感覚系は、光や音波などの刺激を感知し、神経系が解釈できる神経信号に変換します。感覚系には、外部からの刺激だけでなく、筋肉や腱にある自己受容器が手足の位置をフィードバックするように、内部からの刺激を感知するものもあります。

感覚系には、視覚、聴覚、味覚、嗅覚、体性感覚（触覚、痛覚、温度感覚、固有感覚）、前庭系（平衡感覚、空間識）があります。

すべての感覚器官には、特定の種類の刺激を感知するために特化された受容体細胞があります。例えば、内耳の有毛細胞には音波に反応して動く繊毛があり、鼻腔の嗅覚受容体ニューロンには匂いの分子に結合する受容体があります

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適切な刺激の存在は、神経系における電気化学的変化を誘発します。この刺激は通常、感覚ニューロンの膜電位を変化させ、活動電位を誘発します。そして、その情報は感覚器官から脊髄を経て脳へ、あるいは視覚系のように直接脳へと伝達されます。

モダリティと呼ばれる様々な種類の感覚情報は、それぞれ異なる経路で中枢神経系を通過しますが、多くは脳の中央にある視床に伝達されます。視床からは、一次視覚野や一次聴覚野など、特定のモダリティを分析する領域に感覚情報が送られるのが一般的です。

これらの領域は、情報を連合皮質に送り、感覚情報を他の種類の情報と統合して、より高度な分析を行います。最終的には、これらの経路やネットワークで行われる神経処理によって、視覚世界における物体の識別や位置、あるいは音声の理解など、感覚刺激の正確な認識が可能になります。