Le système somesthésique transmet les informations sensorielles de la peau, des muqueuses, des membres et des articulations. La somesthésie est plus familièrement connue sous le nom de sens du toucher. Une voie typique de la somesthésie comprend trois types de neurones longs : primaire, secondaire et tertiaire. Les neurones primaires ont des corps cellulaires situés près de la moelle spinale dans des groupes de neurones appelés ganglions rachidiens. Les neurones sensoriels des ganglions innervent des zones désignées de la peau appelées dermatomes.

Dans la peau, les structures spécialisées appelées mécanorécepteurs font la transduction de la pression ou de la distorsion mécanique en signaux neuronaux. Dans la peau sans poils, la plupart des perturbations peuvent être détectées par l’un des quatre types de mécanorécepteurs. Deux d’entre eux, les disques de Merkel et les corpuscules de Ruffini, s’adaptent lentement et continuent de répondre à des stimuli qui restent en contact prolongé avec la peau. Les disques de Merkel répondent au toucher léger. Les corpuscules de Ruffini détectent un toucher statique plus profond, un étirement de la peau, une déformation des articulations et de la chaleur.

Les deux autres principaux mécanorécepteurs cutanés, les corpuscules de Meissner et les corpuscules de Pacini, s’adaptent rapidement. Ces mécanorécepteurs détectent les stimuli dynamiques, comme ceux nécessaires pour lire le braille. Les corpuscules de Meissner sont sensibles au toucher et à la pression légères, ainsi qu’aux vibrations à basse fréquence. Les corpuscules de Pacini répondent mieux aux pressions profondes et répétitives et aux vibrations à haute fréquence. L’information détectée par ces mécanorécepteurs est propagée vers le corps cellulaire dans le ganglion rachidien.

Les neurones primaires des ganglions rachidiens prolongent les axones dans la moelle spinale, continuant la propagation de l’information somesthésique du corps au cerveau. Les axones se terminent dans la moelle, où ils font des synapses, ou communiquent, avec des neurones secondaires. À ce stade, le signal est resté homolatéral, du même côté du corps qui a initialement détecté le stimulus. Les neurones secondaires, cependant, ont des axones sur le côté opposé de la moelle et croisent l’information (décussation). Ainsi, l’information détectée sur le côté gauche du corps est initialement traitée dans l’hémisphère droit du cerveau. De l’autre côté de la moelle, les axones des neurones secondaires continuent jusqu’au thalamus, où ils font des synapses avec des neurones tertiaires. Les neurones tertiaires ont des axones qui se terminent dans le cortex somesthésique.

Chaque partie du corps, dans une certaine mesure, est représentée dans cette zone corticale sur une carte de sensibilité somatique appelée homuncule. Les zones du corps avec une densité plus élevée de mécanorécepteurs, comme le bout des doigts, ont de plus grandes représentations dans le cortex que les zones avec une densité de mécanorécepteurs inférieure, comme les paumes et les bras.

Quand une région corporelle particulière ne fonctionne pas comme prévu, le cortex sensoriel peut subir une réorganisation corticale. Par exemple, les lecteurs du braille ont de plus grandes représentations des doigts dans le cortex somesthésique que les individus qui ne peuvent pas lire le braille. Chez les amputés des avant-bras, certaines données suggèrent que la région corticale précédemment liée au bras amputé peut être réassignée à la région corticale adjacente (dans ce cas, le visage). Cela peut provoquer des expériences de membre fantôme, dans lequel un amputé sent la stimulation du bras manquant lorsque certaines zones du visage sont stimulées.