De hersenstam is verbonden met het cerebrum, het cerebellum en het ruggenmerg. Het bestaat uit drie structuren:

• de medulla of het verlengde merg
• de pons
• de middenhersenen

De hersenstam is een belangrijk schakelcentrum van het brein en staat in voor enkele vitale levensfuncties zoals onze ademhaling, bloeddruk, hartslag en temperatuur. Daarnaast speelt de hersenstam een belangrijke rol in de regulatie van onze waak- en slaapcycli.

Het cerebellum of klein cerebrum, is eigenlijk een vrij grote structuur. Het ligt achter in ons brein en bedekt de hersenstam ter hoogte van de pons. Het cerebellum bevat ontzettend veel cellen, wel zo veel als de rest van het centrale zenuwstelsel samen en is betrokken bij het uitvoeren van bewegingen. Het cerebellum coördineert motorische bewegingen op basis van zintuiglijke informatie, zorgt ervoor dat we weten waar ons lichaam zich bevindt ten opzichte van de omgeving, staat in voor onze houding en het bewaren van evenwicht. Het controleert onze bewingen niet direct, maar integreert informatie uit allerlei andere hersengebieden om zo onze bewegingen te coördineren tot een soepel geheel.   

Het cerebrum neemt het grootste deel in van onze hersenen.

De opvallendste structuur van het cerebrum is de hersenschors. De hersenschors of cortex is de buitenste laag van het cerebrum. Deze structuur bevat heel wat groeven en plooien waardoor de cortex een extra groot oppervlakte heeft. De groeven worden sulci genoemd. Zij scheiden windingen of gyri van elkaar. De vele groeven vergroten niet alleen het oppervlakte van de cortex maar zorgen er ook voor dat heel wat neurale structuren in de buurt van elkaar gevouwen liggen. Dit bespaart de axonen van de neuronen heel wat afstand aangezien zij onder de cortex lopen en de groeven dus niet hoeven te volgen.

De cortex bestaat voornamelijk uit de cellichamen van neuronen en hun dendrieten. Daarnaast bevat de cortex ook de axonen van neuronen die uit de cortex naar andere hersengebieden projecteren en bloedvaten. De meeste axonen liggen onder de cortex. Door de geconcentreerde hoeveelheid cellichamen heeft de cortex een grijze kleur. Het gebied waar vooral axonen liggen, is eerder wit. Vanwege deze kleurverschillen maken anatomisten een onderscheid tussen witte en grijze materie. Grijze materie is grijs omdat het heel veel cellichamen en dendrieten bevat. Witte materie bevat voornamelijk axonen.

De cerebrale cortex is onderverdeeld in twee hersenhelften of hemisferen. Een linkerhersenhelft en een rechterhersenhelft. De zenuwbanen waarin beide hemisferen informatie binnenkrijgen via ons lichaam liggen gekruist. De linkerhelft van de cerebrale cortex ontvangt informatie over de rechterzijde van ons lichaam, en de rechterhelft van de cerebrale cortex ontvangt informatie over de linkerzijde van ons lichaam. Een dikke strook van axonen stelt beide hersenhelften in staat om met elkaar te communiceren. Deze strook ligt in het midden van de twee hemisferen en wordt het corpus callosum genoemd.

Onze beide hersenhelften zijn gespecialiseerd in verschillende cognitieve taken. Zo is ons vermogen tot taal bij de meeste mensen in de linkerhemisfeer gesitueerd. We hebben het dan over linkshemisferische taaldominantie. De specialisatie van de hersenhelften wordt lateralisatie genoemd.  

In normale omstandigheden werken de twee hemisferen probleemloos samen en wisselen ze voortdurend informatie uit via het corpus callosum. Schade aan het corpus callosum verstoort echter die goede samenwerking en leidt tot een conditie die het split-brain effect wordt genoemd. Aangezien de zenuwbanen waarmee onze hersenen informatie verwerken gekruist liggen en de meeste taalfuncties in de linkerhersenhelft zijn gecentreerd, zijn split-brain patiënten vaak niet in staat om iets te benoemen wat ze met hun linkergezichtsveld registreren. Pas als ze hun hoofd draaien en het object met hun rechterzijde waarnemen, komt de informatie in de linkerhemisfeer terecht zodat ze het object kunnen benoemen. Beide hersenhelften kunnen elk afzonderlijk functioneren en informatie verwerken, maar de informatie wordt niet langer aan elkaar gekoppeld bij mensen die leiden aan het split-brain effect.

Voor meer informatie over de hemisferen: lees het artikel Lateralisatie en het Split-brain effect

Neurobiologen hebben de cerebrale cortex onderverdeeld in vier gebieden of kwabben. Iedere zijde van de cerebrale cortex heeft een frontale, een pariëtale, een occipitale en een temporale kwab. Deze gebieden zijn genoemd naar de schedelstructuren die bij hen in de buurt liggen. De temporale kwab of slaapkwab ligt bijvoorbeeld vlak onder het slaapbeen.

[afbeelding]

De frontale kwab wordt onderverdeeld in de prefrontale cortex en de primaire motorische cortex. De prefrontale kwab wordt geassocieerd met belangrijke coördinerende functies zoals plannen maken, beslissingen maken en logisch redeneren. De primaire motorische cortex staat in voor de controle van de skeletale spieren.

De pariëtale kwab wordt onderverdeeld in een primaire sensorische cortex en een sensorische associatieve cortex. De primaire sensorische cortex registreert zintuiglijke informatie en de sensorische associatieve cortex staat in voor de integratie van die geregistreerde sensorische informatie.

De occipitale kwab wordt onderverdeeld in een primaire visuele cortex en een visuele associatieve cortex. De visuele cortex verwerkt visuele stimuli en herkent patronen. De visuele associatieve cortex combineert beelden met de herkenning van de waargenomen objecten.

De temporale kwab bevat onder andere de auditieve cortex en het gebied van Wernicke. De auditieve cortex staat in voor gehoor, het gebied van Wernicke voor het begrijpen van taal.

Het onderverdelen en benoemen van verschillende gebieden maakt het makkelijker om over de verschillende functies van het brein te spreken. Bepaalde functies kunnen namelijk aan aanwijsbare locaties worden gelinkt. 

Voor meer informatie over de manier waarop neurowetenschappers het brein hebben onderverdeeld en de functies van die onderdelen: lees het artikel Functionele anatomie.

Onder de cortex liggen enkele dieper gelegen kernen waaronder de basale ganglia en het limbische systeem. De basale ganglia staan in voor motorische functies. Het limbische systeem wordt geassocieerd met emotie.