大脳半球の内側面と下面は、外側面とは異なる特徴的な解剖学的構造を有する。内側面は大脳縦裂に面し、下面は前頭蓋窩と中頭蓋窩に接する (Nieuwenhuys et al., 2020)。これらの領域には明確な大脳葉の境界が存在せず、脳梁、帯状回、海馬傍回、嗅覚路など、辺縁系を構成する重要な構造が集中している (Gray and Standring, 2021)。
脳梁は左右の大脳半球を連絡する最大の交連線維束であり、約2億本の神経線維から構成される (Fabri et al., 2021)。前方から吻、膝、体、膨大の4部に区分され、各部位は特定の皮質領域間の連絡を担う。脳梁の上面は脳梁溝によって帯状回から分離され、下面は側脳室の天蓋を形成する (Mai and Paxinos, 2022)。
帯状回は脳梁を取り囲むように配置される弓状の皮質領域で、辺縁系の主要構成要素である。前部帯状皮質は情動処理と実行機能に、後部帯状皮質は記憶検索と自己関連情報処理に関与する (Vogt and Palomero-Gallagher, 2019)。帯状回は帯状溝によって上方の内側前頭回・傍中心小葉から区別される (Gray and Standring, 2021)。
楔前部は頭頂後頭溝と帯状溝後部の間に位置する四辺形の領域で、視空間情報処理、エピソード記憶、自己意識に関与する高次連合野である (Nieuwenhuys et al., 2020)。楔前部は後帯状皮質および楔部と機能的に密接に連携している (Mai and Paxinos, 2022)。
海馬傍回は側副溝の内側に位置し、海馬体の腹側に接する。前部は嗅内皮質を含み、海馬への主要な入力経路である (Strange et al., 2022)。海馬傍回は場所認識と空間記憶に特化した機能を持ち、「場所細胞」の活動が特徴的である (Nieuwenhuys et al., 2020)。
前頭葉底面には嗅球、嗅索、嗅三角が配置される。嗅球は嗅糸を通じて嗅上皮からの一次嗅覚情報を受け取り、僧帽細胞を介して嗅索を通じて一次嗅覚皮質へ投射する (Gray and Standring, 2021)。嗅索は外側嗅条と内側嗅条に分岐し、それぞれ梨状皮質と前嗅核に至る (Mai and Paxinos, 2022)。
前頭葉の眼窩面は前頭蓋窩の上面を覆い、H字型の眼窩溝によって内側、前方、外側、後方の眼窩回に区分される。眼窩前頭皮質は報酬評価、意思決定、社会的認知に重要な役割を果たし、辺縁系および自律神経系と広範な連絡を持つ (Nieuwenhuys et al., 2020)。
側頭葉下面には下側頭回、紡錘状回が配置され、視覚認識特に顔認識に特化した領域(紡錘状顔領域)が同定されている (Gray and Standring, 2021)。後方は後頭葉下面の舌状回へ移行する (Mai and Paxinos, 2022)。