ระบบประสาทกลาง

ระบบประสาทกลาง หรือ ระบบประสาทส่วนกลาง หรือ ซีเอ็นเอส (; ตัวย่อ: CNS) เป็นโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดของระบบประสาท ประกอบด้วยสมองและไขสันหลัง ทำหน้าที่ร่วมกับระบบประสาทนอกส่วนกลาง (peripheral nervous system) ในการควบคุมพฤติกรรม โครงสร้างของระบบประสาทกลางจะอยู่ภายในช่องลำตัวด้านหลัง (dorsal cavity) สมองอยู่ในช่องลำตัวด้านศีรษะ (cranial cavity) และไขสันหลังอยู่ในช่องไขสันหลัง (spinal cavity) โครงสร้างเหล่านี้ถูกปกคลุมด้วยเยื่อหุ้มสมองและไขสันหลัง (meninges) สมองยังถูกปกคลุมด้วยกะโหลกศีรษะและไขสันหลังยังมีกระดูกสันหลังช่วยป้องกันการกระทบกระเทือน

จากอิทธิพลของทฤษฎีของไซเบอร์เนติกส์ในทศวรรษที่ 1950 การทำความเข้าใจระบบประสาทกลางโดยการคิดว่าเป็นระบบประมวลข้อมูล ซึ่งข้อมูลสั่งการ (motor output) จะออกมาจากการประมวลข้อมูลรับความรู้สึกเข้ามา (sensory input) แม้ว่าจะมีผลการวิจัยจำนวนมากแสดงให้เห็นว่ากิจกรรมการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อ (motor activity) เกิดขึ้นมาและมีประสิทธิภาพก่อนที่จะมีการพัฒนาเต็มที่ของระบบรับความรู้สึก ความรู้สึกจะมีอิทธิพลต่อพฤติกรรมเท่านั้นโดยไม่ได้ควบคุมมัน ซึ่งความคิดนี้นำมาสู่แนวคิดว่าระบบประสาทกลางเป็นระบบที่ทำงานโดยอย่างอิสระ (autonomous systems)

ในการพัฒนาของทารกในครรภ์ ระบบประสาทกลางจะเริ่มจากการสร้างเป็นนิวรัล เพลต (neural plate) ซึ่งเป็นโครงสร้างพิเศษของเอกโทเดิร์ม (ectoderm) ซึ่งเป็นเนื้อเยื่อของตัวอ่อนชั้นนอกที่สุด ระหว่างการเจริญของเอ็มบริโอ นิวรัล เพลตจะพับขึ้นและเกิดเป็นท่อเรียกว่า นิวรัล ทูบ (neural tube) ช่องว่างกลวงภายในท่อนิวรัล ทูบจะพัฒนาต่อมาเป็นระบบช่องว่างในสมองและไขสันหลัง (ventricular system) บริเวณในนิวรัล ทูบจะมีการเปลี่ยนสภาพของเซลล์ (Cellular differentiation) เป็น transversal systems ในตอนแรกนิวรัล ทูบจะพัฒนาเปลี่ยนแปลงไปเป็น 2 ส่วนหลักๆ ได้แก่ สมอง อยู่ด้านหัว (rostral/cephalic) และไขสันหลัง ที่อยู่ด้านหาง (caudal) ต่อมาสมองจะพัฒนาเป็นสมองส่วนหน้าหรือโปรเซนเซฟาลอน (procencephalon) และก้านสมอง (brain stem) หลังจากนั้นสมองส่วนหน้าจะแบ่งออกเป็นเทเลนเซฟาลอน (telencephalon) และไดเอนเซฟาลอน (diencephalon) ส่วนก้านสมองจะแบ่งเป็นสมองส่วนกลางหรือมีเซนเซฟาลอน (mesencephalon) และสมองส่วนท้ายหรือรอมเบนเซฟาลอน (rhombencephalon)

เทเลนเซฟาลอนจะพัฒนาเป็นสไตรเอตัม (striatum) [คอเดต นิวเคลียส (caudate nucleus) และพูทาเมน (putamen)], ฮิปโปแคมปัส (hippocampus) , และนีโอคอร์เทกซ์ (neocortex) ส่วนช่องว่างที่เป็นโพรงภายในจะเป็นโพรงสมองข้าง (lateral ventricle) (โพรงสมองที่หนึ่งและสอง) ส่วนไดเอนเซฟาลอนจะพัฒนาเป็นซับทาลามัส (subthalamus) , ไฮโปทาลามัส (hypothalamus) , ทาลามัส (thalamus) และอิพิทาลามัส (epithalamus) ส่วนช่องว่างภายในจะเป็นโพรงสมองที่สาม (third ventricle) สมองส่วนกลางจะเจริญเป็นเทคตัม (tectum) , พรีเทคตัม (pretectum) , ซีรีบรัล พีดังเคิล (crerbral peduncle) และช่องว่างตรงกลางเจริญเป็นท่อน้ำสมอง (cerebral aqueduct) หรือ ท่อมีเซนเซฟาลิก (mesencephalic duct) และสุดท้ายสมองส่วนท้ายจะเจริญไปเป็นพอนส์ (pons) , ซีรีเบลลัม (cerebellum) และเมดัลลาออบลองกาตา (medulla oblonngata) ส่วนช่องว่างก็กลายเป็นโพรงสมองที่สี่ (fourth ventricle)

โครงสร้างพื้นฐานของซีเอ็นเอสมีการเก็บรักษาเอาไว้ในระหว่างวิวัฒนาการของสัตว์มีกระดูกสันหลังหลายชนิด วิวัฒนาการของสมองที่เห็นได้ชัดเจนคือการเจริญเป็นเทเลนเซฟาลอน ในสมองของสัตว์เลื้อยคลานโครงสร้างดังกล่าวเป็นเพียงแค่ติ่งเมื่อเทียบกับออลแฟคทอรี บัลบ์ (olfactory bulb) ที่มีขนาดใหญ่ ในขณะที่ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมกลับมีขนาดใหญ่จนเป็นโครงสร้างส่วนใหญ่ของระบบประสาทส่วนกลาง ในสมองของมนุษย์ส่วนเทเลนเซฟาลอนจะใหญ่จนคลุมส่วนไดเอนเซฟาลอนและสมองส่วนกลาง ในการศึกษาการเจริญเติบโตของสมองที่สัมพันธ์กับการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิต (allometric study) ในระหว่างสัตว์แต่ละชนิดแสดงให้เห็นความต่อเนื่องที่โดดเด่นระหว่างหนูถึงปลาวาฬ และทำให้ทราบเกี่ยวกับความรู้ด้านวิวัฒนาการของระบบประสาทกลางจากการศึกษารอยบนกะโหลกที่เกิดจากสมอง