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滑車神経は硬膜の滑車神経孔に達した後、三叉神経の第1枝に沿って硬膜が形成する小管を通り、上眼窩裂に至る。眼窩内では上眼瞼挙筋の起始部上を通過し、上斜筋へ向かってこの筋に分布する。
滑車神経は脳神経中最も細い。Swensson（1949）によると、成人の場合、脳から出る部位では2,480本、筋に入る部位では2,630本の神経線維を有する。かつて報告されていた交感神経および三叉神経との吻合は存在しない。滑車神経に含まれる知覚性線維は三叉神経中脳核に由来するとされる。