw ng tugon na nagsasanhi sa paremetro na umurong pabalik sa halagang optimum nito. Ang prinsipyong ito ay malawak na ginagamit sainhinyeryahalimbawa sa pagkontrol ng temperatura gamit angthermostat. Sa mga bertebrado, ang bahagi ng utak na gumagampan ng pinakamalaking papel ang hypothalamus na isang maliit na rehiyon sa ilalim ngharapangutakna ang sukat ay hindi rumireplekta sa kompleksidad ng kahalagahan ng tungkulin nito. Ang hypothalamus ang koleksiyon ng maliliit na nuclei na ang karamihan ay sumasangkot sa mga basikong biolohikal na tungkulin. Ang ilan sa mga tungkuling ito ay umuugnay sa pananabik(arousal) o sa mga ugnayang pakikisalamuha gaya ngsekswalidad,agresyono mga pag-aasal na maternal(pang-ina) ngunit ang karamihan sa mga ito ay umuugnay sa homeostasis. Ang mga hipotalamikong nuclei ay tumatanggap ng input mula sa mga sensor na matatagpuan sa linya ngbesel ng dugoat naghahatid ng impormasyon tungkol sa temperatura, lebel ngsodium, lebel ngglukosa, lebel ngoksihenosa dugo at iba pang mga parametro. Ang mga hipotalamikong mga nuclei na ito ay nagpapadala ng mga signal na output sa mga motor na area na maaaring lumikha ng mga aksiyon upang itama ang mga kakulangan(deficiencies). Ang ilan sa mga output ay tumutungo rin saglandong pituitaryona isang munting glandong nakakabit ng direkta sa ilalim ng hypothalamus. Ang glandong pituitaryo ay naglalabas ng mgahormonesa daluyangdugo kung saan ang mga ito ay umiikot sa buong katawan at pumupukaw ng mga pagbabago sa gawain ngselula.