Parte del valor de supervivencia del dolor, está asociado con los centros de aprendizaje del cerebro.
Los circuitos cerebrales asociados al dolor, involucran áreas consideradas esenciales en las emociones, la memoria y los recuerdos.
Algunas regiones del cerebro como, la ínsula y la corteza cingulada anterior junto con el tálamo y los ganglios basales, están más activadas en el dolor agudo. En otras regiones como en el tronco del encéfalo y el sistema modulador descendente del dolor, se observa actividad tanto en la facilitación, como en la anticipación y en la percepción del dolor.
La modulación descendente del dolor en las neuronas de la médula espinal y la inhibición del dolor a nivel de regiones superiores, tienen lugar por varios mecanismos. Entre ellos destaca la activación de las neuronas inhibitorias y la inhibición de las neuronas excitadoras. Es decir, para entenderlo con un ejemplo: aumentan las neuronas que hacen la función de extintor y descienden las que avivan el fuego.
Por otro lado, se produce un efecto analgésico gracias a la existencia de péptidos opioides y la distribución de diferentes receptores opioides por todo el circuito de modulación del dolor.
Los estudios muestran que estos sistemas moduladores pueden ejercer un control bidireccional, es decir, que se active o se reduzca la transmisión del dolor en respuesta a una orden superior que está influenciada por la atención, la expectativa o el miedo de la persona.