Многослойность предполагает наличие в каждой сенсорной системе нескольких слоев нейронов, причем первый из них связан с рецепторами, а последний – с нейронами моторных областей коры головного мозга. Благодаря этому свойству слои нейронов имеют возможность специализироваться на переработке разных видов сенсорной информации. А это, в свою очередь, способствует быстрому реагированию на простые сигналы, которые анализируются уже на низких уровнях. Также путем нисходящих влияний из других отделов мозга создаются условия для избирательного регулирования свойств нейронных слоев.
Многоканальность сенсорной системы предполагает, что в каждом нейронном слое имеется множество (от десятков тысяч до миллионов) нервных клеток, связанных нервными волокнами со множеством клеток следующего слоя. Благодаря наличию множества таких параллельных каналов обработки и передачи сенсорной информации сенсорная система осуществляет анализ сигналов (высокое «разрешение» сенсорных сигналов) с большой тонкостью и значительной надежностью.
Разное количество элементов в соседних нейронных слоях формирует «сенсорные воронки». Так, в сетчатке каждого глаза у человека насчитывается 130 млн фоторецепторов, а в слое выходных (ганглиозных) клеток сетчатки нейронов в 100 раз меньше («суживающаяся воронка»). На следующих уровнях зрительной системы формируется расширяющаяся воронка: количество нейронов в первичной проекционной области зрительной коры мозга в тысячи раз больше, чем на выходе из сетчатки. В слуховой системе и в ряде других сенсорных систем от рецепторов к коре представлена только расширяющаяся воронка. Физиологический смысл суживающейся воронки связан с изменением избыточности информации, а расширяющийся – с обеспечением параллельного анализа разных признаков сигнала.
Дифференциация сенсорной системы по вертикали заключается в образовании отделов, каждый из которых состоит, как правило, из нескольких нейронных слоев. Таким образом, отдел сенсорной системы – более крупное образование, чем слой нейронов. Каждый отдел (например, обонятельные луковицы или кохлеарные ядра слуховой системы) имеет определенную функцию.
Дифференциация сенсорной системы по горизонтали определяется различиями в свойствах рецепторов, нейронов и связях между ними в пределах каждого из слоев. Так, в зрении работают два параллельных нейронных канала, идущих от фоторецепторов к коре и по-разному перерабатывающих информацию от центра и от периферии сетчатки.