La materia gris espinal tiene forma de mariposa. Se extiende desde las células ependimarias que recubren el canal central hasta la materia blanca circundante. La materia gris espinal se divide bilateralmente en cuerno dorsal, sustancia intermedia y cuerno ventral. A niveles toracolumbares, la sustancia intermedia presenta un cuerno lateral. La sustancia intermedia carece de límites precisos; en general, está alrededor del canal central y entre los cuernos dorsal y ventral.

Las neuronas espinales dentro de la materia gris son neuronas eferentes (los axones entran en las raíces ventrales), neuronas de proyección (los axones se unen a los tractos de materia blanca) o interneuronas (los axones permanecen dentro de la materia gris). Los «cuernos» de materia gris son en realidad perfiles de columnas grises. Las columnas de cuerpos de células neuronales, cuando se cortan, aparecen como grupos de perfiles corporales de células neuronales dentro de la materia gris. Los grupos de cuerpos celulares se llaman núcleos. Algunos núcleos (columnas de cuerpos celulares) están presentes en toda la médula espinal, otros núcleos tienen distribuciones segmentarias más restringidas.

La superficie del cuerno dorsal está cubierta por un núcleo marginal (lámina I) que es delgado y no es distinto en secciones transversales. Una población de neuronas pequeñas forma una sustancia gelatinosa muy distintiva (lámina II). El resto del asta dorsal puede considerarse núcleo propio. El núcleo torácico, ubicado medialmente en la base del cuerno dorsal, está presente en segmentos toracolumbares; los axones del núcleo forman el tracto espinocerebeloso dorsal (Nota: las neuronas de proyección del núcleo torácico son grandes pero escasas y no son evidentes en algunas secciones).

En la sustancia intermedia, un núcleo se encuentra solo en los segmentos lumbares torácicos y craneales de la médula espinal. El núcleo intermediolateral, que forma un cuerno lateral, está compuesto por neuronas preganglionares simpáticas. El cuerno ventral contiene neuronas motoras somáticas eferentes. Los núcleos motores mediales inervan los músculos del tronco y se encuentran en todos los segmentos espinales. Las colecciones laterales de neuronas motoras, que inervan el músculo de las extremidades, se ven en segmentos de las ampliaciones cervicales y sacro lumbares. Los núcleos motores están dispuestos somatotópicamente.

Gran parte de la materia gris espinal está fuera de núcleos reconocibles. Una alternativa de método para categorizar la materia gris implica definir las láminas espinales (abajo), en lugar de los núcleos. Las láminas ofrecen la ventaja de incluir todas las regiones de materia gris. La desventaja de las láminas es que, a diferencia de los núcleos, los límites laminares no son evidentes en las secciones normales.

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