Der limbische Lappen, auch limbisches System oder paläomammalisches Gehirn genannt, ist ein komplexer Satz von Strukturen im Gehirn. Dieses System kommt bei allen Säugetieren vor und ist evolutionär älter als die Großhirnrinde, aber viel jünger als der Hirnstamm. Beim Menschen werden Gedächtnis, Lernen, Emotionen und Sinneswahrnehmung durch Strukturen in diesem Abschnitt des Gehirns unterstützt.
Das limbische System ist für alle Säugetiere überlebenswichtig. Die Fähigkeit der Säugetiere zu affektivem Verhalten hat ihren Ursprung in diesen Systemen. Dies treibt Säugetiere dazu, Handlungen zu wiederholen, die zu einem angenehmen Ergebnis führen, und Handlungen, die ein unangenehmes Ergebnis produzieren, einzustellen. Mit einem verbesserten Verständnis von Ursache und Wirkung können Säugetiere schnell lernen. Zuneigung, die Säugetiereltern dazu bringt, sich um ihre Jungen zu kümmern, hat auch ihren Ursprung im limbischen Lappen.
Beim Menschen befindet sich der limbische Lappen an der Außenseite des Hirnstamms und unterhalb der Großhirnrinde. Seine Platzierung zwischen diesen beiden Abschnitten ist repräsentativ für seine Evolutionsgeschichte, da es sich nach dem primitiven Reptilienhirnstamm und vor dem moderneren Primatengehirn entwickelte. Durch das mediale Halbieren eines Gehirns wird ein Querschnitt des limbischen Lappens sichtbar, der viel dünner und einfacher als die Großhirnrinde ist und viel mehr Falten enthält als der Hirnstamm.
Der limbische Lappen besteht aus einer Reihe von Systemen, die Gedächtnis, Lernen, Emotionen und Wahrnehmung unterstützen. Während diese Systeme mehr bewusstes Denken beinhalten als die vom Hirnstamm gesteuerten automatischen Reflexe, sind sie weniger kontrollierbar als die höheren Denkfähigkeiten, die von der Großhirnrinde unterstützt werden. Der limbische Lappen besteht aus vielen kleinen Strukturen, darunter Thalamus, Hypothalamus, Amygdala und Hippocampus.
Der Thalamus, der sich im Vorderhirn befindet, ist der Ort, an dem fast alle sensorischen Daten ins Gehirn gelangen. Dieses System ist als Relaisstation bekannt, denn sobald es Informationen aus Augen, Nase, Ohren und Zunge sammelt, senden die Neuronen in diesem System die Informationen an andere Teile des Gehirns, wo sie aufgenommen und genutzt werden können. Der Hypothalamus, der sich unterhalb des Thalamus befindet, ist an der Verarbeitung von Emotionen, Hunger, Durst und der Kontrolle des autonomen Nervensystems beteiligt.
Die Amygdala-Neuronen befinden sich neben dem Thalamus und unterstützen Gedächtnis, Angst und Emotionen. Es ist ein relativ großer Abschnitt des Gehirns. Der Hippocampus, der sich hinter der Amygdala befindet, unterstützt das Gedächtnis und das Lernen. Dieses System ist insbesondere daran beteiligt, räumliche Zusammenhänge abzurufen und das Kurzzeitgedächtnis in das Langzeitgedächtnis umzuwandeln.