เปลือกสมองมีการเชื่อมต่อกับเขตใต้เปลือกสมองหลายเขต เช่น ทาลามัสและปมประสาทฐาน และส่งข้อมูลไปยังเขตเหล่านั้นโดยใยประสาทนำออก และรับข้อมูลจากเขตเหล่านั้นโดยใยประสาทนำเข้า โดยส่วนมาก ข้อมูลเกี่ยวกับความรู้สึกทางประสาทความรู้สึกต่าง ๆ รับการส่งไปยังเปลือกสมองผ่านทาลามัส แต่ว่า ข้อมูลเกี่ยวกับกลิ่นรับการส่งผ่านส่วนป่องกลิ่น (olfactory bulb[22]) ไปยังคอร์เทกซ์รูปชมพู่ (piriform cortex) ซึ่งเป็นคอร์เทกซ์ที่ประมวลการรับรู้ของกลิ่น การเชื่อมต่อโดยมากในคอร์เทกซ์ไปจากเขตคอร์เทกซ์หนึ่งไปยังอีกเขตหนึ่ง ไม่ใช่ไปยังเขตใต้เปลือกสมอง เบรเท็นเบอร์ก และชูส (ค.ศ. 1991) ประมาณการเชื่อมต่อภายในคอร์เทกซ์ไว้ที่ 99%[23] (และดังนั้น การเชื่อมต่อกับส่วนนอกคอร์เทกซ์ไว้ที่ 1%)

นักเขียนโดยมากพรรณนาคอร์เทกซ์ว่ามี 3 ส่วนได้แก่ เขตรับรู้ความรู้สึก (sensory) เขตสั่งการ (motor) และเขตสัมพันธ์ (association)

เขตรับรู้ความรู้สึก

เขตรับรู้ความรู้สึก (อังกฤษ: sensory areas) รับข้อมูลและประมวลข้อมูลจากประสาทรับรู้ความรู้สึก ส่วนของคอร์เทกซ์ที่รับข้อมูลความรู้สึกจากทาลามัสเรียกว่า เขตรับรู้ความรู้สึกปฐมภูมิ (primary sensory areas) การเห็น การได้ยิน และการกระทบสัมผัสเป็นกิจของคอร์เทกซ์สายตา (visual) คอร์เทกซ์การได้ยิน (auditory) และคอร์เทกซ์รับความรู้สึกทางกาย (somatosensory)

โดยทั่วไป ซีกสมองทั้งสองข้างรับข้อมูลมาจากด้านตรงข้ามของร่างกาย ยกตัวอย่างเช่น คอร์เทกซ์รับความรู้สึกทางกายของสมองซีกขวา รับข้อมูลมาจากแขนขาข้างซ้าย และคอร์เทกซ์สายตาข้างขวารับข้อมูลมาจากลานสายตาด้านซ้าย การจัดระเบียบแผนที่ที่แสดงความรู้สึกในคอร์เทกซ์ เป็นไปตามอวัยวะที่รับรู้ความรู้สึกเช่นตาเป็นต้น เป็นแผนที่มีระเบียบที่เรียกว่า แผนที่โทโพกราฟิก (topographic map[24])

ยกตัวอย่างเช่น เซลล์ประสาทจุดที่อยู่ใกล้ ๆ กันในคอร์เทกซ์สายตา ก็จะมีความสัมพันธ์กับเซลล์ประสาทจุดที่อยู่ใกล้ ๆ กันในเรตินา แผนที่โทโพกราฟิกของเรตินานี้ เรียกว่า แผนที่ผิวเรตินา (retinotopic[25] map) โดยนัยเดียวกัน มีแผนที่ความถี่เสียง (tonotopic map) ในคอร์เทกซ์การได้ยินปฐมภูมิ และมีแผนที่ส่วนร่างกาย (somatotopic map) ในคอร์เทกซ์รับความรู้สึกทางกายปฐมภูมิ

แผนที่โทโพกราฟิกของส่วนร่างกายที่กล่าวถึงทีหลังนี้ มีรูปเป็นภาพมนุษย์ที่ผิดส่วนไป คือ ขนาดคอร์เทกซ์ที่แสดงส่วนหนึ่งของร่างกาย ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของเซลล์ประสาทในส่วนนั้น ๆ ส่วนที่มีเซลล์ประสาทรับรู้ความรู้สึกหนาแน่น เช่นปลายนิ้วและปาก ก็จะมีเขตในคอร์เทกซ์ที่ใหญ่กว่า เพื่อประมวลผลของความรู้สึกที่ละเอียดกว่านั้น

เขตสั่งการ

เขตสั่งการ (motor areas) อยู่ในคอร์เทกซ์ในซีกสมองทั้งสองข้าง มีรูปร่างคล้ายกับหูฟังเริ่มจากหูหนึ่งแผ่ไปยังอีกหูหนึ่ง เขตสั่งการมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการควบคุมการเคลื่อนไหวที่อยู่ใต้อำนาจจิตใจ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเคลื่อนไหวมือที่แบ่งเป็นช่วง ๆ อย่างละเอียด เขตสั่งการในสมองซีกขวาควบคุมกายด้านซ้าย และในทางกลับกัน เขตสั่งการในสมองซีกซ้ายควบคุมกายด้านขวา

มีเขต 2 เขตในคอร์เทกซ์ที่เรียกว่าเขตสั่งการ ได้แก่

• คอร์เทกซ์สั่งการปฐมภูมิ (Primary motor cortex) ซึ่งดำเนินการเคลื่อนไหวที่อยู่ใต้อำนาจจิตใจ
• เขตสั่งการเสริม (Supplementary motor area) และคอร์เทกซ์พรีมอเตอร์ (คือคอร์เทกซ์ที่อยู่ด้านหน้าของคอร์เทกซ์สั่งการปฐมภูมิ หรือ premotor cortex) ซึ่ง "เลือก" การเคลื่อนไหวที่อยู่ใต้อำนาจจิตใจ

ยิ่งไปกว่านั้น กิจเกี่ยวกับการสั่งการมีความเกี่ยวข้องกับเขตอื่น ๆ รวมทั้ง

• คอร์เทกซ์สมองกลีบข้างด้านหลัง (Posterior parietal cortex) ซึ่งนำทางการเคลื่อนไหวที่อยู่ใต้อำนาจจิตใจในปริภูมิ
• dorsolateral prefrontal cortex ซึ่งทำการตัดสินใจว่า จะทำการเคลื่อนไหวแบบไหน โดยขึ้นอยู่กับคำสั่ง กฎเกณฑ์ และความคิดในใจ

ฝังลึกภายใต้เนื้อขาวของเปลือกสมอง ก็คือเนื้อเทาของเขตใต้เปลือกสมองที่เชื่อมต่อกันที่เรียกว่า นิวคลีไอฐาน (basal nuclei) นิวคลีไอฐานรับข้อมูลมาจาก substantia nigra ของสมองส่วนกลางและเขตสั่งการของเปลือกสมอง และส่งข้อมูลกลับไปสู่เขตทั้งสองนั้น นิวคลีไอฐานทำกิจเกี่ยวข้องกับการสั่งการ (คือการควบคุมการเคลื่อนไหว) เป็นเขตที่อยู่ข้าง ๆ ทาลามัส และบ่อยครั้งเรียกว่า ปมประสาทฐาน (basal ganglia) ถึงแม้ว่า ในปัจจุบัน คำว่า ปมประสาท (ganglion) จะใช้กับกลุ่มเซลล์ประสาทที่อยู่นอกระบบประสาทกลาง

นักประสาทกายวิภาคไม่สามารถตกลงกันได้ว่า มีศูนย์กลางในสมองทั้งหมดกี่แห่งกันแน่ที่เป็นส่วนของนิวคลีไอฐาน แต่ตกลงกันว่าอย่างน้อย ๆ มีสามเขต คือ นิวเคลียสมีหาง (caudate nucleus) putamen และ globus pallidus ตัว putamen และ globus pallidus รวมกันเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า นิวเคลียสรูปเลนส์ (lentiform nucleus) เพราะว่าเขตเหล่านั้นรวมกันมีรูปร่างเหมือนเลนส์ และตัว putamen และนิวเคลียสมีหางเองก็รวมกันเรียกว่า corpus striatum เพราะปรากฏเป็นรอยริ้ว[26][27]

เขตสัมพันธ์

เขตสัมพันธ์ หรือ เขตประสาทสัมพันธ์ หรือ คอร์เทกซ์สัมพันธ์ (อังกฤษ: association areas, อังกฤษ: association cortex) ทำหน้าที่เป็นที่กำเนิดของประสบการณ์การรับรู้ ที่ทำความหมายเกี่ยวกับสิ่งแวดล้อมให้ปรากฏ (คือทำให้เราเข้าใจสิ่งแวดล้อม) ที่ทำให้เราสามารถตอบสนองกับสิ่งแวดล้อมได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสนับสนุนให้เกิดความคิดทางนามธรรม และการใช้ภาษา ส่วนของเขตสัมพันธ์ คือ สมองกลีบข้าง สมองกลีบขมับ และสมองกลีบท้ายทอย ซึ่งล้วนแต่อยู่ด้านหลังของคอร์เทกซ์ ทำหน้าที่จัดระเบียบข้อมูลเกี่ยวกับความรู้สึก เช่นการเห็นเป็นต้น ให้เป็นแบบจำลองเพื่อการรับรู้สิ่งแวดล้อมที่เข้ากัน (คล้องจองกัน ปะติดปะต่อกัน) โดยมีตัวเราเองเป็นศูนย์กลาง

สมองกลีบหน้า มีบทบาทในการวางแผนพฤติกรรมเกี่ยวกับการเคลื่อนไหว และในความคิดทางนามธรรม ในอดีต ได้มีทฤษฎีว่า สมรรถภาพเกี่ยวกับภาษานั้นอยู่ในสมองซีกซ้าย กล่าวโดยเฉพาะคือ ในเขตบร็อดแมนน์ 44/45 หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า เขตโบรคา ในด้านการแสดงออก (เช่นคำพูดและการเขียน), และในเขตบร็อดแมนน์ 22 หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า เขตเวอร์นิก ในด้านการรับรู้ (เช่นการฟังและการอ่าน) แต่ปรากฏว่า สมรรถภาพเกี่ยวกับภาษากลับไม่จำกัดอยู่ในเพียงแค่เขตเหล่านั้นเท่านั้น งานวิจัยเร็ว ๆ นี้เสนอว่า กระบวนการแสดงออกและการรับรู้ของภาษา เกิดขึ้นในเขตอื่นนอกเหนือจากเขตรอบร่องด้านข้างเหล่านั้น เช่น ในคอร์เทกซ์กลีบหน้าผากส่วนหน้า ปมประสาทฐาน ซีรีเบลลัม พอนส์ นิวเคลียสมีหาง (caudate nucleus) และเขตอื่น ๆ

เขตสัมพันธ์รวบรวมข้อมูลจากตัวรับความรู้สึกหรือเขตความรู้สึกต่าง ๆ แล้วสัมพันธ์ข้อมูลที่รับมานั้น กับประสบการณ์ในอดีต ต่อจากนั้น สมองก็จะทำการตัดสินใจและส่งศักยะงานไปยังเขตสั่งการเพื่อทำการตอบสนองต่อข้อมูลที่ได้รับนั้น[28]