La función primaria del sistema nervioso es la de transmitir información de un lugar a otro del organismo, y modificar esta de una forma significativa para la mente. La captación de la información comienza a nivel de los receptores, estructuras variadas cuya función consiste en convertir una señal mecánica, térmica, química o nociceptiva, en una señal eléctrica ocasionada por alteraciones químicas de los flujos de iones transmembranarios, que se transmite a lo largo de los nervios hasta el cerebro, el cual integra la transmisión del estímulo, junto con otras informaciones, para darle un significado. 

Muchas de las características y modo de acción de los distintos tipos de receptores, y entre ellos los de estímulos nociceptivos, nos son en parte desconocidas. No obstante, la característica más significativa de la transmisión de los estímulos, más conocida en el caso de los estímulos nociceptivos, es que esta transmisión no se realiza en una sola etapa, sino que alcanza la corteza cerebral tras varias estaciones sinápticas, que no funcionan como enlaces meramente pasivos, sino que el estímulo sufre modulación a varios niveles, por lo que puede ser minimizado o amplificado de diversas formas. 

La modulación tiene lugar a nivel periférico, en la médula espinal, y en los centros superiores. En cada una de las estaciones tiene lugar una integración progresiva de las informaciones procedentes de los distintos lugares del organismo, y una modificación del mensaje de una forma a veces compleja y poco comprendida, pero que puede alterar la información que salió del receptor periférico, tanto en intensidad, o en tipo, como en extensión. 
 

En los niveles de los receptores, o cercanos a ellos, distintos estímulos pueden hacer que las descargas nerviosas que se transmiten sean modificadas. Cambios en la temperatura, la oxigenación, la llegada de nutrientes, la retirada de metabolitos activos u otras alteraciones químicas o mecánicas, pueden cambiar la intensidad y frecuencia de la señal transmitida. Así, es posible que estímulos a menudo inocuos, cuando inciden en una zona inflamada, pueden resultar fuertemente dolorosos, o viceversa. 

No obstante, donde la modulación alcanza niveles realmente sofisticados, es en las estructuras nerviosas de niveles superiores, el asta posterior de la médula espinal, y los niveles corticales y talámicos. 
 

Los primeros estudios de electrofisiología efectuados en el siglo XIX acumularon una serie de conocimientos acerca de la transmisión nerviosa que fueron estructurados en dos principales teorías, relativamente contrapuestas. 
 

Esta teoría indicaba que cada modalidad sensorial - tacto, dolor, calor y frío- poseía su propio receptor específico, y era vehiculada por una vía nerviosa propia y exclusiva, a una zona del sistema nervioso central también propia. Cada órgano sensorial respondería solamente a un estímulo propio. Esta teoría estaba apoyada por la descripción por parte de los histólogos de distintas morfologías de receptores y distinta situación y reparto de estos; por la labor de los fisiólogos, que indicaba que cada uno de estos distintos receptores estaba adaptado fundamentalmente para traducir un tipo de energía diferente a un impulso nervioso, y por el hecho de que realmente los neurólogos, estudiando los trayectos nerviosos mediante secciones a distintos niveles, y midiendo potenciales de acción ante diversos estímulos, encontraron un camino relativamente diferenciado para cada uno de los tipos de estímulos. 
 

Encaminada fundamentalmente a explicar la transmisión de las sensaciones dolorosas, esta teoría indicaba que, fuera cual fuere el tipo de estímulo, y de los receptores que intervinieran en su transducción, una intensidad de estímulo excesiva, por encima de un umbral, haría percibir ese estímulo como doloroso. Una temperatura templada, por ejemplo, sería percibida como calor, pero una temperatura mayor, sería sentida como dolor de quemadura. 

Ambas teorías contenían explicaciones para hechos fisiológicos ciertos, pero dejaban sin explicar otros hechos más recientes. Estos fueron integrados e una nueva teoría. 
 

En 1965, Melzack y Wall publicaron su Gate Control Theory² . Esta teoría, que posteriormente ha sido controvertida, al menos en los términos en que fue formulada, recogía algunos aspectos de las dos teorías anteriores, a los que añadía una visión más avanzada de la transmisión nociceptiva, al indicar un mecanismo de control desde los centros superiores que podría modular la transmisión de la sensación dolorosa exagerándola, o por el contrario, minimizándola. 

La teoría, que se basaba fundamentalmente en los trabajos neurofisiológicos llevados a cabo en ratas descerebradas, sugería fundamentalmente que las pequeñas neuronas intercalares de la llamada substancia gelatinosa de Rolando, de las astas posteriores de la médula, desempeñarían un papel decisivo en la transmisión del estímulo. Estas neuronas tienen múltiples conexiones axonales, tanto con las fibras gruesas, mielinizadas, como con las fibras finas amielínicas que llegan al asta posterior de la médula espinal. Las fibras finas son las que habitualmente transportan las sensaciones nociceptivas. La estimulación de las fibras gruesas crearía un potencial negativo en las neuronas de la substancia gelatinosa, y una inhibición de la transmisión sináptica de las neuronas eferentes hacia los centros superiores. Por el contrario, la estimulación de las fibras nerviosas nociceptivas de pequeño calibre, crearía una estimulación de las células intercalares, y un efecto facilitador de la transmisión de la sensación dolorosa a las neuronas ascendentes hacia escalones superiores . 

La transmisión de la información nociceptiva hacia los centros superiores sería pues, el resultado de un balance entre la facilitación y la inhibición presinápticas, como dos fuerzas que mantuvieran cerrada o abierta la puerta de la transmisión hacia arriba de los estímulos. Como un factor adicional, los impulsos descendentes desde estructuras superiores, como el tálamo, el tallo cerebral, o el sistema límbico, pueden modular este delicado equilibrio según la información que les llega por los cordones posteriores o de estructuras todavía más elevadas del SNC. 

Esta teoría, aunque no resultó totalmente cierta, y de hecho, los propios autores han contribuido a modificarla y completarla, ha tenido la virtud de poner el énfasis en la modulación a nivel espinal o superior, y la exhaustiva investigación a que ha dado lugar ha permitido la aparición de nuevas modalidades de tratamiento, como el TENS (Transcutaneous Electrical Neuro-Stimulation), la caracterización de multitud de mediadores químicos que actúan facilitando o impidiendo la transmisión de los estímulos, y la explicación de algunos tratamientos como la analgesia y anestesia epidurales o intradurales, cuya eficacia era conocida y utilizada, pero carecían de explicación adecuada. 
 

La teoría actual pasa por un complejo sistema de integración progresiva de la información, con transmisión de esta de una a otra de las láminas de Rexed de las astas posteriores de la médula espinal, con información a los niveles superiores desde cada una de estas capas, excepto al parecer, desde la lámina II, junto con un control medular desde centros superiores, bien desde la corteza, por una vía cortical directa no demasiado bien conocida, bien por otras vías indirectas, desde las grandes neuronas de la zona media de la formación reticular de bulbo y protuberancia hacia las interneuronas apicales del asta posterior, con transmisión predominantemente noradrenérgica y encefalinérgica, y acción inhibidora sobre la transmisión, y fundamentalmente, desde el nivel mesencefálico, más concretamente desde la substancia gris periacueductal, un conjunto de neuronas situadas en los alrededores del acueducto de Silvio cuyas proyecciones terminan en los núcleos del rafe de la región bulbar. Las neuronas de estos núcleos, cuyos axones descienden por los cordones posterolaterales de la substancia blanca acaban en el asta posterior medular, ejerciendo un efecto inhibidor sobre las neuronas de las láminas I, II, V, y VI, mediante la liberación de serotonina. La importancia de este último sistema radica entre otros motivos en que al parecer, una parte del efecto de los narcóticos consiste precisamente en la estimulación de la substancia gris periacueductal, en la que hay abundantes receptores opiáceos, lo que conlleva una inhibición de la transmisión de la sensación dolorosa. Otra parte del efecto de estas drogas sería llevado a cabo al parecer por la estimulación de un sistema descendente de naturaleza colinérgica. 
 

Finalmente, existe un nivel de modulación talamocortical, debido a que los axones de las neuronas de la zona paracentral de la corteza ejercen efectos inhibidores sobre el núcleo ventroposterolateral del tálamo. Otras zonas de la corteza frontal, parietal y temporal, y del sistema límbico modularían la sensación dolorosa en otras zonas del tálamo. El sistema reticular modularía a modo de retroalimentación la actividad de esas zonas de la corteza.