Cơ quan cảm nhận là các thụ thể chịu trách nhiệm về việc phát hiện đau hay các kích thích khác, chúng là tận cùng các dây thần kinh; được phân bố nhiều ở da, diện khớp, màng xương, xung quanh thành các mạch máu và có số lượng ít hơn trong các cơ quan nội tạng.

Dẫn truyền cảm giác và vận động của các dây thần kinh đi theo 2 con đường: Dẫn truyền hướng tâm và ly tâm.

Dẫn truyền cảm giác đau từ ngoại vi vào tủy sống

Dẫn truyền cảm giác từ ngoại vi vào tủy sống do thân tế bào nơron thứ nhất nằm ở hạch gai rễ sau đảm nhiệm. Các sợi thần kinh dẫn truyền cảm giác hướng tâm gồm các loại có kích thước và tốc độ dẫn truyền khác nhau:

• Các sợi Aα và Aβ (type I và II) là những sợi to, có bao myelin, tốc độ dẫn truyền nhanh, chủ yếu dẫn truyền cảm giác bản thể (cảm giác sâu, xúc giác tinh).
• Các sợi Aδ (type III) và sợi C là những sợi nhỏ và chủ yếu dẫn truyền cảm giác đau, nhiệt và xúc giác thô.
  • Sợi Aδ là sợi dẫn truyền cảm giác đau nhanh, còn sợi C là sợi dẫn truyền cảm giác đau chậm. Sợi Aδ chịu trách nhiệm về cảm nhận đau đột ngột ngay lập tức theo sau sự tổn thương mô (myelin làm tăng tốc độ dẫn truyền của các sợi thần kinh)
  • Sợi C (có thời gian dẫn truyền chậm hơn vì không có vỏ myelin) có trách nhiệm dẫn truyền liên tục đau chậm hơn. Những sợi C tiếp tục được kích thích và giữ kích thích trong một thời gian sau khi tác nhân kích thích được loại bỏ.

Sự dẫn truyền thông tin cảm giác dựa trên điện thế hoạt động diễn ra trong các sợi thần kinh. Điện thế hoạt động dẫn truyền trong tế bào thần kinh gây ra bởi sự trao đổi của các ion qua màng tế bào thần kinh.

Bình thường, bên trong tế bào thần kinh có điện tích âm so với bên ngoài và màng tế bào thần kinh ở trạng thái không bị kích thích. Khi gặp kích thích cảm giác, tế bào thần kinh được khử cực và trở nên tích điện dương.

Tất cả các hiện tượng trên diễn ra trong một phần nghìn giây.

Thông tin cảm giác được hình thành ở chất keo rolando do đường dẫn truyền xuống từ thân não, cầu não và não giữa.

Các nơron ở thân não sẽ tiết ra serotonin gây ức chế các nơron dẫn truyền đau của tủy làm giảm hoặc mất đau.

Từ vỏ não, con đường dẫn truyền ly tâm được kích hoạt và tín hiệu đi qua con đường thần kinh ly tâm trở lại cơ quan nhận cảm ngoại vi giúp di chuyển các phần của cơ thể bị ảnh hưởng khỏi kích thích gây đau.

Con đường ly tâm bao gồm vỏ não, đồi thị và thân não. Bên trong chất xám, sự kích thích ban đầu tiết ra chất ức chế dẫn truyền thần kinh như endorphin, serotonin, 5 - HT và gamma aminobutyric acid (GABA) có hoạt tính giống như opioid.

Những endorphin gắn kết với các vị trí của thụ thể và giúp điều chỉnh hoặc giảm sự kích hoạt dẫn truyền thần kinh hướng tâm tại khe synap, do đó làm giảm cảm giác đau.