射精第一步由交感神经传出冲动引起输精管和精囊腺平滑肌收缩，从而将输精管和精囊腺中精液移送至尿道；第二步借助于阴部神经的传出冲动，使阴茎海绵体根部横纹肌收缩，从而将尿道内精液射出。脑的高级部位的兴奋通过下行途径，对脊髓的勃起中枢与射精中枢亦起作用。正常人性兴奋刺激来自各种感官通过大脑影响脊髓反射活动。

射精是包括勃起、发射、射精和性高潮的一个复杂过程。勃起是由于阴茎的肿胀、变硬，它的初级神经支配是来自骶神经丛和骨盆内脏神经或勃起神经。发射是包括射精前收集精液并将其运送至尿道的前列腺部，随着膀胱颈和远侧尿道括约肌的闭合，尿道的前列腺部变成了一个蓄精池。这将诱发射精，即精液通过尿道有节律地射出，这个过程中会阴部骨骼肌的参与是必不可少的。性高潮是一种大脑参与的，通常是愉悦的事情而且是与射精紧密相连的。

射精的神经生理学仅有部分被了解。研究表明多巴胺能系统促进射精而血清素激活系统抑制射精。射精的主要神经机理是躯体的神经支配，但也包括阴部来自自主神经系统的神经和纤维；副交感神经的自主神经分支主要控制勃起功能而交感神经和躯体的神经分支主要控制发射和射精。

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