Struktury mózgowe, takie jak wzgórze i podwzgórze, zaczęły odgrywać ważniejszą rolę w integracji informacji zmysłowych i regulacji funkcji wegetatywnych.

Ssaki

Wraz z pojawieniem się ssaków, mózg uległ znacznemu powiększeniu i złożeniu. Przodomózgowie, zwłaszcza kora nowa (neocortex), zaczęło dominować, co umożliwiło rozwój wyższych funkcji umysłowych. Kora nowa odpowiadała za myślenie, planowanie, rozwiązywanie problemów oraz przetwarzanie informacji zmysłowych. U ssaków pojawiły się także bardziej rozwinięte struktury, takie jak hipokamp, odpowiedzialny za pamięć długoterminową, oraz ciałko migdałowate, które pełniło kluczową funkcję w przetwarzaniu emocji.

Hominidy

W linii prowadzącej do człowieka mózg ulegał dalszej specjalizacji i powiększeniu. Homo habilis miał większy mózg niż jego przodkowie, co pozwalało na bardziej skomplikowane narzędzia i społeczne interakcje. To powiększenie mózgu obejmowało przede wszystkim korę nową, która umożliwiała rozwój języka, abstrakcyjnego myślenia i umiejętności społecznych. Wzrost objętości mózgu związany był również z lepszą koordynacją wzrokowo-ruchową i zdolnościami manualnymi.