A divisão da raiz sensorial do nervo trigémeo tem três núcleos-alvo principais depois de entrar pela ponte. O núcleo sensorial principal recebe sinais sobre a discriminação facial de dois pontos, o sentido de posição e a propriocepção. O núcleo propriocetivo situa-se no mesencéfalo. O núcleo para a dor, a temperatura e o tato facial desce através do tronco cerebral para chegar à medula cervical superior.
O nervo deixa a ponte a partir do ângulo ponto-cerebelar e percorre o lobo temporal na fossa craniana média. O gânglio do trigémeo - Gasseriano - forma-se no osso temporal petroso e é a partir daqui que surgem as três divisões.
A primeira divisão - oftalâmica - viaja no seio cavernoso com o terceiro nervo e emerge da fissura orbital superior. Esta divisão fornece a pele da testa, a córnea e a conjuntiva. A segunda divisão - maxilar - emerge do forame infra-orbital. Esta divisão fornece a pele do meio da face e as membranas mucosas da parte superior da boca, do palato e da nasofaringe. A terceira divisão - mandibular - viaja com a parte motora do nervo e emerge através do forame oval para fornecer a pele do maxilar inferior e as membranas mucosas da parte inferior da boca.
As fibras da dor e da temperatura da face terminam no núcleo espinal do trigémeo - passando da ponte através da medula - na medula cervical superior. As fibras tácteis e proprioceptivas partem do núcleo pontino para formar o trato trigeminotalâmico, que ascende depois ao tálamo e, por fim, ao giro pós-central do córtex. Note-se que esta disposição explica por que razão as lesões da medula espinal superior podem causar uma perda sensorial dissociada da face - retenção do tato e da propriocepção, mas perda da dor e da temperatura.
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