Utak

Anatomiya

Ang hugis at sukat ng mga utak ng iba't ibang espesye ay 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 mga bertebrado mula sa mga inbertebrado.
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. Ang tisyu ng utak sa natural na estado ay sobrang lambot upang pag-aralan ngunit ito ay maaaring patigasin sa pamamagitan ng paglulublob nito sa isang alkohol o iba pang mga fixative at pagkatapos ay hihiwain ng hiwalay para sa eksaminasyon ng loob nito. Sa paningin, ang loob ng utak ay binubuo ng mga area na tinatawag na materyang grey(grey matter) na may madilim na kulay at nahihiwalay ng mga area ng puting materya na 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 isang mikroskopyo at upang mabakas ang paterno ng mga koneksiyon mula sa isang area tungo sa iba pang area.

Ang henerikong bilaterian na sistemang nerbiyos

Maliban sa ilang mga primitibong uri ng hayop gaya ng sponges na walang sistemang nerbiyos at jellyfish na may sistemang nerbiyos na binubuo ng kalat na nerbong lambat, ang lahat ng mga hayop ay bilaterian na 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 ng panahong Cambrian mga 550-600 milyong taon ang nakalilipas at may hugis ng simpleng tubonguod na may segmentadong katawan. Sa lebel na skematiko, ang basikong hugis ng uod ay patuloy na nakikita sa katawan at arkitektura ng sistemang nerbiyos ng lahat ng modernong bilaterian kabilang ang mga bertebrado. Ang pundamental na anyo ng katawang bilateral ay isang tubo na may malalim na butas ng gut na tumatakbo mula sa bibig patungo sa anus at isang kordong nerbo(nerve) na may ganglion sa 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 mga uod na nematoda. Sa ibang mga espesye kabilang ang mga bertebrado, ito ang pinaka-komplikadong(complex) organo ng katawan. Ang ilang mga uri ng uod(bulate) gaya ng linta ay 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 ang echinoderm, tunicate at isang pangkat ng mga primitibong patag na uod(flatworms) na tinatawag na Acoelomorpha. 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 ay nag-ebolb sa paraang nagdulot ng pagkawala na nakaraang umiiral na istraktura ng utak.

Sa mga mamalya

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. Ang cerebral cortex ang bahagi ng utak na malakas na bumubukod sa mga mamalya. Sa mga hindi mamalyang bertebrado, ang surpasiyo(ibabaw) ng cerebrum ay nilinyahan ng makukumparang simpleng tatlong patong na istrakturang tinatawag na pallium. Sa mga mammal, ang pallium ay nag-ebolb sa mas komplikadong anim na patong na istrakturang tinatawag na neocortex o isocortex. Ang ilang mga area sa gilid ng neocortex kabilang ang hippocampus at amygdala ay 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. Ang superior colliculus na 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. Ang cerebellum ng mga mamalya ay naglalaman ng malaking porsiyon (ang neocerebellum) na nakalaan sa pagsuporta ng cerebral cortex na walang kapilas(counterpart) sa ibang mga bertebrado.

Pisiolohiya

Ang mga tungkulin ng utak ay nakabatay sa kakayahan ng mga neuron na magpadala ng mga elektrokemikal na signal(hudyat) sa ibang mga selula at 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 at metabolikong proseso na ang pinakakilala dito ang interaksiyon sa pagitan ng mga neurotransmitter at reseptor na nangyayari sa mga sinapse.

Mga neurotransmitter at reseptor

Ang mga neurotransmitter ang mga kemikal na inilalabas sa sinapse kapag ang aksiyon potensiyal ay nagpapagana sa mga ito. Ang mga neurotransmitter ay nagbibigkis ng kanilang sarili sa mga molekulang reseptor sa membrano ng inaasintang selula ng sinaps kaya 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 na prinsipyo ni Dale. Dahil dito, ang neuron ay maaaring ilarawan sa pamamagitan ng neurotransmitter na inilalabas nito. Ang karamihan sa mga sikoaktibong mga droga ay nagbibigay ng mga epekto nito sa pamamagitan ng pagbabago ng spesipikong mga sistema ng neurotransmitter. Ito ay lumalapat sa mga drogang gaya ng marijuana, nikotina, heroin, cocaine, alak, fluoxetine, chlorpromazine at marami pang iba. Ang dalawang neurotransmitter na malawak na ginagamit sa utak ng mga bertebrado ang glutamato na palaging nagsasagawa ng mga nagpapanabik na epekto sa mga inaasintang neuron at ang asidong 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 pangkalahatang anestetiko ay umaasal sa pamamagitan ng pagbabawas ng mga epekto ng glutamato. Ang karamihan sa mga trankilayser ay nagsasagawa ng mga sedatibong(nagpapakalmang) mga epekto nito sa pamamagitan ng pagpapataas ng mga epekto ng GABA. 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, ang serotonin na pangunahing inaasinta ng mga drogang antidepresant at maraming mga pantulong dietaryo ay nagmumulang eksklusibo sa isang maliit na area ng sangangutak(brainstem) na tinatawag na Raphe nuclei. Ang norepineprino na sumasangkot sa pananabik ay eksklusibong nagmumula sa isang malapit na areang tinatawag na locus coeruleus. Ang ibang mga neurotransmitter gaya ng acetylkolino at dopamino ay maraming pinagmumulan sa utak ngunit hindi kasinglaganap na ipinamamahaging gaya ng glutamato at GABA.

Gawaing elektrikal

Bilang pangalawang epekto ng mga prosesong elektrokemikal na ginagamit ng mga neuron sa paghuhudyat, ang mga tisyu ng utak ay lumilikha ng mga elektrikong field kapag 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 ang elektroensepalograpiya(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 mga along delta habang natutulog, mas mabilis na mga along alpha kung 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 isang epileptikong 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 sa neuropisiolohiya.

Metabolismo

Ang lahat ng mga bertebrado ay may harang na dugo-utak na pumapayag sa metabolismo sa loob ng utak na maisagawa ng iba sa metabolismo ng ibang mga bahagi ng katawan. Ang mga selulang Glial ay gumagampan ng malaking papel sa metabolismo ng utak sa pamamagitan ng pagkokontrol ng komposisyong kemikal ng pluido na pumapaligid sa mga neuron kabilang ang mga lebel ng ion at nutriento. Ang tisyu ng utak ay kumokonsumo ng malaking halaga ng enerhiya na proporsiyon sa bolyum nito 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 ng paniki. Ang karamihan sa konsumpsiyon ng enerhiya ng utak ay napupunta sa pagpapanatili ng elektrikong karga o membranong potensiyal ng mga neuron. Karamihan sa mga espesyang bertebrado ay naglalaan sa pagitan ng 2% at 8% ng metabolismong basal sa utak. Gayunpaman, sa mga primado, ang praksiyon ay 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 ng cerebreal cortex ay 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 ng PET at fMRI. Sa mga tao at iba pang species, ang brain ay kumukuha ng halos lahat ng mga enerhiya nito mula sa nakabatay sa oksiheno na metabolismo ng glukosa(asukal ng dugo). Sa ilang mga espesye, ang alternatibong pinagkukunan ng enerhiya ay maaaring gamitin kabilang ang lactate, ketone, asidong amino, glikoheno at posibleng mga lipido.

Mga tungkulin ng utak

Mula sa perspektibong ebolusyonaryo-biolohikal, ang tungkulin ng utak ay magbigay ng kosistenteng kontrol sa mga aksiyon ng isang hayop. Ang isang sentralisadong ay pumapayag sa mga pangkat ng masel na kapwa mapagana sa mga komplikadong paterno. Ito ay pumapayag rin sa mga stimuli na 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 organong pandama ng 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.

Pagpoproseso ng impormasyon

Ang imbensiyon ng mga elektronikong kompyuter noong mga 1940 kasama ng pagkakabuo ng matematikal na teoriya ng impormasyon ay 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 ng cybernetika at kalaunan ay nagdulot ng paglitaw ng tinatawag ngayong komputasyonal 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 ni John von Neumann noong 1958 na "The Computer and the Brain". Sa paglipas ng mga panahon, ang pagtitipon ng impormasyon tungkol sa elektrikong mga tugon ng mga selula ng utak na naitala(recorded) mula sa mga kumikilos na hayop ay patuloy na naglipat ng mga konseptong teoretikal sa direksiyon ng papalagong realismo. 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 mga algoritmo. 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 mga neuron sa retina at optikong tectum sa mga palaka at 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 nina David Hubel at Torsten Wiesel ang mga selula sa pangunahing biswal na cortex ng mga unggoy na 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 ng Gantimpalang 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 sa memorya ng utak at ang ilan sa mga abstraktong uri ng kognisyon gaya ng espasyo. Ang mga teorista ay nagsagawa ng pag-aaral upang maunawaan ang mga paternong tugong ito sa pamamagitan ng paglikha ng mga matematikal na model ng neuron at network na neural na maaaring gayahin gamit ang mga kompyuter. Ang ilang mga magagamit na modelo ay abstrakto na pumopokus sa konseptwal na istraktura ng mga algoritmong neural 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 na neuron. 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 mga network na neural ay 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 mga aksiyon potensiyal mula sa ilang dosenang neuron ng isa isa.

Persepsiyon

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 ng atmospero, 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 ng infrared na pandama ng init sa mga ahas, ang pandama ng magnetikong field sa mga ibon o ang pandamang elektrikong field sa ilang mga uri ng isda. 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 ng sonar. 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 na selulang reseptor gaya ng tumatanggap ng liwanag na mga neuron sa retina ng mata, sensitibo sa panginginig na mga neuron sa cochlea ng tenga o mga sensitibo sa presyur na mga neuron sa balat. Ang mga akson ng mga pandamang selulang reseptor ay naglalakbay sa kordong espinal o utak kung saan ang mga ito ay nagpapadala ng mga signal nito sa unang-order na mga pandamang nucleus na 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 sa thalamus, ang mga signal ay pinapadala sa cerebral cortex kung 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.

Pananabik

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 ang suprachiasmatic nucleus(SCN) na isang munting bahagi ng hypothalamus na 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 mga ritmong 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 solusyong nutriento ngunit ito ay ordinaryong tumatanggap ng input mula sa mga nerbong optiko sa pamamagitan ng traktong retinohypothalamic(RHT) na pumapayag sa pang-araw araw na liwanag-dilim na mga siklo upang magsagawa ng kalibrasyon ng 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 mga retikula na neuron ay nagpapadala ng mga signal sa thalamus na 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 ng coma(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. Ang pagtulog na REM(na may panaginip) at NREM(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 mga neurotransmitter na norepinephrine at serotonin ay bumabagsak habang nangyayari ang mabagal na along pagtulog at bumabagsak sa halos sero sa pagtulog na REM. Ang mga lebel ng acetylcholine ay nagpapakita ng kabaligtarang paterno.

Homeostasis

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 ng bariasyon(pagkakaiba). Ito ay kinabibilangan ng temperatura, nilalamang tubi, konsenstrasyon ng asin sa daluyangdugo, lebel ng glukosa sa dugo, lebel ng oksiheno sa dugo at 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 bilang homoestasis. Ang pagpapanatili ng homeostatsis ay isang mahalagang tungkulin ng utak. Ang basikong prinsipyo na sumasalig sa homoestasis ang negatibong feedback na 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 sa inhinyerya halimbawa sa pagkontrol ng temperatura gamit ang thermostat. Sa mga bertebrado, ang bahagi ng utak na gumagampan ng pinakamalaking papel ang hypothalamus na isang maliit na rehiyon sa ilalim ng harapangutak na 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 ng sekswalidad, agresyon o 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 ng besel ng dugo at naghahatid ng impormasyon tungkol sa temperatura, lebel ng sodium, lebel ng glukosa, lebel ng oksiheno sa 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 sa glandong pituitaryo na isang munting glandong nakakabit ng direkta sa ilalim ng hypothalamus. Ang glandong pituitaryo ay naglalabas ng mga hormone sa daluyangdugo kung saan ang mga ito ay umiikot sa buong katawan at pumupukaw ng mga pagbabago sa gawain ng selula.