시상하부(hypothalamus)는 시상의 밑에 위치한다. 시상하부는 뇌 전체 부피의 1% 이하를 차지하고 있지만, 항상성 유지를 위한 중추로 작용한다. 또한 감정표출, 체온조절, 배고픔이나 목마름 등의 다양한 행동 조절을 담당하는 중추로도 작용한다. 사이뇌의 일부로 뇌하수체와 연결되며 다양한 기능을 가지는 신경핵들로 구성되어있다. 시상하부에서 처리되어 나오는 정보는 다양한 내분비계 기능뿐 아니라 많은 자율신경계의 기능에 영향을 준다. 시상하부는 자율신경계통의 최고 중추로 여러 개의 신경핵이 무리를 지어 있다. 뇌하수체후엽호르몬인 항이뇨호르몬(ADH)을 분비하며 변성 시는 요붕증을 유발하는 시삭상핵, 자궁근육 수축을 촉진하는 호르몬인 옥시토신을 분비하는 실방핵, 포만중추와 섭식중추로 작용하는 복내측핵과 외측핵, 체온조절중추인 시삭전핵 등이 있다.

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