Στο εσωτερικό του εγκεφάλου βρίσκεται ένα σύνολο δομών που συλλογικά αναφέρονται ως το μεταιχμιακό σύστημα. Παίζοντας κύριο ρόλο στα συναισθήματα και τα κίνητρα, τα κύρια όργανα περιλαμβάνουν τον υποθάλαμο, την αμυγδαλή και τον ιππόκαμπο. Τα μέρη είναι διατεταγμένα σε ένα κύκλωμα, διασυνδεδεμένο δίκτυο, που βρίσκεται γύρω από την κορυφή του στελέχους του εγκεφάλου. Επικοινωνεί με τον προμετωπιαίο φλοιό και ονομάζεται επίσης «συναισθηματικός εγκέφαλος».
Η δομή του μεταιχμιακού συστήματος αναπτύσσεται κατά την περίοδο της εμβρυϊκής ανάπτυξης από μια πρώιμη μπροστινή εγκεφαλική μορφή που αναφέρεται ως telencephalon. Η ωρίμανση του νευρικού σωλήνα δημιουργεί το κεντρικό νευρικό σύστημα, που αποτελείται από τον εγκέφαλο και τον νωτιαίο μυελό. Το telencephalon γίνεται ο εγκέφαλος όπου στεγάζονται οι δομές του μεταιχμιακού συστήματος.
Ο υποθάλαμος εξασφαλίζει την ομοιοστατική ισορροπία, απαραίτητη για τη διατήρηση και ρύθμιση της θερμοκρασίας του σώματος, της αρτηριακής πίεσης και του μεταβολισμού. Ενώ η αμυγδαλή καθορίζει τη συνάφεια του φόβου, αυτή η δομή του μεταιχμιακού συστήματος προκαλεί φυσιολογικές αντιδράσεις όπως καρδιακή βολή, εφίδρωση και αυξημένο ρυθμό αναπνοής. Είναι μια προστατευτική αντίδραση σε μια αντιληπτή απειλή που επιτρέπει τη σωτήρια συμπεριφορά.
Συνδεδεμένη με καταστάσεις άγχους όπως η διαταραχή πανικού και οι φοβίες, η αμυγδαλή εμπλέκεται ιδιαίτερα στην παραγωγή του φόβου. Αναμνήσεις αντιδράσεων σε τρομακτικά γεγονότα αποθηκεύονται μέσα σε αυτό, οι οποίες μπορούν να προκαλέσουν ψυχική διαταραχή. Αυτό το μικρό ζεύγος οργάνων σε σχήμα αμυγδάλου που βρίσκονται στο κάτω μέρος του τυφλού βρόχου είναι υπεύθυνο για την απάντηση “μάχη ή φυγή”.
Σημαντικό στη διαδικασία μάθησης, ο ιππόκαμπος είναι ικανός να παγιωθεί – συνδέοντας μια φυσική εικόνα στη μνήμη επιτρέποντας την ανάκτησή του. Μέχρι να συμβεί αυτό, η αποθήκευση πληροφοριών είναι σύντομη. Η δομή του ιππόκαμπου του μεταιχμιακού συστήματος εμπλέκεται κυρίως στην πραγματική εκμάθηση μιας ικανότητας ή εργασίας. δεν είναι ο τόπος της μόνιμης αποθήκευσης. Άλλες περιοχές του εγκεφάλου είναι υπεύθυνες για αυτό, όπως ο φλοιός.
Οι ψυχιατρικές καταστάσεις έχουν συνδεθεί με βλάβη της δομής του μεταιχμιακού συστήματος. Σε σχιζοφρενικούς ασθενείς, για παράδειγμα, αρκετές περιοχές συμπεριλαμβανομένου του ιππόκαμπου και της αμυγδαλής είναι σημαντικά μικρότερες από το κανονικό. Η σχιζοφρένεια είναι μια ψυχική διαταραχή που προκαλεί προβλήματα σκέψης, αντίληψης και γνωστικών ικανοτήτων.
Η κοιλιακή διεύρυνση υποδηλώνει ανεπάρκεια εγκεφαλικού ιστού που συνδέεται επίσης με άνοια, όπως στη νόσο Αλτσχάιμερ. Στη νόσο Αλτσχάιμερ, ο εκφυλισμός του εγκεφαλικού ιστού ξεκινά από τον ιππόκαμπο, επηρεάζοντας τη μνήμη και τη γνώση. Θεωρείται από τους ερευνητές ότι τα άτομα με σχιζοφρένεια μπορεί να γεννηθούν με ανωμαλίες ή ότι έχουν εμφανιστεί κάποια στιγμή κατά την πρώιμη παιδική ηλικία. Όσοι πάσχουν από Αλτσχάιμερ έχουν αναπτύξει σταδιακά ανώμαλες αλλαγές στον εγκέφαλο με την πάροδο του χρόνου, συνήθως πολύ αργότερα στη ζωή τους.