在所有脊椎动物和大多数无脊椎动物中，大脑是作为神经系统中心的器官。它位于头部，通常靠近视觉等感觉器官。它是脊椎动物体内最复杂的器官。在人类中，大脑皮层包含大约140-160亿个神经元，而小脑中的神经元数量估计为550-700亿个。每个神经元都通过突触与数千个其他神经元相连。这些神经元通过称为轴突的长原生质纤维相互联系，轴突将称为动作电位的一系列信号脉冲传递到大脑或身体的远距离部位，以特定的受体细胞为目标。
在生理上，大脑对身体的其他器官进行集中控制。它们通过产生肌肉活动的模式和驱动被称为激素的化学物质的分泌来作用于身体的其他部分。这种集中控制允许对环境中的变化做出快速和协调的响应。一些基本的反应类型，如反射，可以由脊髓或外周神经节介导，但基于复杂感觉输入的复杂的有目的的行为控制需要集中的大脑的信息整合能力。
单个脑细胞的运作现在已经有了相当详细的了解，但它们在数百万个脑细胞中合作的方式还有待解决。现代神经科学的最新模型将大脑视为一台生物计算机，在机制上与电子计算机非常不同，但在从周围世界获取信息、存储信息并以各种方式处理信息的意义上是相似的。
这篇文章比较了所有动物物种的大脑特性，其中最受关注的是脊椎动物。它涉及人类大脑，因为它与其他大脑具有相同的特性。人类大脑与其他大脑的不同之处在人类大脑的文章中有所涉及。这里可能涵盖的几个主题在那里被涵盖了，因为在人类的背景下可以对它们进行更多的讨论。最重要的是大脑疾病和脑损伤的影响，这在人类大脑的文章中有所涉及。
大脑的形状和大小在不同物种之间差异很大，识别共同特征通常很困难。然而，有许多大脑结构的原则适用于广泛的物种。大脑结构的某些方面是几乎所有动物物种所共有的；另一些人将“高级”大脑与更原始的大脑区分开来，或者将脊椎动物与无脊椎动物区分开来。
获取大脑解剖信息最简单的方法是通过视觉检查，但已经开发出了许多更复杂的技术。自然状态下的脑组织太软，无法处理，但可以通过浸泡在酒精或其他固定剂中使其变硬，然后切开进行内部检查。从视觉上看，大脑内部由所谓的灰质区域组成，颜色较深，由颜色较浅的白质区域隔开。进一步的信息可以通过用各种化学物质对脑组织切片进行染色来获得，这些化学物质可以显示出特定类型的分子以高浓度存在的区域。还可以使用显微镜检查脑组织的微观结构，并追踪从一个脑区到另一个脑区的连接模式。
来自感觉器官的信息被收集在大脑中。在那里，它被用来决定有机体要采取什么行动。大脑处理原始数据以提取有关环境结构的信息。接下来，它将处理过的信息与动物当前需求的信息以及对过去环境的记忆结合起来。最后，在结果的基础上，生成运动反应模式。这些信号处理任务需要各种功能子系统之间复杂的相互作用。
大脑的功能是对动物的行为提供连贯的控制。集中的大脑允许肌肉群以复杂的模式共同激活；它还允许对身体某一部位的刺激引起其他部位的反应，并且它可以防止身体的不同部位相互影响。
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