Таламус, его вентропостеролатеральные ядра (VPL), среди всех много численных структур мозга является главными подкорковыми центрами болевой чувствительности. Таламусу принадлежит способность грубой, ничем не смягченной (протопатической) чувствительности.

В отличие от этого кора головного мозга способна дифференцировать сигналы тонкой (микритической) чувствительности, смягчать и локализовать чувство боли. Именно кора играет ведущую роль; в восприятии и осознании боли, в ней возникает субъективная ее оценка. В этом плане роль ретикулярной формации сводится к резкому повышению тонической, возбуждающей кору сигнализации при поступлении болевого раздражения.

Гипоталамические структуры через подключение лимбических отделов мозга участвуют в эмоциональной окраске болевых ощущений (страх, страдание, ужас, отчаяние и т.д.). Через этот отдел подключаются разнообразные вегетативные реакции.

В результате столь обширного расположения ноцицептивных нейронов создаются присущие только болевой чувствительности качественно отличительные реакции организма на повреждение:

·        спинной мозг реализует двигательные и симпатические рефлексы;

·        ретикулярная формация контролирует дыхание и кровообращение;

·        гипоталамус поддерживает гомеостаз и регулирует выделение гормонов;

·        лимбическая система реализует аффективно-мотивационные компоненты;

·        кора больших полушарий - компоненты внимания и тревоги в болевом поведении.

Таким образом, ответная реакция на боль является результатом сложного взаимодействия нейронных систем. При этом получаемая информация о положении, величине и времени действия болевого стимула сравнивается с другими сенсорными воздействиями, с опытом прошлого. В соответствующих отделах ЦНС происходит определение вероятности различных ответов на болевой стимул, принимается решение о защите или нападении. Так, в случае внезапного повреждения кожи ответная реакция на боль заключается в непроизвольных движениях (сгибательный рефлекс, реакция вздрагивания, изменение положения других частей тела, ориентировка головы и глаз для рассматривания поврежденного участка), сосудистых и других реакциях кожи (побледнение или покраснение кожи, потоотделении, сокращение мышц вокруг волосяных луковиц кожи), кардиоваскулярных и респираторных изменениях. Ощущение боли сопровождается эмоциональными и психическими проявлениями: состоянием тоски, вскрикиванием, стонами, гримасами.