痛觉的中枢神经通路,不像其他感觉那样明确。过去一直认为脊髓中的前外侧索传导痛觉,因为经外科手术切断人脊髓的前外侧索,可以使切面以下的身体表面丧失痛觉,但是切断后经过一个时期,痛觉又会出现,这使人们相信痛觉的中枢通路是弥散的。研究发现在脊髓中存在着 6条传导痛觉的通路(新脊丘束、旧脊丘束、 脊网束、 脊颈束、背索、灰质神经元链)。在脑内,和痛觉有关的神经通路也是很弥散的,这是痛觉特殊的地方。
脑和脊髓内的痛觉通路虽然是弥散的,但是,如果用微电极(尖端只有 1微米左右)记录神经细胞电反应,还是可以在一定的部位找到只对伤害性刺激发生反应的细胞。例如在脊髓背角的第Ⅰ层就有这样的细胞。中国神经生理学家张香桐在丘脑内侧的束旁核找到只有在给皮肤伤害性刺激时,才发生反应的细胞。这种反应表现为长而持续的放电,潜伏期长(在大鼠约200毫秒),缺少适应性(反应不随反复刺激而减弱),可以被吗啡所取消或减弱。这种细胞被称为痛敏神经元。70年代以后,在中枢许多部位都发现痛敏神经元。
在脊髓第V层有一种广动力型细胞,他和痛觉信息的传递也有密切的关系。这种细胞接受各种类型的皮肤传入纤维的投射,对于触毛、触、压、温度及伤害性刺激等都能发生反应,而对伤害性刺激的反应具有特殊型式,即高频持续放电。此外,在从脊髓到丘脑的许多部位还看到另一现象,即有一些神经自发的放电活动,给予身体伤害性刺激时,放电活动暂时减少或停止。看来,痛觉信息在中枢的传递是复杂的、多样的。