Die graue Substanz des Rückenmarks ist schmetterlingsförmig. Es erstreckt sich von den Ependymzellen, die den zentralen Kanal auskleiden, bis zur umgebenden weißen Substanz. Die graue Substanz der Wirbelsäule wird bilateral in Dorsalhorn, Zwischensubstanz und ventrales Horn unterteilt. Auf thorakolumbaler Ebene weist die Substanz ein laterales Horn auf. Zwischensubstanz fehlen genaue Grenzen; Im Allgemeinen ist es um den zentralen Kanal und zwischen dorsalen und ventralen Hörnern.

Spinale Neuronen innerhalb der grauen Substanz sind entweder efferente Neuronen (Axone treten in ventrale Wurzeln ein), Projektionsneuronen (Axone verbinden sich mit weißen Substanz) oder Interneurone (Axone bleiben in der grauen Substanz). Die „Hörner“ der grauen Substanz sind eigentlich Profile grauer Säulen. Spalten von Neuronenzellkörpern erscheinen, wenn sie durchtrennt werden, als Cluster von Neuronenzellkörperprofilen innerhalb der grauen Substanz. Die Zellkörpercluster werden Kerne genannt. Einige Kerne (Säulen von Zellkörpern) sind im gesamten Rückenmark vorhanden, andere Kerne haben eingeschränktere Segmentverteilungen.

Die Oberfläche des dorsalen Horns ist von einem marginalen Kern (Lamina I) bedeckt, der dünn und in Querschnitten nicht ausgeprägt ist. Eine Population kleiner Neuronen bildet eine sehr ausgeprägte Substantia gelatinosa (Lamina II). Der Rest des dorsalen Horns kann als Nucleus proprius betrachtet werden. Der Nucleus thoracicus, der sich medial in der Basis des dorsalen Horns befindet, ist in thorakolumbalen Segmenten vorhanden; axone aus dem Kern bilden den dorsalen Spinocerebellar-Trakt (Hinweis: Nucleus thoracicus-Projektionsneuronen sind groß, aber spärlich und in einigen Abschnitten nicht sichtbar).

In der Zwischensubstanz findet sich ein Kern nur in thorakalen und kranialen lumbalen Segmenten des Rückenmarks. Der intermediolaterale Kern, der ein laterales Horn bildet, besteht aus sympathischen präganglionären Neuronen.
Das ventrale Horn enthält somatisch efferente Motoneuronen. Mediale motorische Kerne innervieren Muskeln des Rumpfes und sind in allen Wirbelsäulensegmenten zu finden. Laterale Ansammlungen von Motoneuronen, die den Gliedmaßenmuskel innervieren, sind in Segmenten der zervikalen und lumbosakralen Vergrößerung zu sehen. Motorische Kerne sind somatotop angeordnet.

Ein Großteil der grauen Substanz der Wirbelsäule befindet sich außerhalb erkennbarer Kerne. Eine alternative Methode zur Kategorisierung der grauen Substanz besteht darin, spinale Laminae (unten) im Gegensatz zu Kernen zu definieren. Laminae bieten den Vorteil, dass alle Regionen der grauen Substanz einbezogen werden. Der Nachteil von Laminae besteht darin, dass im Gegensatz zu Kernen laminare Grenzen in normalen Abschnitten nicht sichtbar sind.

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