感受器被激活后产生的动作电位，要经过外周神经纤维等传递到中枢神经系统。然后，由中枢神经系统分析综合作出相应的反应。脊髓背角是痛觉的初级中枢。分布在背角的神经元，接受外周伤害性传入冲动，通过脊髓的上行传导通路将信息传达到脑的高级中枢。

Rexed将脊髓灰质分为10个板层（图7-3-1）：背角的6层（Ⅰ~Ⅵ层）大多数初级传入纤维都终止于同侧的脊髓背角、腹角的3层（Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ）和中央管周围的Ⅹ层。最浅层为第Ⅰ层也叫边缘层；第Ⅱ层也被称为胶状质，并进一步分为外部（Ⅱ _o）和内部（Ⅱ _i），胶状质是整合和调整疼痛信息的关键部位；Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ组成固有层；Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ组成运动角；Ⅹ层包绕中央管，其中一些细胞传递疼痛信息。

背根有髓鞘大直径传入纤维在背柱分为上升支和下降支，由此再分支进入背角。Aδ和C纤维由背根经Lissauer束进入背角，Aδ传入纤维终止于脊髓背角的Ⅰ、Ⅴ、Ⅹ层，C传入纤维终止于背角Ⅱ层的背部（Ⅱ ₀），某些仅对非伤害性刺激起反应的低阈值机械感受器的C纤维终止于Ⅱ层的腹部（Ⅱ _i）；Aβ传入纤维终止在Ⅲ~Ⅴ层。内脏传入纤维主要投射到脊髓Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ和Ⅹ层，肌肉传入主要在Ⅰ和Ⅴ层的外侧部。

STT是传递躯体痛觉的主要传导通路。STT包括了腹侧和外侧脊髓丘脑束，也被称为旧和新脊丘束，走行于脊髓前外侧1／4象限。STT神经元分布于脊髓背角的全层，但在第Ⅰ层密度最高。新脊丘束传递的信息可经丘脑的特异感觉核群即丘脑腹后外侧核（VPL）投射到大脑皮质的中央后回上2／3处，具有精确的分析定位能力，传导较快，产生清楚的快痛，传递疼痛的痛感觉成分；旧脊丘束产生迟钝的酸痛，并与其产生的强烈情绪反应和内脏活动密切相关。脊丘束是脊髓中主要的疼痛传导通路，同时与痛觉过敏、牵涉痛和中枢痛的发生有密切关系，并且在疼痛的辨别方面起重要作用，对疼痛强度和刺激强度提供了必要信息。

SMT位于脊髓前外侧1／4象限以及背外侧束。SMT与痛觉传导有密切关系，参与构成慢性痛觉传导系统。SMT通过激活中脑神经细胞，实现对痛觉冲动的信息处理、综合并传向丘脑，从而实现更高级的感知功能。

SRT负责传递由脊髓向脑干网状结构的冲动。目前认为SRT参与机体对伤害性刺激反应中的情绪反应以及自主神经反应和躯体运动反应，并且在痛觉引起的情绪反应中所发挥的作用大于在感觉分辨中的作用，它可能也传导从内脏发出的疼痛冲动。

SCT是对触觉和伤害性刺激都起反应的神经传导束。SCT可以作为识别潜在性损伤刺激的通路。但SCT参与伤害性信息传导的作用只在猫身上得到证实，在人类是否具有同样的作用尚属未知。

PSDC是指在背柱内的突触后纤维，投射到延脑的薄束核、楔束核，交换神经元后投射到丘脑。其胞体主要集中在Ⅲ~Ⅳ，也见于Ⅰ、Ⅵ和Ⅶ层。由于Ⅲ和Ⅵ层神经元的轴突延伸到第Ⅱ层，因此C传入末梢可能与其形成单突触联系。在猫的背柱中PSDC约占9.3%。77%的PSDC神经元属于非特异性伤害感受单位，对轻触、压、伤害性机械和热刺激均产生反应。6.7%属于特异性伤害感受神经元。

SHT在鼠和猴的脊髓有大量的背角神经元直接投射到对侧下丘脑，被称为脊髓下丘脑束。SHT参与介导伤害性刺激引起的自主、神经内分泌和情绪反应。

头面部痛觉主要由三叉神经传入纤维介导。第一级神经元细胞体位于三叉神经节，其周围突有三个分支即眼支、上颌支、下颌支；其轴突终止于三叉神经脑桥核和三叉神经脊束核。由此换元发出纤维越过对侧，组成三叉丘系，投射到丘脑腹后内侧核（VPM）。自VPM发出的纤维，经内囊枕部投射至大脑皮质的中央后回下1／3处。有一种类似新脊丘束的传导束—新三叉丘系（nTTS），它携带痛温觉信息到达丘脑的腹后内侧核，与其相对应的旧三叉丘系（pTTS）可能与疼痛情绪信息的传递有关。对于三叉神经系统来说，脑桥臂旁区域也是一个重要的伤害信息中继站，它在调节和抑制疼痛方面起了重要的作用。

传递内脏痛的传入纤维为单纯的感觉纤维，与交感神经或副交感神经伴行。来自胸腹部内脏的伤害信息的感觉纤维传导束与交感神经伴行，这些纤维横过椎前神经节（如腹腔从神经节）但不交换神经元，经内脏神经到达椎旁交感链，后又通过白交通支（有时为灰交通支）到达节段神经（T1~L2），终止于其位于背根神经节的细胞体（图7-3-3、图7-3-4）。然后以与躯体伤害信息传递相似的途径到达大脑皮质。

疼痛信息从下消化道和膀胱伴随骶段副交感神经的感觉纤维传递到脊髓。

丘脑既是感觉信息的终点站，也是将感觉信息向皮质传递的中继站。与疼痛有密切关系的主要是附后内侧和附后外侧核团，它们主要接受来自躯体和头面部感觉传入，与疼痛冲动的感觉和完整性有关。

网状结构是伤害性感受系统的重要组成部分，其内侧部为整合和效应区，外侧为感受及联络区。网状结构与痛情绪的产生有关，可以调节疼痛引起的厌恶情绪以及动机的产生。同时也可以激活伤害性刺激引起的运动、感觉和自主神经反应，对于痛行为的产生非常重要。

下丘脑是产生自主神经反应和内分泌反应的重要核团。下丘脑的有些核团内的神经元，对疼痛刺激呈兴奋和抑制的双向反应，并伴有情绪和内脏反应。当机体受到伤害时，无论是躯体损伤还是内脏损伤都涉及下丘脑的激活。所以，疼痛引起的情绪和自主神经反应至少部分地通过下丘脑介导。

边缘系统是对端脑、间脑和中脑的一些结构的总称，具有接受和调控疼痛信息的功能。疼痛冲动由边缘系统向大脑皮质投射可产生疼痛的体验和心理反应；而自边缘系统向下传导时，则调控本能情感反应的程度。

大脑皮质是疼痛的感觉分辨和反应发动的高级中枢。人类大脑皮质接受感觉信息的区域主要有两个：第一躯体感觉区（SⅠ）和第二躯体感觉区（SⅡ），其功能是对感觉信息进行精确辨别。SⅠ位于中央后回，主要接受外部感受器的投射区，也叫疼痛分辨区；SⅡ位于中央后回的最下部、中央前回与岛叶之间的区域，主要接受内脏感觉的投射区，并与情绪和行为有关。矮人模型（图7-3-5），以颠倒的方式位于中央后回，分别代表躯体感觉皮质。

此外，中央前回的皮质区接受肌肉、关节等深部感受器投射，是疼痛空间位置的辨认区，并参与疼痛反应活动。边缘系统包括扣带回、钩回、海马以及边缘系统的有关结构，也与疼痛过程密切相关，尤其是内脏疼痛和伴随疼痛的情绪活动。前扣带皮质（ACC）对于痛感觉以及痛相关情绪具有重要作用。

多数情况下，机体内部对痛觉的调制都是抑制性的，少数情况，重复的传入冲动导致中枢易化。

脊髓内许多神经通路都可以影响伤害性信息的传入。疼痛信号在进入高位中枢以前已经受到脊髓对疼痛信号的量、性质和时速的调节、转换或控制。富有生命力的“闸门控制学说”：疼痛调制的主要区域在脊髓，脊髓的阶段性调制是疼痛调制的主要方式，背角胶质区的神经元起着关键的闸门作用。该学说认为节段调制的神经网络由初级传入Aδ和C纤维，背角透射神经元（T细胞）和胶质区抑制性中间细胞元（SG细胞）组成。Aδ和C传入纤维均能激活T细胞活动，而对SG细胞的作用则相反，Aδ传入纤维兴奋SG细胞，C纤维传入抑制SG细胞的活动。因此，损伤引起C纤维紧张性活动使闸门打开，允许伤害性信息经T细胞向高位中枢传递从而产生痛觉。当诸如轻揉皮肤等刺激兴奋A传入纤维时，SG细胞兴奋，从而关闭闸门，抑制T细胞活动，减少或阻遏伤害性信息向中枢传递，使疼痛缓解，如图7-3-6所示，闸门也受脑干下行冲动的调制。闸门学说的概念和模型虽未臻完善，但目前仍被认为是有效合理的主要学说。

内源性痛觉调制系统，一般是以中脑导水管周围灰质（PAG）为核心，联结延髓头端腹内侧网状结构（RVM），通过下行抑制通路对脊髓背角的痛觉初级传入活动进行调节。

下行痛觉调制系统主要由中央导水管周围灰质（PAG）、延脑头端腹内侧网状结构（RVM）及背外侧脑桥被盖核（DLPT），其中包括LC（蓝斑核）和A7核组成，经脊髓的背外侧束下行投射到脊髓背角的信息传递和三叉神经背核痛敏神经元产生抑制作用的下行镇痛系统。

主要接受来自额叶皮质、岛叶、杏仁、下丘脑、楔状核、脑桥网状核和蓝斑核的传入，也接受直接来自脊髓的伤害性神经元传入。PAG由两条通路对脊髓背角神经元产生下行调制，一条是PAG-延脑头端腹内侧区-背角；另一条是PAG-外侧网状核-背角。PAG背侧和腹侧区的功能有明显不同，腹外侧区是选择性的镇痛区，而背部区更主要是在情绪和逃避反应中发挥作用。

主要接受来自PAG和楔状核的传入，也接受前额皮质、下丘脑、杏仁核和纹状体的基底核传入。延脑头端腹内侧区域起到将下行影响由传递到脊髓的接替作用。区域神经元被激活可以抑制脊髓伤害感觉信号传递和行为伤害感觉反射，对脊髓背角痛觉信息传递产生抑制性调制，在脑干水平也抑制三叉神经脊核痛敏神经元的活动。

在PAG和RVM中存在两类痛觉调制神经元。一类被称为“启动”神经元，另一类为“停止”神经元。“停止”神经元阻抑伤害性信息传递，而“启动”神经元增强伤害性信息传递。机体任何一个部位受到伤害性刺激均可引起调制神经元发放变化，其改变与痛反应的变化关系密切。“停止”神经元既可以兴奋其他的“停止”神经元，又可以抑制“启动”神经元的活动，通过这种复杂网络联系，完成伤害性信息传递的抑制性调制。

主要接受PAG传入，其传出可直接到达脊髓。LC激活可抑制脊髓背角神经元的伤害性反应，并产生痛行为反应减弱。LC神经元的轴突，既有与背角神经元直接联系抑制背角神经元的伤害性反应，也可间接通过上行终止在PAG的纤维活动参与镇痛。

下行易化系统是一个不同于下行抑制系统而独立存在的功能系统，其激活是通过降低痛阈值来提高机体对伤害性刺激的反应能力。下行易化系统包括ACC、RVM和延脑网状背核（DRt），其部分区域被激活可以降低动物的痛阈。