脊髓背角由初級感覺傳入末梢、脊髓中間神經(jīng)元、脊髓投射神經(jīng)元和脊髓上結(jié)構(gòu)的下行纖維組成，構(gòu)成復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡，是感覺信息傳入的門戶和整合的初級中樞。

瑞典解剖學家Rexed(1952)根據(jù)神經(jīng)的形狀、大小、走向和密度，按羅馬字母I-X將貓的脊髓灰質(zhì)分為10層，后來的研究證明這種分類也適用其它動物，因此被廣泛接受。與感覺傳入有關的主要的I-VII層和X層。

眾所周知，感覺傳入由背根傳導。近來的研究表明在腹根中有30%是無髓鞘纖維，其中大多數(shù)是背根神經(jīng)節(jié)細胞的傳入軸突，這違背了經(jīng)典的感覺傳入由背根進入脊髓的概念。有證據(jù)表明傷害性信息也可通過腹根C纖維傳入，終止在背角的淺層。在切斷背根的動物上，刺激坐骨神經(jīng)引起血壓輕微升高，動脈注射緩激肽增加屈肌運動神經(jīng)元和背角神經(jīng)元的發(fā)放。切斷腹根后刺激其向心端，不影響運動神經(jīng)元和背角神經(jīng)元的活動，但刺激遠心端引起這些神經(jīng)元興奮，說明腹根傳入并非經(jīng)腹根直接進入脊髓，可能在腹根中延伸一段又返回到背根。

1.I層：是覆蓋在脊髓背角表面最薄的一層細胞，通常大約是一個細胞的厚度，在背角的最表面將背柱和背角膠質(zhì)區(qū)分割開來，并且向外側(cè)擴展，呈弧形從腹面卷曲在背角II層的腹面，貫穿脊髓全長，薦骶和腰段最明顯。神經(jīng)元主要是邊緣細胞，胞體為梭形或錐形，直徑20-60微米，其樹突很長而少分支，很少有小棘，以內(nèi)外走向擴展，與II層平行，偶爾進入II層。邊緣細胞的軸突很細，常源于樹突，軸突進入附近白質(zhì)后分升、降支，部分以脊髓前連合投射到腦干和丘腦，部分進入脊髓的其他區(qū)域，形成節(jié)間聯(lián)系。邊緣細胞的傳入來自李騷氏束和附近白質(zhì)的軸突細支，以及來自其緊鄰的第II層細胞的軸突傳入，在大鼠I層神經(jīng)元接受的傳入中，50%以上來自外周初級傳入，主要是傳導高閾值機械感受器沖動的Aδ纖維。

2.II層：貫穿脊髓全長，薦骶、腰和第一頸髓等節(jié)段最為發(fā)達。由排列緊密的小細胞和纖維末梢組成的網(wǎng)狀組織，在顯微鏡下呈透明狀，是背角最明顯的一層，類似一對濃密的雙眉，也叫羅氏膠質(zhì)層(SG)。細胞有多種類型，以位于背部(IIo)的柄細胞和腹部(IIi)的島細胞兩類細胞為主。柄細胞是因其樹突上具有短柄狀小脊而得名。柄細胞的軸突投射到I層，將初級傳入信號中繼至I層神經(jīng)元，其功能參與興奮性突觸傳遞。島細胞軸突重復地在它們的樹突樹附近分支，擴展至整個II層，樹突呈柱狀沿II層頭尾方向平行走向，樹突重復分支，又常常分出細支，末梢是念珠狀終末，含有密集的突觸小泡，只有單一的樹突棘進入突觸球結(jié)構(gòu)。島細胞的被認為是抑制性中間神經(jīng)元。

傷害性傳入主要終止在SG，它與SG中間神經(jīng)元、背角層(III-V)投射神經(jīng)元的樹突和腦干下行纖維形成局部神經(jīng)網(wǎng)絡。在SG有豐富的經(jīng)典遞質(zhì)、神經(jīng)肽及其受體，它是傷害性信息傳入的第一站，是脊髓中神經(jīng)結(jié)構(gòu)和化學組成最復雜的區(qū)域, 因此,SG層是痛覺調(diào)制的關鍵部位。

在I-IV層(特別是II層)中，有一種特有的突觸球(glomeruler)結(jié)構(gòu)，它是由居于中心的初級傳入末梢和包圍在四周的許多樹突和軸突組成，相互構(gòu)成軸突-軸突、軸突-樹和樹突-軸突型的突觸。這種突觸球在傷害性信息調(diào)制中起重要作用。突觸球是SG中最突出的一個結(jié)構(gòu)，它由無髓鞘纖維中央軸突終末和緊緊包圍中央軸突的幾個樹突與軸突終末，共同形成的一種球狀的突觸結(jié)構(gòu)，膠質(zhì)細胞將這種復合體與周圍分割開來。這個特化的突觸球是背角的一個關鍵結(jié)構(gòu)，如此復雜的突觸聯(lián)系為感覺信息的加工提供了精細的形態(tài)基礎。雖然突觸球是SG中的一個標志性結(jié)構(gòu)，但相對突觸總量而言，仍然居寡(約5%)，大多數(shù)是非突觸球結(jié)構(gòu)的軸-樹突觸。

3.III層：貫穿脊髓全長，腰段最發(fā)達，胸段最小，由大量的有髓鞘纖維、投射神經(jīng)元和類似II層中的中間神經(jīng)元組成，因此過去也將此層歸于II層(SG)。III層細胞較大，形態(tài)多樣，分布疏松，其樹突和軸突分支更為廣泛。部分脊頸束神經(jīng)元和背柱突觸后神經(jīng)元分布在此層，它們的樹突呈天線樣走向背部伸延到II層直接接受初級傳入C纖維的單突觸聯(lián)系。另一類錐體神經(jīng)元的樹突呈扇形分布，可直接與各種類型的初級傳入形成突觸，大部分傳入纖維介導毛囊感受器和巴氏小體信息，也有小纖維終止在III層。III層神經(jīng)元軸突除投射到SG層、背角深層和鄰近的白質(zhì)，除了構(gòu)成脊髓內(nèi)的聯(lián)系外，大量的軸突投射到延腦尾端的薄核、楔核和外側(cè)頸核。

4.IV層：是背角中相對厚的一層，由各種大小不同形態(tài)各異的神經(jīng)元組成。小細胞8-11微米，大細胞35-45微米?；谏窠?jīng)元大小不同的非均勻性和特大細胞的存在，很易與III層區(qū)分。大的天線型神經(jīng)元，其樹突像天線一樣延伸到II層呈廣泛分布，與SG細胞的軸突和初級傳入形成突觸。此外還有樹突縱向分布的中央神經(jīng)元和樹突橫向分布的神經(jīng)元。大量脊頸束和脊丘束神經(jīng)元胞體位于IV層，其軸突分別經(jīng)前連合投射到對側(cè)外側(cè)頸核和丘腦，有些神經(jīng)元軸突也到達背角的V、VI和VII層等其他區(qū)域。由于IV層神經(jīng)元的樹突伸到I-III層，它可直接接受進入背角淺層的初級傳入，同時，初級傳入纖維也直接進入IV層，與神經(jīng)元胞體和樹突形成軸突-胞體突觸和軸突-樹突突觸。許多軸突-軸突突觸和樹突-樹突突觸在IV層形成突觸球結(jié)構(gòu)。

5.V層：在背角是內(nèi)外走向最狹窄的部分，而在背腹走向很厚，位于被稱謂背角"頸"部的區(qū)域。除胸段外，V層分為外、內(nèi)兩區(qū)，外側(cè)區(qū)約占三分之一，內(nèi)含較大的神經(jīng)元(30-45微米)，而內(nèi)側(cè)區(qū)是有許多密集排列的小神經(jīng)元(8-10微米)。由于外側(cè)區(qū)含有大量的有髓鞘纖維，因此，組織染色的顯微切片觀察呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組織，是V層的一個明顯標志。V層神經(jīng)元的樹突與IV層神經(jīng)元的樹突相似，更多的呈縱向輻射狀，基樹突也比IV層神經(jīng)元的大。大量屬于脊丘束神經(jīng)元，初級傳入和腦干下行纖維與其形成突觸，這些神經(jīng)元的軸突經(jīng)前連合投射到對側(cè)丘腦，另一些神經(jīng)元軸突經(jīng)同側(cè)外側(cè)索投射到外側(cè)頸核。

6.VI層：是背角的最底層，只在脊髓的頸、腰膨大部存在，與V層相比，細胞較小，8-35微米，排列規(guī)則。在顯微鏡下，從層比V和VII層暗，也分內(nèi)外兩區(qū)，內(nèi)側(cè)區(qū)是一群排列緊密染色深的小神經(jīng)元，而外側(cè)區(qū)是三角形和星狀的較大的神經(jīng)元。樹突分布類似V層細胞，呈背腹和內(nèi)外的輻射走向。來自腦的大量下行纖維和初級傳入終止在此層。VI層的大多數(shù)神經(jīng)元可能屬于脊髓內(nèi)的固有系統(tǒng)，也存在大量的投射神經(jīng)元，其軸突投射到外側(cè)頸核和丘腦。

7.VII層：是脊髓灰質(zhì)的中心部分，是一個不規(guī)則區(qū)域，脊髓不同節(jié)段形狀不同，在頸、腰膨大處延伸到脊髓腹角。VII層中有大量投射神經(jīng)元、中間神經(jīng)元和運動神經(jīng)元存在，接受來自紅核的下行纖維。投射神經(jīng)元軸突上行至中腦和小腦。

8.X層：是圍繞中央導水管周圍的灰質(zhì)，并包括灰質(zhì)連合，接受來自皮膚和內(nèi)臟的會聚性傷害性傳入。

VIII和IX層：位于脊髓腹角，是運動神經(jīng)元集中的區(qū)域。

感覺傳入沖動通過幾個傳導束到達痛覺的高級中樞--丘腦，進行加工和整合。

1.內(nèi)側(cè)丘腦核團：主要包括髓板內(nèi)核、丘腦中央下核(nucleus submedius,Sm)和腹內(nèi)側(cè)核(VM)和背內(nèi)側(cè)核(MD)。主要參與介導傷害性感受和痛感覺的情緒-激動成分，(1)丘腦髓板內(nèi)核主要包括丘腦中央外側(cè)核(CL),中央中核(CM)和束旁核(Pf)或稱CM-Pf復合體以及其它一些結(jié)構(gòu)。

(2)丘腦中央下核(Sm))也稱膠狀核(G), 位于腹內(nèi)側(cè)丘腦中線兩旁，傳入軸突來自脊髓背角的I層神經(jīng)元。Sm核傳出主要投射到同側(cè)腹外側(cè)眶皮層。Sm核可能可能主要參與與痛覺的情緒-激動成分的整合。

(3)腹內(nèi)側(cè)核(VM)和背內(nèi)側(cè)核(MD)主要接受源于脊髓背角的I層和三叉神經(jīng)尾端亞核的STT神經(jīng)元傳入。VM 和MD的傳出分別投射到屬于前腦邊緣系統(tǒng)的島葉皮層前區(qū)和扣帶皮層前區(qū)，因此，這兩個核團可能參與痛覺的情緒情感反應。

內(nèi)側(cè)丘腦核團神經(jīng)元的軸突廣泛投射到大腦皮層，包括與情感有關的額皮層，它也接受與邊緣系統(tǒng)、下丘腦有密切聯(lián)系的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的傳入。因此，這個與痛情緒反應有關的通路統(tǒng)也被命名為旁中央系統(tǒng)。

2.外側(cè)丘腦核團：包括腹后核群 (PO)、丘腦網(wǎng)狀核(Rt)和未定帶(Zona incerta I, ZI)。主要參與痛覺-鑒別方面，(1)腹后核群 (VP)也稱腹基復合體(VB)，由腹后外側(cè)核(VPL)和腹后內(nèi)側(cè)核(VPM)組成，主要接受脊丘束(STT),脊頸束(STT)和突觸后背柱通路的傷害性傳入。許多VB神經(jīng)元被傷害性熱或機械軀體刺激所激活, 神經(jīng)元和感受野有相對的拓撲分布。VB神經(jīng)元對刺激強度的編碼能力, 提示VB復合體參與痛覺的感覺-鑒別成分。刺激人的VPL和VPM引起疼痛感覺，一例心絞痛患者的報告指出, 刺激VPL可誘發(fā)心絞痛的發(fā)作。VB神經(jīng)元傳出是投射到大腦皮層感覺區(qū)，刺激SI皮層可逆向激活VPL核傷害感受神經(jīng)元。

(2)丘腦后核群(PO)位于丘腦外側(cè)部,包括后腹核內(nèi)側(cè)部(POm)、外側(cè)部(POl)、后腹核間核(POi)、上膝體和內(nèi)膝體大細胞核，其中POm可能與傷害性感受更重要。POm接受源于脊丘束、脊頸腦束和突觸后背柱通路的傳入投射，呈雙側(cè)性感受野和軀體與內(nèi)臟的傳入會聚。 PO神經(jīng)元傳出投射到島皮層(isular cortex)和SII區(qū)。

(3)丘腦網(wǎng)狀核(Rt)接受丘腦網(wǎng)狀核也接受STT和腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)傳入，未定帶接受腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 背柱核和三叉神經(jīng)尾端亞核的輸入。其傳出投射到丘腦核團和體感皮層。

3.大腦皮層：作為人類感覺整合的最高級中樞，接受各種感覺傳入信息進行加工，最終上升到意識。雖然長期來對大腦皮層在痛覺中的作用的研究方新未艾，但結(jié)果不能令人滿意。臨床觀察表明，刺激患者皮層感覺I區(qū)很少報告有痛感，切除感覺I和II區(qū)，也未發(fā)現(xiàn)疼痛有明顯改變，個別患者報告有短時間的疼痛減輕，因此一般認為皮層感覺區(qū)在疼痛知覺中作用不大。然而，實驗性損傷刺激引起受試者產(chǎn)生疼痛時，在皮層感覺區(qū)可記錄到長潛伏期的誘發(fā)慢波反應，并可被鎮(zhèn)痛藥抑制。動物體感皮層也可記錄到類似的對鎮(zhèn)痛要敏感的慢波反應。由于對知覺研究技術上的限制，很難在人體上進行更深入的實驗性研究，又沒有理想的動物模型，因此，皮層哪些部位接受痛覺傳入，如何進行信息整合達到知覺，知之甚少，尚無明確的結(jié)論。

近來，隨著正電子發(fā)射斷層掃描(PET)、 單光子發(fā)射斷層掃描(SPET)和功能核磁共振技術(fMNT) 的發(fā)展及應用，以區(qū)域腦血流圖(rCBF)變化作為腦區(qū)激活的指標，顯示腦活動的人體腦成像圖，從而直觀地觀察疼痛發(fā)展過程中不同腦區(qū)活動的變化，對皮層在痛覺知覺中的作用的了解也日益增多。腦成像的大量研究，對實驗性瞬時痛、持續(xù)性痛和臨床病理性痛條件下腦高級中樞的活動變化，積累了不少有重要價值的資料，加深了對痛覺機制的認識。實驗性急性痛激活痛刺激對側(cè)前扣帶回(ACC)、腦島、大腦體感區(qū)(SI、SII)、前額皮層、丘腦和小腦，提示這些腦區(qū)參與急性痛的中樞信息加工。與急性痛有明顯的差異，神經(jīng)病理痛不僅激活的腦區(qū)不同，而且常常呈雙側(cè)性，如下肢神經(jīng)損傷患者的持續(xù)性神經(jīng)病理痛引起雙側(cè)的前額葉外側(cè)下部、腦島、后頂葉、后扣帶皮層的區(qū)域腦血流圖(rCBF) 增強。這些結(jié)果支持早期的臨床觀察，皮層體感區(qū)在臨床病理性痛的感知機制中作用不大。值得注意的是，疼痛刺激引起前扣帶回皮層活動增強時，丘腦活動反而下降，提示前扣帶回的痛覺信號可能不是脊髓丘腦束傳導，而是脊髓下丘腦束。已經(jīng)知道后者的傳入纖維終止在介導痛覺情緒成份的邊緣系統(tǒng)，病理性痛總是伴隨強烈的情緒反應，因此前扣帶皮層、前額皮層和島皮層參與病理性痛傳入的整合，是不難理解的。腦成像所顯示的是功能整合的總體結(jié)果，如疼痛引起感覺中樞激活時，小腦的rCBF也有變化，未必表明小腦在痛覺信息傳遞中起重要作用，而可能是疼痛繼發(fā)性引起的小腦運動功能的表現(xiàn)。綜合上述，腦成像研究表明，不同的皮層區(qū)域參與不同性質(zhì)痛覺信息加工，生理性痛覺信息主要在丘腦的特異核團和皮層體感區(qū)加工整合，而與邊緣系統(tǒng)有密切聯(lián)系的皮層區(qū)整合病理性痛傳入。