Средний мозг представлен таламусом и гипоталамусом. В таламических ядрах происходит переключение информации входящей и выходящей из переднего мозга, в гипоталамических ядрах находятся центры регуляторных систем вегетативной нервной системы.
Задний мозг включает варолиев мост, продолговатый мозг, ствол мозга и мозжечок. Структуры этого мозга взаимодействуют с передним мозгом через средний мозг. Через мост и ствол идут пути, связывающие передний мозг со спинным мозгом и периферической нервной системой. Ядра моста и ствола контролируют дыхание, сердечный ритм. Благодаря мозжечку модифицируется информация о положении тела и конечностей, а также реализуются программы движений. Обонятельные и лимбические структуры относятся к палеокортексу. Ритмы мозга связаны с системами водителей ритма (пейсмеккерами). Центральное место для руководства ритмами принадлежит эпифизу и вырабатываемому в нем мелатонину. К другим водителям ритма относятся супрахиазменные ядра, система ретикулярной формации. Ритмы мозга и выброса мелатонина отчетливо меняются в зависимости от освещенности и при аффективных расстройствах.
Структуры нейрональных сетей генетически детерминированы, но они модифицируются в результате обучения. Например, доказано, что структуры сетей могут изменяться в результате импринтинга (мгновенного обучения), а также в результате стресса. Условно считается, что типология сетей включает иерархические, локальные сети и дивергентные или неспецифические сети с одним входом, которые регулируют воздействие сразу на несколько сетей другого типа. Глиальных клеток, окружающих нейроны, примерно в 10 раз больше, чем нейронов, вероятно, именно они отвечают за регуляцию синаптических связей на поверхности нейронов. Через стенку кровеносных сосудов мозга не проходят крупные молекулы (гематоэнцефалический барьер), кроме того, сами сосуды изолированы астроцитами глии.
Сенсорные системы построены так, что преобразуют стимул, воспринимаемый первичными сенсорными рецепторами, в потенциал действия, то есть в сигналы, которые в дальнейшем перерабатываются в центрах, ответственных за данное ощущение (см. табл. 8).
Внешние воздействия разделяются сенсорной системой на модальноспецифичные, например: вкусовые — на ощущения сладкого и кислого вкуса, связанного с рецепторами кончика языка, и горького и соленого, ассоциированного с рецепторами основания языка. Благодаря обратной связи между центрами ЦНС и рецепторами картина воспринимаемого мира может меняться в зависимости от психического состояния. Например, при маниакальном состоянии краски ощущаются более яркими и контрастными, различается больше оттенков обонянием и вкусом, чем при депрессивном состоянии.
Гипоталамус и ствол мозга осуществляют контроль над вегетативной нервной системой. Из этих областей идут основные проводящие пути к симпатическим и парасимпатическим автономным нейронам на спинальном уровне. Принято считать, что гипоталамус при этом, является средоточием висцеральных вегетативных функций.
Нейроэндокринная регуляция заключается в том, что гипоталамус вырабатывает Gn-RH — гонадотропный релизинговый гормон, который стимулирует гипофиз. В свою очередь, гипофиз способствует выработке инсулина поджелудочной железой, тироксина щитовидной железой, паратгормона паращитовидными железами, мелатонина эпифизом, через АСТН стимулирует выработку стероидов корой надпочечников и норадреналина и адреналина мозговым веществом надпочечников, которые и оказывают воздействие на выработку эстрогенов и прогестерона яичниками и тестостерона яичком. При этом возможно прямое воздействие гипофиза через лютеинизируюгций гормон (LH) на яички и фоликуллостимулирующий гормон (FSH) на яичники. Уровень гормонов в свою очередь влияет на стимулирующее воздействие гипофиза по принципу обратной связи. Именно этими связями можно объяснить соматоформные и соматизированные расстройства, а также влияние стресса на возникновение неврозов.
Согласно теории Джеймса-Ланге, эмоции возникают в результате физиологических ощущений, которые их предваряют: частое сердцебиение, сухость во рту, потливость могут сами по себе ассоциироваться с конкретной эмоцией. Это означает, что если мы улыбаемся, у нас должно возникать ощущение радости.
По теории Кэннона-Барда, одна и та же физиологическая реакция сопровождает несколько эмоций, психологическое переживание и физиологические эмоции возникают одновременно. Это означает, что радость и соответствующая мимическая реакция должны возникать одновременно.