Vỏ não của người được chia thành khoảng 50 vùng riêng biệt gọi là các vùng theo Brodmann dựa trên những sự khác nhau về cấu trúc mô học. Bản đồ này rất quan trọng vì gần như tất cả các nhà sinh lý học thần kinh và thần kinh học sử dụng nó để đề cập đến theo cách đánh số nhiều vùng chức năng khác nhau của vỏ não người.
Rãnh trung tâm lớn (còn gọi là khe trung tâm) mở rộng theo chiều ngang qua não. Nhìn chung, các tín hiệu cảm giác từ tất cả các phương thức cảm giác tận cùng ở vỏ não ngay sau rãnh trung tâm. Thông thường, nửa phía trước của thùy đỉnh liên quan với gần như toàn bộ sự tiếp nhận và phiên giải các tín hiệu cảm giác thân thể, nhưng nửa sau của thùy đỉnh lại đưa ra sự phiên giải với mức độ cao hơn. Các tín hiệu hình ảnh tận cùng ở thùy chẩm và các tín hiệu âm thanh tận cùng ở thùy thái dương. Trái ngược lại, phần vỏ não phía trước rãnh trung tâm và chiếm nửa sau của thùy trán được gọi là vỏ não vận động, nó hầu hết được dành để điều khiển sự co rút của cơ và sự chuyển động của cơ thể. Đóng góp chủ yếu của sự kiểm soát vận động này thể hiện trong sự đáp ứng với các tín hiệu cảm giác thân thể nhận được từ các phần cảm giác của vỏ não, tức là nó giữ cho vỏ não vận động truyền thông tin vào mỗi thời điểm về các tư thế và sự chuyển động của các phần khác nhau của cơ thể.
Các vùng cảm giác thân thể I và II. Hai phần cảm giác riêng biệt trong thùy đỉnh trước gọi là vùng cảm giác bản thể I và vùng cảm giác bản thể II. Lý do cho sự phân chia thành 2 vùng này là sự định hướng riêng biệt và rõ ràng của các phần khác nhau của cơ thể được tìm thấy ở mỗi vùng. Tuy nhiên, vùng cảm giác thân thể I nhạy cảm hơn và quan trọng hơn nhiều so với vùng cảm giác bản thể II đến mức trong thực tế, khái niệm “vỏ não cảm giác thân thể” hầu như luôn luôn có ý chỉ vùng I.
Vùng cảm giác thân thể I có mức độ vị trí hóa các phần khác nhau của cơ thể cao, biểu diễn bằng tên của tất cả các phần của cơ thể. Trái ngược lại, sự vị trí hóa của vùng cảm giác thân thể II thì kém, mặc dù đại khái thì mặt được biểu diễn ở phần trước, tay ở giữa và chân thì ở phía sau.
Nhiều khi ít được biết về chức năng của vùng cảm giác thân thể II. Chúng ta biết rằng các tín hiệu đi vào vùng này từ thân não, dẫn truyền lên từ cả 2 phía của cơ thể. Thêm vào đó, nhiều tín hiệu đến thứ cấp từ vùng cảm giác thân thể I, cũng như từ các vùng khác của não, thậm chí cả từ vùng thị giác và thính giác. Phần đi ra khỏi vùng cảm giác thân thể I cần thiết cho chức năng của vùng cảm giác thân thể II. Tuy nhiên, việc loại bỏ các phần của vùng cảm giác thân thể II không có ảnh hưởng rõ ràng đến sự đáp ứng của các nơ-ron trong vùng cảm giác thân thể I. Do đó, nhiều thứ chúng ta biết về cảm giác thân thể có vẻ như được giải thích bởi chức năng của vùng cảm giác thân thể I.
Sự định hướng theo không gian của các tín hiệu từ các phần khác nhau của cơ thể trong vùng cảm giác thân thể I. Vùng cảm giác thân thể I nằm ngay sau rãnh trung tâm, trong cuộn não sau trung tâm của vỏ não người ( vùng 3,1 và 2 theo Brodmann). Thiết diện cắt ngang qua não ở mức ngang cuộn não sau trung tâm, giải thích cho sự biểu diễn các phần khác nhau của cơ thể bằng những vùng riêng biệt của vỏ não cảm giác thân thể I. Tuy nhiên, cần chú ý rằng, mỗi bên của vỏ não nhận thông tin cảm giác hầu như chỉ riêng từ phần cơ thể bên đối diện.
Một số vùng của cơ thể được biểu diễn bởi những vùng lớn hơn trong vỏ não thân thể - môi được biểu diễn bởi vùng lớn nhất, sau đó đến mặt và ngón tay cái - trong khi đó thân mình và phần dưới của cơ thể được biểu diễn bởi những vùng tương đối nhỏ. Kích thước của các vùng này tương xứng với số lượng các receptor cảm giác chuyên biệt ở mỗi vùng ngoại vi tương ứng của cơ thể. Ví dụ, một số lượng lớn các tận cùng thần kinh được tìm thấy ở môi và ngón tay cái, trong khi đó chỉ có một lượng nhỏ được phát hiện trên da ở thân mình. Chú ý rằng đầu được biểu diễn ở phần ngoài nhất của vùng cảm giác thân thể I, và phần dưới của cơ thể thì được biểu diễn ở giữa.
Các lớp của vỏ não và chức năng của chúng
Vỏ não chứa 6 lớp nơ-ron, bắt đầu với lớp I liên tiếp với bề mặt não và mở rộng sâu dần vào trong đến lớp VI. Các nơ-ron trong mỗi lớp thực hiện các chức năng khác nhau. Một số chức năng trong đó là:
1. Tín hiệu cảm giác đầu vào kích thích lớp nơ-ron thứ IV đầu tiên; sau đó, tín hiệu lan truyền về phía bề mặt vỏ não đồng thời đi sâu vào các lớp bên trong.
2. Các lớp I và II nhận các tín hiệu đầu vào không đặc trưng, khuếch tán từ các trung tâm não bên dưới, thuận hóa cho các vùng đặc biệt của vỏ não. Những tín hiệu đầu vào này chủ yếu kiểm soát toàn bộ mức độ của tính dễ bị kích thích của các vùng kích thích tương ứng.
3. Các nơ-ron ở lớp II và III cho các sợi trục đến các phần của vỏ não bên đối diện qua thể chai.
4. Các nơ-ron ở lớp V và VI cho các sợi trục đến các phần nằm sâu bên trong của hệ thần kinh. Các nơ-ron nằm trong lớp V thường có kích thước lớn và đi ra nhiều vùng ở xa, như đến hạch nền, thân não, và tủy sống, nơi chúng kiểm soát sự dẫn truyền các tín hiệu. Từ lớp VI, một số lượng đặc biệt lớn các sợi trục chạy dài đến tận đồi thị, đưa các tín hiệu từ vỏ não đến để tương tác và giúp kiểm soát các mức độ kích thích của các tín hiệu cảm giác đi vào đồi thị.
Vỏ não cảm giác được tổ chức thành các cột nơ-ron; mỗi cột phát hiện một điểm cảm giác khác nhau trên cơ thể với một phương thức cảm giác riêng
Về mặt chức năng, các nơ-ron của vỏ não cảm giác thân thể được sắp xếp thành các cột thẳng đứng kéo dài qua suốt 6 lớp của vỏ não, với mỗi cột có kích thước từ 0.3-0.5 mm và chứa khoảng 10000 thân tế bào nơ-ron. Mỗi cột này đảm nhiệm một phương thức cảm giác riêng; một số cột khác đáp ứng với sự căng giãn các receptor quanh các khớp, số khác đáp ứng với sự kích thích của các lông xúc giác, số khác là với các điểm áp lực nằm riêng biệt trên da, vv. Ở lớp IV, nơi các tín hiệu cảm giác hướng tâm đi vào vỏ não, các cột nơ-ron chức năng gần như tách riêng khỏi những cái khác. Ở các phân mức khác nhau của các cột nơ-ron xảy ra sự tương tác, đó là những phân tích đầu tiên về ý nghĩa của các tín hiệu cảm giác.
Trong gần hết phần phía trước rãnh sau trung tâm 5-10 mm, nằm sâu bên trong rãnh trung tâm ở vùng 3A theo Brodmann, có một phần đặc biệt lớn các cột nơron thẳng đứng đáp ứng với các receptor ở cơ, gân, và receptor căng giãn ở khớp. Nhiều tín hiệu từ các cột cảm giác này sau đó lan truyền về phía trước, trực tiếp đến vỏ não vận động nằm ngay ở phía trước rãnh trung tâm. Các tín hiệu này đóng vai trò chủ yếu trong việc kiểm soát dòng tín hiệu vận động đi ra để kích thích chuỗi đáp ứng co giãn của cơ.
Khi dịch về phía sau trong vùng cảm giác thân thể I, ngày càng có nhiều cột nơ-ron đáp ứng với các receptor thích nghi chậm của da, tiếp tục dịch về phía sau là một số lượng lớn hơn các cột nơ-ron nhạy cảm với áp lực sâu.
Trong gần hết phần phía sau của vùng cảm giác thân thể I, khoảng 6% các cột nơ-ron thẳng đứng chỉ đáp ứng khi một kích thích chuyển động ngang qua da theo một hướng xác định. Như vậy, đây là cấp cao hơn trong sự phiên giải các tín hiệu cảm giác; quá trình thậm chí trở nên phức tạp hơn khi các tín hiệu lan truyền ra xa ngược về phía sau từ vùng cảm giác thân thể I đến vỏ não thùy đỉnh, một vùng gọi là vùng liên hợp cảm giác thân thể.
Chức năng của vùng cảm giác thân thể I
Sự loại bỏ phần chủ yếu 2 bên của vùng cảm giác thân thể I làm mất khả năng phán đoán các loại cảm giác sau:
1. Con người không thể định khu riêng rẽ các cảm giác khác nhau từ các phần khác nhau của cơ thể. Tuy nhiên, họ có thể xác định sơ qua vị trí những cảm giác này, như là ở tay, ở phần chính của thân mình hay ở một bên chân. Như vậy, rõ ràng là thân não, đồi thị hoặc các phần của vỏ não coi như không liên quan với các cảm giác thân thể, có thể thực hiện một số mức độ của sự định khu cảm giác.
2. Con người không thể nhận định được mức độ nghiêm trọng của những áp lực đè lên cơ thể.
3. Con người không thể nhận định được trọng lượng của vật thể.
4. Con người không thể nhận định hình dạng hoặc cấu tạo của vật thể. Tình trạng này gọi là mất nhận thức xúc giác.
5. Con người không thể nhận định kết cấu của vật liệu vì loại nhận định này phụ thuộc vào những cảm giác có tính quyết định cao tạo ra bởi sự di chuyển của đầu ngón tay trên bề mặt vật liệu.
Chú ý rằng trong danh sách trên, không nhắc đến sự mất cảm giác đau và nhiệt. Trong những thiếu sót đặc biệt chỉ ở vùng cảm giác thân thể I, sự đánh giá về các phương thức cảm giác này vẫn được duy trì cả về tính chất và cường độ. Tuy nhiên các cảm giác khu trú kém cho thấy rằng sự định khu cảm giác đau và nhiệt phụ thuộc nhiều vào bản đồ định vị của cơ thể trong vùng cảm giác thân thể I để định vị nguồn tác động.
