头部形成

关于大脑的一个最基本的问题是：为什么大脑在头颅里面？最古老的拥有神经系统的动物既没有头也没有大脑。在这些有神经系统的物种的后代中，几乎保持原样的是一些径向对称的刺胞动物，比如水母。水母有神经系统，但没有大脑。它们的神经元分散在全身各处，但没有中央指挥中心。双侧对称的动物大约在6.5亿年前进化而来，它们主要朝着一个方向移动，也就是向前。这些向前移动的动物将它们的嘴巴和处理整合这些感觉信息的器官和神经元都挪到了身体前部。这一进化过程被称为“头化”。通过这一过程，动物进化出了头部区域，且在这一区域中有一个被称为大脑的神经元聚落。

头化程度最高的动物是一些昆虫（如蜜蜂）、头足类动物（如章鱼）以及脊椎动物（如人类）。进化树显示，与章鱼或蜜蜂相比，脊椎动物与头化程度较低的海星有着更近的共同祖先。同样，头足类动物和昆虫与头化程度较低种群的亲缘关系比它们彼此之间的亲缘关系更密切。这表明，头化是一种强大的进化力量，至少可以在动物界的三大分支中独立运作。

在脊椎动物中，头化自神经诱导时开始，此时神经板的前半部分（将形成大脑）已经比其后半部分（将形成脊髓）发育得更大。神经管闭合后，形成了一些凸块、弯曲和收缩的部分，神经管也开始分裂为大脑的不同区域：前脑、中脑和后脑。随着发育的进行，出现了更多的收缩和更多的区域。后脑被分成几段微小的凸块，每段凸块将形成后脑的不同部分（例如，其最前端或最顶部将形成小脑）。神经管变成了很多小段，就像是一条蠕虫。这种分段在成年人的脊椎中体现得非常明显。我们共有33块椎骨，其间的每个间隙都有一对脊神经。每对节段神经将脊髓与身体的特定区域连接起来。神经管的前脑和中脑区域也呈现分段的趋势。例如，前脑被分为称为“端脑”（源自希腊语，意为“终端”和“大脑”）的前部区域（大脑皮质的来源区域）和称为“间脑”（源自希腊语，意为“中间”和“大脑”）的后部区域（视网膜、丘脑和下丘脑的来源区域）。神经管的所有子区域产生了所有脊椎动物大脑的同源部分，这种基本组织结构是非常古老的。因此，不同种类脊椎动物大脑的最大区别不是它们的基本组织结构，而是其区域的相对大小。例如，实验鼠和松鼠大脑大小相似，但实验鼠的上丘区域（中脑背侧涉及空间定向的区域）却比松鼠的大十倍。 再例如，从霸王龙头骨化石中获得的脑组织表明，对于同等大小的恐龙来说，霸王龙的大脑相对较大，而且嗅球相对发达，使其拥有敏锐的嗅觉。