幾個世紀以來，一直認為大腦皮質僅僅負責更高級的精神意識功能。在19世紀中期，英國的神經科學家John Hughlines Jackson提出一個具有爭議的話題，他認為大腦中央溝前部皮質的特定區域在運動中起到了重要作用。Jackson在對一些癲癇發作的患者進行治療時發現，癲癇患者在發作時總是表現肢體肌肉的抽搐，從遠端關節擴展到近端關節，稱為“Jackson癲癇發作”。Jackson認為大腦中央溝附近的癲癇病灶產生了陣發性神經放電活動，進而引起了非隨意的癲癇抽搐。他推測肢體按照一定先後順序發生癲癇抽搐是因為中央溝附近的一群神經元細胞的興奮而發生陣發性地擴散引起的，每一集成群神經細胞控製著身體的不同肢體部位。Jackson推測人體不同的皮質區域控製著身體的不同部位。後來，Pierre Paul Broca和Karl Wernicke發現，人體語言功能缺失是源自大腦特定皮質區域的損傷，都為皮質功能的現代科學研究奠定了基礎。
直到19世紀後期，隨著麻醉技術和外科手術技術的發展，使得在活體上直接研究大腦皮層的功能成為現實，通過一些實驗研究發現了大腦運動皮質內一些獨立區域的功能。在德國柏林Gustav Fritsch和Eduard Hitzig以及英國的科學家David Ferrier發現對被麻醉的哺乳類動物大腦皮層特定位置進行電流刺激後，誘發其對側肢體的運動。他們發現，沿著中央溝的喙邊緣的條帶給予最低強度的電流刺激，能夠引起肢體的運動。他們的實驗表明：在這個條帶內獨立區域的神經元有著獨特的功能。對相鄰位置的神經元進行刺激時誘發相鄰肢體的運動，從腳開始，然後是腿、尾巴，接著是軀幹、上臂、手、臉、嘴、舌頭。這些科學家在刺激電流能夠引起某些肢體運動的皮質區域進行搗毀損傷時，這些動作在手術恢複後，肢體的運動功能出現了障礙。早期的這些實驗表明：在大腦皮層的這個運動條帶對應著按順序排列的肢體運動分布圖，這個運動條帶對於完成隨意運動具有重要的作用。
在20世紀前半葉，隨著電刺激技術更加精準，使得運動皮質功能定位更加準確。Clinton Woolsey和他的同事在很多哺乳動物上測試了運動皮質區的功能組織形式，而Wilder Penfield的研究團隊測試了神經外科患者大腦運動皮質某些獨立區域的功能。他們的研究發現，很多物種保留著相同的腦地形圖分布形式。其中一個重要發現是運動區腦圖譜的分布與肢體並不是點對點對應。肢體的運動越精細，其在大腦皮質區的投射麵積越大，例如，手指、臉以及嘴，這表明精細的運動控製需要更多的神經元。
Woolsey和Penfield都意識到簡單的運動區腦圖譜其實隱藏著更複雜的運動控製問題。最近有關運動區腦圖譜研究發現，控製手指的肌肉、腕關節的肌肉以及上肢遠端肌肉的神經元主要分布在中央區域，然而控製上肢近端肌肉的神經元主要分布在圍繞中央核周圍的馬蹄形環附近（圖1-1A）。從圖中可以看出支配肢體遠端關節的肌肉（手指，腕關節）主要分布在中央核處，而控製肢體近端關節的肌肉（肩關節）主要分布在中央核的周圍（圖1-1B）。同時發現，在控製上肢關節近端和遠端肌肉的一部分神經元在近端-遠端區域會大量地重疊在一起，這些神經元重疊在一起對於完成上肢的旋轉功能至關重要，這些神經元同時興奮引起相關肌肉同時收縮會使肩關節、腕關節產生旋轉動作。通過刺激不同的神經元重疊區域可以產生不同關節的聯合運動效果。
圖1-1 猴和人類運動區腦圖譜分布
B：①腳趾；②踝；③膝；④髖；⑤軀幹；⑥肩；⑦肘；⑧腕；⑨手；⑩小指；?無名指；?中指；?食指；?大拇指（手指）；?頸部；?額；?眼球；?臉；?嘴唇；?下頜；?舌頭；?吞咽；?咀嚼；?唾液分泌；?發聲