Uma vez que a informação sobre a dor se encontra no cérebro, não estamos seguros sobre como ela se processa. Obviamente, alguns sinais vão para o córtex motor, então seguem para a espinha dorsal e para os nervos motores. Esses impulsos irão provocar contrações no músculo para tirar sua mão do caminho do que quer que esteja provocando a dor.
Porém, muitas observações levam os cientistas a pensar que o cérebro pode influenciar a percepção da dor.
Isto indica que a influência da dor nos caminhos neurais deve existir do cérebro para baixo.
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Esses caminhos descendentes se originam no córtex somato-sensório (que retransmite ao tálamo) e o hipotálamo. Os neurônios talâmicos descem para o mesencéfalo. Lá, eles fazem sinapses nos caminhos ascendentes da medula e da espinha dorsal e inibem os sinais dos nervos ascendentes. Isto produz alívio da dor (analgesia). Um pouco desse alívio vem da estimulação dos neurotransmissores narcóticos naturais de alívio da dor chamados de endorfina, dinorfina e encefalina.
Os sinais de dor podem disparar os caminhos no sistema nervoso autônomo quando passam através da medula, provocando aumento do batimento cardíaco, respiração ofegante e transpiração. A extensão dessas reações depende muito da intensidade da dor, e elas podem ser atenuadas pelos centros cerebrais no córtex através de vários caminhos descendentes.
Como os caminhos ascendentes da dor viajam pela espinha dorsal e medula, eles também podem ser disparados pela dor neuropática - danos aos nervos periféricos, espinha dorsal e o próprio cérebro. Contudo, a extensão do dano pode limitar a reação dos caminhos descendentes do cérebro.
A influência dos caminhos descendentes também pode ser responsável pela dor psicogênica (percepção da dor sem uma causa física óbvia).
Pensamentos, emoções e "circuição" podem afetar ambos os caminhos -ascendente e descendente - da dor. Assim, inúmeros fatores, psicológicos e fisiológicos, podem influenciar a percepção da dor.