Im Inneren des Gehirns befindet sich eine Reihe von Strukturen, die zusammen als das limbische System bezeichnet werden. Zu den wichtigsten Organen, die eine Hauptrolle bei Emotionen und Motivation spielen, gehören der Hypothalamus, die Amygdala und der Hippocampus. Teile sind in einem schleifenförmigen, miteinander verbundenen Netzwerk angeordnet, das sich um die Oberseite des Hirnstamms befindet. Es kommuniziert mit dem präfrontalen Kortex und wird auch „emotionales Gehirn“ genannt.
Die Struktur des limbischen Systems entwickelt sich während des Embryonalwachstums aus einer frühen Form des Vorderhirns, dem sogenannten Telencephalon. Die Reifung des Neuralrohrs etabliert das zentrale Nervensystem, bestehend aus Gehirn und Rückenmark. Das Telencephalon wird zum Großhirn, in dem Strukturen des limbischen Systems untergebracht sind.
Der Hypothalamus sorgt für das homöostatische Gleichgewicht, das für die Aufrechterhaltung und Regulierung der Körpertemperatur, des Blutdrucks und des Stoffwechsels erforderlich ist. Während die Amygdala die Relevanz der Angst bestimmt, erzeugt diese Struktur des limbischen Systems physiologische Reaktionen wie Herzrasen, Schwitzen und eine erhöhte Atemfrequenz. Es ist eine schützende Reaktion auf eine wahrgenommene Bedrohung, die lebensrettendes Verhalten ermöglicht.
Im Zusammenhang mit Angstzuständen wie Panikstörung und Phobien ist die Amygdala besonders an der Angstproduktion beteiligt. Darin werden Erinnerungen an Reaktionen auf beängstigende Ereignisse gespeichert, die zu psychischen Störungen führen können. Dieses kleine Paar mandelförmiger Organe am unteren Ende der Schlinge des Schwanzes ist für die „Kampf-oder-Flucht“-Reaktion verantwortlich.
Wichtig für den Lernprozess ist, dass der Hippocampus in der Lage ist, sich zu konsolidieren – indem er ein physisches Bild an das Gedächtnis anhängt, um es wieder abzurufen. Bis dies geschieht, ist die Speicherung von Informationen kurz. Die hippocampale Struktur des limbischen Systems ist hauptsächlich am eigentlichen Erlernen einer Fertigkeit oder Aufgabe beteiligt; es ist nicht der Ort der dauerhaften Aufbewahrung. Dafür sind andere Bereiche des Gehirns verantwortlich, wie zum Beispiel der Kortex.
Psychiatrische Erkrankungen wurden mit einer Schädigung der Struktur des limbischen Systems in Verbindung gebracht. Bei schizophrenen Patienten beispielsweise sind mehrere Bereiche, einschließlich Hippocampus und Amygdala, deutlich kleiner als normal. Schizophrenie ist eine psychische Störung, die Probleme mit dem Denken, der Wahrnehmung und den kognitiven Fähigkeiten verursacht.
Eine Ventrikelvergrößerung weist auf einen Hirngewebemangel hin, der auch mit Demenz verbunden ist, wie beispielsweise bei der Alzheimer-Krankheit. Bei der Alzheimer-Krankheit beginnt die Degeneration des Gehirngewebes im Hippocampus und beeinträchtigt das Gedächtnis und die Kognition. Forscher gehen davon aus, dass Menschen mit Schizophrenie mit den Anomalien geboren werden oder dass sie irgendwann in der frühen Kindheit entstanden sind. Menschen mit Alzheimer haben im Laufe der Zeit allmählich abnormale Gehirnveränderungen entwickelt, typischerweise viel später im Leben.