Beläget i hjärnans inre finns en uppsättning strukturer som kollektivt kallas det limbiska systemet. De viktigaste organen spelar en huvudroll i känslor och motivation och inkluderar hypotalamus, amygdala och hippocampus. Delar är arrangerade i ett looping, sammankopplat nätverk, beläget runt toppen av hjärnstammen. Den kommunicerar med den prefrontala cortexen och kallas även den ”emotionella hjärnan”.
Strukturen av det limbiska systemet utvecklas under perioden av embryonal tillväxt från en tidig framhjärna form som kallas telencephalon. Neuralrörsmognad etablerar det centrala nervsystemet, som består av hjärnan och ryggmärgen. Telencephalon blir storhjärnan där limbiska systemstrukturer är inrymda.
Hypotalamus säkerställer homeostatisk balans, nödvändig för att upprätthålla och reglera kroppstemperatur, blodtryck och ämnesomsättning. Medan amygdala bestämmer relevansen av rädsla, genererar denna struktur i det limbiska systemet fysiologiska reaktioner som ett rasande hjärta, svettning och ökad andningshastighet. Det är en skyddande reaktion på ett upplevt hot som möjliggör livräddande beteenden.
Associerad med ångesttillstånd som panikångest och fobier är amygdala särskilt involverad i produktionen av rädsla. Minnen av reaktioner på skrämmande händelser lagras i den, vilket kan orsaka psykisk störning. Det här lilla paret mandelformade organ som ligger längst ner på caudatslingan är ansvarigt för ”fight or flight”-svaret.
Viktigt i inlärningsprocessen är hippocampus kapabel att konsolidera – att fästa en fysisk bild till minnet så att den kan hämtas. Tills detta inträffar är lagringen av information kort. Hippocampus struktur i det limbiska systemet är främst involverad i själva inlärningen av en färdighet eller uppgift; det är inte platsen för permanent förvaring. Andra delar av hjärnan är ansvariga för detta, till exempel cortex.
Psykiatriska tillstånd har kopplats till skador på strukturen i det limbiska systemet. Hos schizofrena patienter, till exempel, är flera områden inklusive hippocampus och amygdala betydligt mindre än normalt. Schizofreni är en psykisk störning som orsakar problem med tanke, uppfattning och kognitiva förmågor.
Ventrikulär förstoring indikerar en hjärnvävnadsbrist som också är kopplad till demens, såsom vid Alzheimers sjukdom. Vid Alzheimers sjukdom börjar degeneration av hjärnvävnad i hippocampus, vilket påverkar minne och kognition. Man tror av forskare att personer med schizofreni kan födas med anomalierna eller att de har uppstått någon gång under tidig barndom. De med Alzheimers har gradvis utvecklat onormala hjärnförändringar över tiden, vanligtvis mycket senare i livet.