Le cerveau dirige les fonctions internes de notre corps. Il intègre également des impulsions sensorielles et des informations afin d'élaborer des perceptions, des pensées et des souvenirs. Le cerveau nous permet d'avoir conscience de nous-mêmes et nous offre la capacité de parler et de nous mouvoir dans notre monde. Cela est possible grâce à ses quatre grandes régions : le télencéphale, avec son cortex cérébral, nous permet d'avoir un contrôle conscient de nos actions. Le diencéphale joue un rôle sur les sensations, est responsable des émotions et commande des systèmes internes entiers. Le cervelet ajuste les mouvements du corps, la coordination du langage et l'équilibre, tandis que le tronc cérébral relaie les signaux issus de la moelle épinière et dirige les réflexes et les fonctions internes fondamentales.
Le télencéphale constitue la plus grande structure du cerveau. Il fait partie du prosencéphale. Sa partie externe proéminente, le cortex cérébral, traite non seulement les informations sensorielles et motrices, mais est également à l'origine de la conscience, c'est-à-dire notre capacité à nous considérer nous-mêmes et à prendre en compte le monde extérieur. C'est à ça que pensent la plupart des gens lorsqu'ils entendent le terme « matière grise ». Le tissu cortical est principalement composé de corps cellulaires neuronaux, et ses plis et ses fissures (portant le nom de gyri et sillons) donnent au télencéphale sa surface à l'aspect « chiffonné » si caractéristique. Le cortex cérébral possède un hémisphère droit et un hémisphère gauche. Chaque hémisphère peut être divisé en quatre lobes : le lobe frontal, le lobe temporal, le lobe pariétal et le lobe occipital. Ces lobes correspondent à des segments fonctionnels. Ils se spécialisent dans divers domaines de la pensée et de la mémoire, de la planification et de la prise de décision, et du discours et de la perception sensorielle.
Le cervelet constitue la deuxième plus grande partie du cerveau. Il se trouve sous les lobes postérieurs (occipitaux) du télencéphale et derrière le tronc cérébral ; il appartient au rhombencéphale. Tout comme le télencéphale, le cervelet possède un hémisphère droit et un hémisphère gauche. Une région intermédiaire, le vermis, les relie. Au sein du tissu interne s'élève une tige blanche centrale, appelée arbor vitæ ; en effet, comme un arbre, elle possède des branches et des sous-branches qui se déploient dans les hémisphères. La fonction primaire du cervelet est de maintenir la posture et l'équilibre. Lorsque nous sautons sur le côté, nous penchons vers l'avant ou nous tournons brusquement, le cervelet évalue inconsciemment chaque mouvement. Il envoie ensuite des signaux au télencéphale, indiquant les mouvements musculaires qui ajusteront notre position afin que nous restions stables.
Le tronc cérébral relie la moelle épinière aux centres supérieurs de la pensée, situés dans le cerveau. Il est composé de trois structures : la moelle allongée (bulbe rachidien), le pont et le mésencéphale. La moelle allongée prolonge la moelle épinière et se lie au pont, situé au-dessus. La moelle allongée, tout comme le pont, sont considérés comme appartenant au rhombencéphale. Le rhombencéphale relie le pont au diencéphale et au prosencéphale. En plus de relayer les signaux moteurs et sensoriels, les structures du tronc cérébral dirigent également les fonctions involontaires. Le pont permet de contrôler les rythmes respiratoires. La moelle allongée est en charge de la respiration, de la digestion et de la circulation, ainsi que de réflexes tels que la déglutition, la toux et l'éternuement. Le mésencéphale contribue au contrôle moteur, à la vision et à l'ouïe, ainsi qu'aux réflexes liés à la vue et à l'audition.
Le diencéphale est une région du prosencéphale. Il est relié à la fois au mésencéphale (partie du tronc cérébral) et au télencéphale. Le thalamus constitue la majeure partie du diencéphale. Il est composé de deux masses symétriques de forme ovoïde, avec des neurones rayonnant à travers le cortex cérébral. Les données sensorielles se déversent dans le thalamus depuis le tronc cérébral, tout comme les informations de nature émotionnelle, viscérale ou autre provenant de différentes zones du cerveau. Le thalamus relaie ces messages en direction des zones appropriées du cortex cérébral. Il détermine quels signaux nécessitent une connaissance consciente, et ceux devant être disponibles pour l'apprentissage ou la mémoire.
L'hypothalamus fait partie du diencéphale, une région du prosencéphale reliée au mésencéphale et au télencéphale. L'hypothalamus permet de prendre en charge les impulsions sensorielles de l'odorat, du goût et de la vue. Il est responsable des émotions telles que la douleur et le plaisir, l'agressivité et l'amusement. L'hypothalamus constitue également le centre de contrôle viscéral ; il régule le système endocrinien et les fonctions internes qui entretiennent l'organisme jour après jour. Il traduit les signaux du système nerveux en des hormones stimulantes ou inhibitrices, qu'il envoie en direction de l'hypophyse. Ces hormones peuvent activer ou inhiber la libération des hormones hypophysaires qui ciblent des glandes et tissus spécifiques dans l'organisme. Pendant ce temps, l'hypothalamus contrôle le système nerveux autonome, consacré aux fonctions internes involontaires. Il signale les cycles veille/sommeil et autres rythmes circadiens, régule la consommation de nourriture, et surveille et ajuste la concentration de substances chimiques dans l'organisme et la température du corps.
