Limbinen lohko, jota kutsutaan myös limbiseksi järjestelmäksi tai Paleomammalian aivoiksi, on monimutkainen joukko rakenteita aivoissa. Kaikista nisäkkäistä löydetty tämä järjestelmä on evoluution mukaan vanhempi kuin aivokuori, mutta paljon nuorempi kuin aivorunko. Ihmisillä tämän muistin osan rakenteet tukevat muistia, oppimista, tunteita ja aistien havaitsemista.
Limbinen järjestelmä on tärkeä kaikkien nisäkkäiden selviytymisen kannalta. Nisäkkäiden kyky affektiiviseen käyttäytymiseen on peräisin näistä järjestelmistä. Tämä saa nisäkkäät toistamaan toimia, jotka tuottavat miellyttävän tuloksen, ja lopettamaan toimet, jotka tuottavat epämiellyttävän. Kun syiden ja seurausten ymmärtäminen lisääntyy, nisäkkäät voivat oppia nopeasti. Kiintymys, joka saa nisäkkäiden vanhemmat huolehtimaan nuoristaan, on peräisin myös limbisestä lohkosta.
Ihmisillä limbinen lohko sijaitsee aivorungon ulkopuolella ja aivokuoren alla. Sen sijoittaminen näiden kahden osan väliin edustaa sen evoluutiohistoriaa, koska se kehittyi alkeellisen, matelijan aivorungon ja ennen nykyaikaisemman kädellisen aivojen jälkeen. Aivojen leikkaaminen puoliksi mediaalisesti paljastaa limbisen lohkon poikkileikkauksen, joka on paljon ohuempi ja yksinkertaisempi kuin aivokuori ja sisältää paljon enemmän taitoksia kuin aivorunko.
Limbinen lohko koostuu useista järjestelmistä, jotka tukevat muistia, oppimista, tunteita ja havaintoa. Vaikka nämä järjestelmät sisältävät enemmän tietoista ajattelua kuin aivorungon ohjaamat automaattiset refleksit, ne ovat vähemmän hallittavia kuin aivokuoren tukemat korkeammat ajattelutaidot. Limbinen lohko koostuu monista pienistä rakenteista, mukaan lukien talamus, hypotalamus, amygdala ja hippokampus.
Thalamus, joka sijaitsee etusaivoissa, on se, missä lähes kaikki aistitiedot tulevat aivoihin. Tämä järjestelmä tunnetaan välitysasemana, koska kun se kerää tietoja silmistä, nenästä, korvista ja kielestä, tämän järjestelmän neuronit lähettävät tiedot muihin aivojen osiin, joissa ne voidaan rinnastaa ja hyödyntää. Hypotalamus, joka sijaitsee talamuksen alapuolella, osallistuu tunteiden, nälän, janon ja autonomisen hermoston hallintaan.
Thalamuksen vieressä sijaitsevat amygdala -neuronit tukevat muistia, pelkoa ja tunteita. Se on suhteellisen suuri osa aivoista. Amygdalan takana sijaitseva hippokampus tukee muistia ja oppimista. Tämä järjestelmä osallistuu erityisesti tilasuhteiden palauttamiseen ja lyhytaikaisen muistin muuttamiseen pitkäaikaiseksi muistiksi.