Struktur og funktion
Den retikulære formation består af en netlignende struktur af forskellige hjernestammenkerner og neuroner og dækker en ekspansiv del af hjernestammen, der begynder i mesencephalon, strækker sig kaudalt gennem medulla oblongata og rager ud i de overlegne cervikale rygmarvssegmenter. Den retikulære dannelse har ingen særskilte cytoarkitektoniske grænser og er spredt gennem hjernestammen som et netværk af sammenkoblede neuroner med mange fremspring rostralt til subkortikale og kortikale hjernestrukturer såvel som kaudalt til rygmarven. På trods af at der ikke er forskellige grænser, indeholder retikulær dannelse over 100 individuelle hjernestamkerner. Inden for denne enorme vifte af neuronale forbindelser er der beslægtede, men forskellige hjernestammekerner, såsom den røde kerne og nucleus reticularis tegmenti pontis, indlejret i retikulært netværk. På grund af det ekspansive netværk af kanaler og den sammenkoblede struktur fungerer retikulær dannelse som et integrations-, relæ- og koordinationscenter for mange vitale livsfunktioner og styrer mange af de beskyttende reflekser.
Selvom der ikke er nogen tydelig grænser for retikulær dannelse, er mange af dens funktioner blevet lokaliseret og korreleret med generelle områder af hjernestammen. Ved at opdele retikulær dannelse i forskellige områder baseret på deres orientering kaudalt, rostralt, medialt eller lateralt, kan visse områder korrelere med neuronale celletyper og forskellige funktioner opdaget gennem forskellige eksperimenter på dyremodeller såvel som menneskelige casestudier. Mange af neuronerne i retikulær dannelse er multimodale og reagerer på forskellige modaliteter af stimuli, så de kan integrere mange forskellige typer sanser og videresende dem til højere kortikale områder. Interneuroner, der udgør langt størstedelen af den neuronale befolkning i retikulær dannelse giver mulighed for denne enorme forbindelse. Hver neuron inden for retikulær dannelse skaber synapser med mange andre sekundære neuroner, hvilket får et eksponentielt antal forbindelser til at danne den netværkslignende struktur.
Den retikulære formation fungerer gennem sin store række projiceringer og netværk til koordinere mange refleksive og vitale funktioner. De vigtigste funktioner, som retikulær dannelse påvirker, er ophidselse, bevidsthed, døgnrytme, søvn-vågne cyklusser, koordinering af somatiske motoriske bevægelser, kardiovaskulær og respiratorisk kontrol, smertemodulation og tilvænning. Kardiovaskulær kontrol moduleres specifikt af det vasomotoriske center, der er til stede i medulla oblongata. De centrale områder, som forskningen har besluttet at spille en rolle i de autonome åndedrætsrytmer, ligger kaudalt i retikulær dannelse nær krydset mellem pons og medulla. Disse centre er også associeret med de kraniale nervemotoriske kerner i trigeminus-, ansigts-, glossopharyngeal-, vagus- og hypoglossale nerver for at koordinere den komplekse opgave med respiration.
Deling af retikulær formation i den mediale til laterale orientering
Den retikulære dannelse, der er til stede i pons og medulla, kan opdele sig i laterale og mediale tegmentale felter, der hver er forbundet med en anden neuronal population og funktion. Det laterale tegmentale felt i retikulær dannelse indeholder for det meste populationer af interneuroner, som er den største celletype til stede i hele retikulær dannelsen. Disse interneuroner i det laterale tegmentale felt påvirker mange af de kraniale nervemotoriske kerner (trigeminus-, ansigts-, vagal- og hypoglossal) samt danner fremspring til forskellige strukturer i det limbiske system. Også i det laterale tegmentale felt er premotoriske neuroner til stede, der projekterer via lang faldende axoner til rygmarvsmotorneuroner, som deltager i mange af de autonome funktioner, der er nødvendige for at overleve, såsom respiration, regulering af abdominalt tryk og funktion, mikturition og regulering af blodtryk. I modsætning hertil har det mediale tegmentale felt i retikulær dannelse funktionen at koordinere øjen- og hovedbevægelser og integrere disse bevægelser med andre somatosensoriske, vestibulære og proprioceptive stimuli gennem faldende aksonale kanaler.
Den retikulære formation kan også opdele i tre kolonner baseret på deres neuronale struktur og funktion. Disse tre søjler fra medial til lateral er raphe-kernerne, der er placeret i midterlinjen af retikulær dannelseskerne, de gigantocellulære retikulære kerner mere lateralt og de parvocellulære retikulære kerner, som omfatter det mest laterale aspekt af søjlesystemet. Raphe-kernerne danner en central ryg af retikulær dannelse og spiller en vigtig rolle i stemningsregulering og ophidselse gennem neurotransmission via serotonin og fremspring til de limbiske regioner.Den mediale søjle i de gigantocellulære retikulære kerner er sammensat af større neuroner og koordinerer motoriske bevægelser. Den mest laterale af søjlerne, der omfatter de parvocellulære kerner, indeholder mindre neuroner og er kendt for at regulere åndedrætsfunktionen, specifikt udånding. De laterale aspekter af retikulær dannelse er også tæt på forskellige kraniale nerver og arbejder på at modulere deres motoriske funktion.
Den stigende og faldende kanal i retikulær formation
Mange fremspring stammer fra retikulær dannelse og enten stige til subkortikale og kortikale regioner i hjernen eller ned til andre områder af hjernestammen og rygmarven, så retikulær dannelse kan spille en vigtig rolle som et integrations- og relæcenter. Den største stigende sti er kendt som det stigende retikulære aktiveringssystem og spiller en rolle i etableringen af årvågenhed, ophidselse, bevidsthed, søvn-vågne cykler og døgnrytme. Det stigende retikulære aktiveringssystem har en neuronal population bestående af hovedsagelig dopaminerge, noradrenerge, serotonerge, histaminerge, kolinerge og glutamaterge hjernekerner, som har fremspring til thalamus og cerebral cortex, primært de præfrontale cortex. Et stort reguleringssystem for det stigende retikulære aktiveringssystem er lateral hypothalamus. Denne region i hjernen indeholder orexin-neuroner, som er centrale neuroner i koordineringen af årvågenhed og søvn-vågne cyklusser. Skader på dette område af hjernestammen resulterer i reduktioner i niveauet af bevidsthed og progression til koma hos mange patienter. Hvis læsioner påvirker det stigende retikulære aktiveringssystem bilateralt på niveauet af midthjernen, kan døden resultere. Det stigende retikulære aktiveringssystem er også ansvarlig for fænomenet tilvænning. Denne proces giver hjernen mulighed for at ignorere stimuli, der er gentagne og meningsløse, og omdirigerer fokus til vigtigere og skiftende stimuli i miljøet.
Retikulospinale kanaler er de vigtigste faldende veje fra retikulær dannelse og handler på mange niveauer af rygmarven til at koordinere bevægelser og autonome funktioner. Retikulospinale kanaler rager mod rygmarvsmotorneuroner og hjælper med at modulere tone, balance, kropsholdning og koordinering af kropsbevægelser ved hjælp af andre sensoriske stimuli, såsom visuel, auditiv, vestibulær og proprioceptiv information. I det laterale system af den nedadgående reticulospinal kanal er kortikospinal og rubrospinal kanaler, som modulerer fin bevægelseskontrol. Det mediale system i de nedadgående retikulospinale kanaler er sammensat af retikulospinalvejen og vestibulospinalvejen, som er de største aktører i koordinering. Denne retikulospinale vej opdeles yderligere i den mediale pontin og de laterale medullære retikulospinale kanaler, der hver har en unik funktion. Den mediale pontine reticulospinal kanal styrer ekstensor muskulatur. Den laterale medullære retikulospinalvej fungerer til at hæmme excitatoriske aksiale ekstensormuskler samt kontrollere autonome vejrtrækningsfunktioner.
Disse faldende veje i retikulær dannelse spiller en vigtig rolle i opretholdelsen af en passende kropsholdning. Hvis der er skade på reticulospinal kanalen i pons eller medulla eller vestibulospinal kanalen, kan patienter opleve postural ustabilitet og ataksi. Skader, som forstyrrer den normale signalering af de vestibulære kerner i pons fra den røde kerne placeret i midthjernen, kan forårsage decerebrat stilling, hvilket får arme og ben til at strække sig og rotere internt som reaktion på smertefulde stimuli med hyperrefleksi og hypertoniske muskler. Skader på hjernestammen over den røde kerne kan forårsage decortikatposition, hvor armene forbliver bøjede mod kroppens kerne, og benene strækker sig som reaktion på smertefulde stimuli. Skader under vestibulære kerner i medulla kan føre til hypotoni, hyporefleksi, slapp lammelse af lemmer og krop, quadriplegia og tab af åndedrætsdriften. Dette fænomen kaldes spinal shock, og patienter oplever disse symptomer på grund af tabet af tonisk aktivitet fra både den laterale vestibulospinal og reticulospinal kanal, som normalt påvirker perifere motoriske neuroner. Der er også nogle områder af retikulær formation, hvis axoner splitter og sender signaler i både stigende og nedadgående kanaler. Disse områder er generelt placeret i den rostrale del af midthjernen og sender fremspring til hypothalamus, basalganglier og septalområder.
Deling af retikulær formation i rostral til kaudal orientering
En anden måde at opdele retikulær dannelse i vage funktionelle områder er i rostral til kaudal orientering. Funktionerne i den retikulære formation, der er mere modulerende i karakter, styres generelt af rostralsektionerne, mens de kaudale sektioner styrer de førmotoriske funktioner.Den rostrale og kaudale orientering af retikulær dannelse bestemmer også det relative bidrag af de mediale og laterale søjler. Når man undersøger de retikulære dannelsessøjler, der bevæger sig fra en rostral sektion mere kaudalt, bliver den mediale retikulære dannelsessøjle mindre fremtrædende, og den laterale søjle bliver mere fremtrædende. Dyrestudier, der undersøgte indvirkningen af læsioner på forskellige områder af retikulær dannelse viste, at rostral læsioner producerede hypersomni, og kaudale læsioner producerede søvnløshed i kattemodeller. Mange undersøgelser som disse har fundet sted, der viser modstridende adfærd i de forskellige regulatoriske funktioner i retikulær formation baseret på placeringen af læsionerne, hvilket viser dets fremtrædende rolle i modulering, integration og koordinering af forskellige systemer i hele kroppen.
Pain Modulation
En anden vigtig funktion af retikulær dannelse er i modulering af smerte stimuli. For at smerte fra periferien skal nå hjernebarken for at blive bevidst opmærksom, bevæger smertesignaler gennem det retikulære aktiveringssystem gennem en stigende kanal. Det retikulære aktiveringssystem projicerer også faldende veje, der spiller en rolle i den smertestillende smertevej, modulerer følelsen af smerte i periferien og blokerer transmission fra rygmarven til cortex. Den smertestillende smertevej fungerer gennem portkontrolmekanismen til stede i rygmarven, hvor presynaptisk inhibering af smertestimulering forekommer i zone II i substantia gelatinosa i rygmarven, før den kan overføres til en sekundær neuron og stige op til hjernebenet cortex via den spinothalamiske kanal. Tanken er, at nociceptive stimuli, der når retikulær dannelse, er ansvarlige for de mange adfærdsmæssige og defensive reaktioner på smerte. Bevis antyder også, at disse stigende smertesignaler, der når retikulær dannelse i medulla, også spiller en modulerende rolle i autonom funktion med stor indflydelse på kardiovaskulær kontrol såvel som motorisk kontrol som en del af flyvningen eller bekæmper sympatisk reaktion.
Forståelse af smerte og smertestillende veje, der moduleres af forskellige regioner i hjernebarken, hjernestammen og rygmarven, kan give afgørende indsigt i fænomenet neuropatisk smerte. Tanken er, at da retikulær dannelse og andre smertemodulerende regioner i hjernen har omfattende forbindelser til de limbiske og hukommelsescentre, kan kronisk central smerte fortsætte på trods af ophør af den skadelige perifere stimulus. Et andet vigtigt fænomen vedrører retikulære formationer “bidrag til smerte efter rygmarvsskader. På grund af den diffuse placering og det multisynaptiske netværk af retikulær dannelse ødelægges det sjældent fuldstændigt efter en rygmarvsskade, hvilket muliggør smerteveje til hjernebenet cortex fortsætter og bidrager til betydelig smerte og ubehag. Denne tilstand kan også føre til fejlagtig fortolkning af ikke-smertefulde fornemmelser under niveauet for rygmarvsskaden for at rejse gennem smerten, der fører stigende stier i retikulær dannelse, hvilket resulterer i fænomenet allodyni.
Okulære reaktioner
Retikulær dannelse spiller også en vigtig rolle i øjenblikket, koordinering af øjen saccades og bevægelse af hovedet. Den mesencephaliske retikulære formation koordinerer lodret blik, paramedianens pontine retikulære formation koordinerer vandret blik og th e medullær pontin retikulær dannelse koordinerer hovedbevægelser og blikhold. Disse regioner projicerer direkte til de ekstraokulære motorkerner og er vigtige for saccadiske øjenbevægelser. Disse centre har også forbindelser via de nedadgående retikulospinale neuroner for at koordinere kropsholdning og nakkebevægelser med øjenbevægelserne.