La matière grise de la moelle épinière est en forme de papillon. Il s’étend des cellules épendymaires tapissant le canal central à la substance blanche environnante. La matière grise spinale est divisée bilatéralement en corne dorsale, substance intermédiaire et corne ventrale. Au niveau thoracolumbaire, la substance intermédiaire présente une corne latérale. La substance intermédiaire n’a pas de limites précises; en général, elle se situe autour du canal central et entre les cornes dorsales et ventrales.

Les neurones spinaux dans la matière grise sont soit des neurones efférents (les axones pénètrent dans les racines ventrales), des neurones de projection (les axones rejoignent les voies de la substance blanche), soit des interneurones (les axones restent dans la matière grise). Les « cornes » de matière grise sont en fait des profils de colonnes grises. Les colonnes de corps de cellules neuronales, lorsqu’elles sont transectées, apparaissent sous forme d’amas de profils de corps de cellules neuronales dans la matière grise. Les amas du corps cellulaire sont appelés noyaux. Certains noyaux (colonnes de corps cellulaires) sont présents dans toute la moelle épinière, d’autres noyaux ont des distributions segmentaires plus restreintes.

La surface de la corne dorsale est coiffée d’un noyau marginal (lame I) qui est mince et non distinct en sections transversales. Une population de petits neurones forme une substance gélatineuse très distinctive (lamina II). Le reste de la corne dorsale peut être considéré comme un noyau proprius. Le noyau thoracique, situé médialement à la base de la corne dorsale, est présent dans les segments thoracolumbaires; les axones du noyau forment le tractus spinocérébelleux dorsal (Remarque: les neurones de projection du noyau thoracicus sont gros mais clairsemés et ne sont pas évidents dans certaines sections).

Dans la substance intermédiaire, un noyau ne se trouve que dans les segments lombaires thoraciques et crâniens de la moelle épinière. Le noyau intermédiolatéral, qui forme une corne latérale, est composé de neurones préganglionnaires sympathiques.
La corne ventrale contient des motoneurones efférents somatiques. Les noyaux moteurs médiaux innervent les muscles du tronc et se trouvent dans tous les segments spinaux. Des collections latérales de motoneurones, qui innervent le muscle des membres, sont visibles dans des segments des élargissements cervicaux et lombo-sacrés. Les noyaux moteurs sont disposés somatotopiquement.

Une grande partie de la matière grise spinale se trouve en dehors des noyaux reconnaissables. Une autre méthode de catégorisation de la matière grise consiste à définir les lamines spinales (ci-dessous), par opposition aux noyaux. Les lamines offrent l’avantage d’inclure toutes les régions de matière grise. L’inconvénient des lamines est que, contrairement aux noyaux, les limites laminaires ne sont pas évidentes dans les sections normales.

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