Fysiologisch gezien (qua functie) zijn de hersenen op te delen in drie delen:

• Voorhersenen
• Middenhersenen (Midbrain)
• Achterhersenen

De middenhersenen vormen het bovenste deel van de hersenstam

De middenhersenen bevinden zich onder de hersenschors en boven de achterhersenen, in de buurt van het centrum van de hersenen. Vandaar de naam middenhersenen. Het gedeelte is ongeveer 2,5 centimeter lang en is centraal gelegen in de schedelholte.

We kunnen de hersenstam onderscheiden in drie delen. Het bovenste deel wordt gevormd door de middenhersenen. De onderste delen horen bij de achterhersenen.
Van boven naar onderen:

• de middenhersenen (mesencephalon)
• de pons (Brug van Varol)
• de medulla oblongata (het verlengde merg).

De afbeelding hieronder toont de voorzijde van de drie onderdelen van de hersenstam.

Door de middenhersenen lopen een aantal zenuwbanen die de grote hersenen verbinden met de kleine hersenen, en naar de zenuwbundels die de reticulaire formatie vormen en andere structuren van de achterhersenen.

De middenhersenen bestaan uit:

• Tectum mesencephali of vierheuvelenplaat / lamina quadrigemina. Tectum betekent 'dak'; dak van de middenhersenen. De functie van het tectum omvat voornamelijk visuele integratie, oogbewegingen en auditieve functies.
  Het tectum heeft vier uitstulpingen aan de rugkant;
  • twee colliculi superioris waar informatie uit de ogen wordt verwerkt en waar zo nodig een reflex volgt.
  • twee colliculi inferioris waar informatie uit de oren wordt verwerkt en waar zo nodig een reflex volgt.
    
    

• Tegmentum mesencephali; wat letterlijk het 'vloerkleed' betekent; de onderkant van de middenhersenen. Het remt o.a. ongewenste bewegingen. Het tegmentum omvat een deel van de reticulaire formatie. Enkele grote cellenverzamelingen die onder deze 'formatio reticularis' vallen zijn:
  • Rode Kernen (Red Nucleus (RN) of nuclei ruber) een belangrijke schakelkern van het extrapiramidale motorsysteem.
    Hier wordt de spierspanning en houding geregeld.
  • Zwarte kernen (Substantia Nigra) waar dopamine producerende zenuwcellen liggen.
    
• Aquaduct van Sylvius of cerebrale aquaduct, een holte gevuld met hersenvocht dat de derde en vierde hersenholte of hersenkamer (ventrikel) verbindt. Het is als het ware een smalle waterweg.
  
  
• Cerebrale steeltjes (Crus cerebri; Crus betekent 'pilaar' en cerebri betekent 'hersenen'= 'pilaren van de hersenen') dat motorische zenuwbanen bevat, die van de hersenschors naar de pons in de hersenstam en de nek en rug lopen.
  
  
• Craniale zenuwen (hersenzenuwen).

Afbeelding boven: doorsnede door het midden van het mesencephalon op het niveau van de colliculus superiores (bovenste uitstulping). Het cerebrale aquaduct zit aan de rugkant. Het periaqueductale grijs /PAG wordt genoemd naar de grijze stof rond het aquaduct (aquaduct van Sylvius).
Ook de afbeelding hieronder toont een dwarsdoorsnede.

upper picture info see footnotes, lower pictures see link 2 minute neuroscience

De foto hieronder toont de rugzijde (dorsale gedeelte) van de middenhersenen.

Functie

De middenhersenen verwerken informatie uit de oren en ogen en gebruiken deze informatie om gerichte bewegingen te maken.

Voorbeeld: iemand hoort een auto aankomen. Dat signaal wordt naar de middenhersenen gebracht, die vervolgens de spieren van de nek activeren om zich om te draaien naar waar het geluid vandaan komt. Zo helpen de middenhersenen te oriënteren op geluid.
Nog een voorbeeld: Als je ergens in een uithoek van je gezichtsveld een grote zwarte spin naar beneden ziet kruipen, dan volgt een reflex die je niet doordenkt...maar al je spieren spannen aan en zo kan je wegduiken.

De middenhersenen zijn betrokken bij:

• De regulatie van motorische (beweging) functies. Met name de rode kern (nucleus ruber) en de zwarte kernen (substantia nigra), zijn betrokken bij de controle van de lichaamsbeweging.
• De regulatie van spierspanning in verschillende slaaptoestanden.
• Tactiele informatieverwerking.
• Visuele reflexen als een soort relaisstation. Het regelt de reflexen op acute veranderingen in omgevingslicht, zoals de pupilreflex. Het regelt ook de reflex om iets centraal in beeld te houden als je kijkt en bewogen wordt: de optokinetische reflex (combinatie van gladde oogvolgbewegingen en sprongetjes /saccades).
• Het is het coördinatiecentrum voor verticale oogbewegingen.
• Auditieve reflexen als een soort relaisstation.
• Het gehoor.
• Waken en slapen.
• Orale proprioceptie; het vermogen om delen van de mond waar te nemen. Met name wordt voorkomen dat je je tanden en kiezen kapot kauwt op stukjes bot of harde pitten.

Letsel

Schade in de middenhersenen kunnen alle stoornissen van functies betreffen die we net opsomden.

• schade in de regulatie van zintuiglijke functies
• schade in regulatie van motorische functies
• schade in visuele en auditieve reflexen
• schade in oogbewegingen; verticale blikparese.
  

Bij een verticale blikparese kan iemand niet met twee ogen tegelijk naar boven of beneden kijken. Er is dan letsel in het rugwaartse gedeelte van de middenhersenen (dorsale mesencephalon). Dat komt bijvoorbeeld door een tumor of waterhoofd/hydrocephalus).

Schade in de middenhersenen kan verschillende syndromen veroorzaken, met klachten die afhankelijk zijn van de locatie in de middenhersenen:

• syndroom van Benedict
• syndroom van Claude (zie bijna onderaan de pagina van de hersenstam)
• syndroom van Parinaud
• syndroom van Weber
  
  

Als er zoveel reflexmatige acties geregeld worden in de middenhersenen, is het logisch dat bij beschadiging verstoring van verdedigingsreacties op kunnen treden.

De Reticulaire Formatie

De reticulaire formatie (formatio reticularis of in het Nederlands 'de netvormige kern') is een complex netwerk van neuronen. Het bestaat uit grijze stof, dat ruimte inneemt tussen witte vezelkanalen en hersenstamkernen. Het loopt dwars door de middenhersenen en de achterhersenen en heeft verbindingen met talloze gebieden in de grote hersenen. 

Het is verantwoordelijk voor:

• de coördinatie van autonome functies als ademhalen, bloeddruk, hartslagfrequentie en pijnbeleving.
• het bewustzijnsniveau.
• het slaap-waakritme.
• de regulatie van de activatietoestand van het zenuwstelsel.

Het wordt daarom de regelkamer van het bewustzijn genoemd.

De reticulaire formatie ontvangt prikkels van buiten het lichaam via de zintuigen en vanuit het lichaam via:

• propriosensoren (registratie van beweging en houding in het evenwichtsorgaan, gewrichten, pezen en spieren)
  
• nocisensoren (registratie van pijn)
• interosensoren (registratie over situatie van de organen).

Het helpt de hersenen om informatie / prikkels te 'screenen'.
Ze filteren als het ware de onbelangrijke informatie, zodat iemand zich kan richten op de belangrijke informatie met de hoogste prioriteit.

Als je bijvoorbeeld kijkt naar een stuk stad, met daarboven de lucht, en onderin links in je blikveld een grasveld en bomen, iets daarvoor links een groepje mensen en rechts auto's die er aankomen, dan zal de reticulaire formatie de hersenen helpen om niet overladen te worden met prikkels. Het zal de lucht en het grasveld, de duizenden boomblaadjes die bewegen blokkeren van het bewust worden. Het zal de bewegende auto's en het groepje mensen en sommige geluiden bewust doorgeven. Als het niet beschadigd is...

Zo zal je later ook alleen bepaalde delen herinneren en niet de boomblaadjes bijvoorbeeld, omdat de reticulaire formatie die informatie niet doorgegeven heeft om verwerkt te worden. Dit is ook de truc die illusionisten gebruiken bij de illusies. Zij maken heel bewust gebruik van waar mensen hun aandacht op richten.

De reticulaire formatie geeft belangrijke waarschuwingen wèl door aan de hogere hersengebieden om alert te zijn. De reticulaire formatie helpt om waakzaam en alert te zijn, het reguleert de waakzaamheid en draagt bij aan spierspanning die nodig is om actie te ondernemen.

Er zijn in de reticulaire formatie drie belangrijke circuits te onderscheiden:

• reticulospinaal circuit (motorische functies zoals de spierspanning (spiertonus), reflexen en autonome functies als bloeddruk, ademhaling en hartslagfrequentie)
  
• reticulothalamocorticaal circuit (activatie van de hersenschors / arousal)
  
• buitenthalamisch corticaal circuit (activatie van de hersenschors / arousal, met name versterken of verzwakken van de prikkelbaarheid van de hersenschors).

Specifiek gevolg: slap van de lach

Een specifiek gevolg van beschadiging aan de reticulaire formatie kan zijn kataplexie. De spieren worden dan slap, een sterke verlaging van de spierspanning of spiertonus, door het lachen. Dat is letterlijk slap van het lachen. Meestal is het slap worden van de lach een onschuldig verschijnsel, maar bij kataplexie is er meer aan de hand. De spierslapte treedt op in alle ledematen, gedurende 10 seconden zonder bewustzijnsverlies.

Kataplexie kan ook een gevolg zijn van slaapziekte (narcolepsie) Ongeveer enkele procenten van de mensen met narcolepsie heeft dat. Narcolepsie, een slaap waakstoornis, betekent dat iemand slaperigheid ervaart en bijna onbedwingbare slaapaanvallen overdag heeft.

Bij kataplexie kunnen ook de aan gezichtsspieren verslappen, zodat iemand door het lachen, strak voor zich uit kan gaan staren, met open mond. Niet alleen bij het lachen kan dit optreden maar ook bij kwaadheid of andere emoties of bij het sporten en het plotselinge ontmoeten van een bekende. Kataplexie kan met medicatie aangepakt worden.

Overigens, blijkt uit dierproeven, kunnen ook andere gebieden van de hersenstam deze tijdelijke spierslapte, kataplexie, tot gevolg hebben: de locus coeruleus en raphakernen. Meer info: kataplexie.

RAS

De reticulaire formatie bevat een aantal zenuwkernen dat als alarmsysteem functioneert: het reticulair activeringssysteem (RAS). Het RAS heeft stijgende (afferente) paden (ARAS) naar de hersenschors (cortex cerebri) en dalende paden naar het ruggenmerg. Het RAS spreidt zich, vanuit de reticulaire formatie, uit in alle richtingen van de hersenen, door de thalamus en naar het ruggenmerg.

Deze kernen zijn verantwoordelijk voor het reguleren van waakzaamheid en opwinding (arousal) en stadia van slaperigheid en slaap-waakovergangen.
De slaapstoornis narcolepsie wordt geassocieerd met het reticulaire activeringssysteem. Mensen die aan narcolepsie lijden kunnen elk moment van de dag onbeheersbare aanvallen van slaperigheid krijgen.

Omgekeerd kan het RAS ook zorgen voor opperste concentratie en kan daarmee zorgen dat de mens topprestaties kan leveren.

Zwarte kern / Substantia Nigra (SN)

De zwarte kern of substantia nigra ligt in het voorste deel van het mesencephalon en voorziet de basale ganglia van dopamine. Het is een motorische kern. Ondanks de locatie in het mesencephalon, wordt het qua functie beschouwd als onderdeel van basale ganglia. De zwarte kern is betrokken bij vrijwillige bewegingen, oriëntatie in de ruimte, leren, het reguleren van de stemming, en activiteit gerelateerd aan het beloningscircuit van de hersenen.

Het bestaat uit:

• De pars compacta (SNc) aan de rugzijde met melanine gevulde neuronen. Melanine is de donkere kleur (pigment) waaraan de zwarte kern de naam dankt. Het voorziet het striatum van dopamine en is erg belangrijk om signalen door te geven van de basale ganglia naar de thalamus. Het is betrokken bij motorische controle en coördinatie.
  Het verlies van dopamine-neuronen in dit gedeelte (SNc) lijkt verantwoordelijk voor het ontstaan van de ziekte van Parkinson en enkele andere parkinsonsyndromen.
  Dopamine is een signaalstofje (neurotransmitter) dat gerelateerd is aan bewegingsaandoeningen, psychiatrische stoornissen en gedragsproblemen. Zie het hoofdstuk hieronder.
  
  
• De pars reticulata (SNr) aan de buikzijde en is belangrijk bij regulatie van oogbewegingen.

Dopaminetekort of teveel

De dopamine producerende zenuwcellen liggen in de zwarte kernen (substantia nigra) in het tegmentum mesencephali. In het bovenste gedeelte van de hersenstam.
Dopamine is een signaalstofje (neurotransmitter) dat gerelateerd is aan bewegingsaandoeningen, psychiatrische stoornissen en gedragsproblemen. Samen met serotonine en noradrenaline zorgt dopamine voor een fijne motoriek, coördinatie en concentratie.

Verslavingsmechanismen
Als we alleen al kijken naar de functie van dopamine dat soms te simpel 'het gelukshormoon' wordt genoemd, zien we dat dopamine afgescheiden wordt op hersenniveau bij het ontvangen van een beloning, na inspanning, beweging, sporten, seks, voedsel, luisteren naar plezierige muziek of bij het gebruik van bepaalde medicijnen, maar ook bij nicotine of drugs. Overactieve dopaminepaden kunnen iemand gevoelig maken voor verslavingen.

Bewegingen kunnen maken

De ziekte van Parkinson is gerelateerd aan het afsterven van zenuwcellen in de zwarte kernen, de substantia nigra. Daardoor ontstaat er een tekort aan dopamine. Dopamine zorgt ook mede dat het lichaam bewegingen kan maken. Ook andere ziektebeelden met storingen in het bewegingsapparaat zoals de ziekte van Huntington hebben te maken met verminderde afgifte van dopamine.

Gedragsproblemen en neuropsychiatrie
Bij verstoring van afgifte van dopamine kunnen ook allerlei mentale klachten voorkomen zoals concentratieverlies, nervositeit, depressie, lusteloosheid maar ook obsessief compulsief gedrag (OCD) en ADHD. Dopamine maakt je gemotiveerd.

Gebrek aan motivatie, slaaptekort, spijsverteringsproblemen, constipatie en veel meer klachten worden ook in verband gebracht met dopaminetekort.

Het tegenovergestelde is ook mogelijk: overactieve dopaminepaden kunnen leiden tot neuropsychiatrische aandoeningen, zoals schizofrenie.

Dit complexe signaalstofje heeft nog veel onontdekte functies.

Letsel in de rode kern

Als de rode kern beschadigd is kunnen deze klachten optreden:

• een intentietremor. Een intentietremor is het trillen van de ledematen tijdens een doelgerichte beweging. Het kan het gemakkelijkst worden waargenomen in de handen, bijvoorbeeld bij het grijpen van een voorwerp.
• verminderde spierspanning of zelfs verlamming aan de andere kant of helft van het lichaam (contralaterale zijde).
• specifieke bewegingen:
  • choreische beweging: onwillekeurige, plotselinge, snelle, onregelmatige bewegingen die kunnen optreden in de armen, benen, het gezicht, de romp en nek zowel in rust als bij bewegen.
  • athetotische bewegingen: langzame, ongecontroleerde, wormachtige bewegingen van de armen en benen.

Het syndroom van Parinaud

Het syndroom van Parinaud is een onvermogen om de ogen op en neer te bewegen.
Synoniemen: het dorsale middenhersensyndroom, Pretectaal syndroom, Sylvian-aquaductsyndroom of Koerber-Salus-Elschnig-syndroom.

Het syndroom van Parinaud is van oudsher opgedeeld in een drietal klachten: geconjugeerde upgaze-verlamming, convergentie-retractie-nystagmus en licht-bijna-dissociatie.

• Veranderingen in de pupil:

  • niet symmetrische pupilgrootte

  • pupil reageert niet op licht

• Verticale blikverlamming opwaarts. Wanneer iemand niet met beide ogen tegelijk naar boven of beneden kan kijken heet dat een verticale blikparese.

• Terugtrekken van de oogleden. Het bovenste ooglid kan de positie ten opzichte van de oogbol niet behouden (door de ogen naar beneden te bewegen).

• Oncontroleerbare, schokkerige oogbewegingen, soms convergentie-retractie-nystagmus genoemd / convergentie-intrekking nystagmus. Wanneer iemand probeert op te kijken, keren de ogen terug naar hun centrale positie en trekken de oogbollen zich terug. Convergentie = onmogelijkheid om met beide ogen naar de neus te kijken.

Oorzaken bij volwassenen: bloeding (30,0%), infarct (20,0%) tumor (15,0%) pijnappelkliertumoren (30,0%). Bij kinderen zijn de oorzaken vernauwing (stenose) in het aquaduct, en hersenvliesontsteking (meningitis). Bij ouderen vaker vasculaire aandoeningen zoals een beroerte /CVA en aneurysma in posterieur fossa.

Picture By English Wikipedia, originally: http://www.girlza.com/wiki/Brainstem, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1267014