Structuur en functie
De reticulaire formatie bestaat uit een netachtige structuur van verschillende hersenstamkernen en neuronen en omvat een expansief deel van de hersenstam, beginnend in het mesencephalon, zich caudaal uitstrekkend door de medulla oblongata, en projecterend in de superieure cervicale segmenten van het ruggenmerg. De reticulaire formatie heeft geen duidelijke cytoarchitecturale grenzen en is verspreid over de hersenstam als een netwerk van onderling verbonden neuronen met veel projecties rostraal naar subcorticale en corticale hersenstructuren en caudaal naar het ruggenmerg. Ondanks dat het niet-duidelijke grenzen heeft, bevat de reticulaire formatie meer dan 100 individuele hersenstamkernen. Binnen deze enorme reeks neuronale verbindingen zijn er verwante maar verschillende hersenstamkernen, zoals de rode kern en de nucleus reticularis tegmenti pontis, ingebed in het reticulaire netwerk. Vanwege het uitgebreide netwerk van kanalen en de onderling verbonden structuur, functioneert de reticulaire formatie als een integratie-, relais- en coördinatiecentrum voor veel vitale levensfuncties en controleert het veel van de beschermende reflexen.
Hoewel er geen duidelijke grenzen van de reticulaire formatie, zijn veel van zijn functies gelokaliseerd en gecorreleerd met algemene delen van de hersenstam. Door de reticulaire formatie te verdelen in verschillende gebieden op basis van hun oriëntatie caudaal, rostraal, mediaal of lateraal, kunnen bepaalde gebieden correleren met neuronale celtypen en verschillende functies die zijn ontdekt door middel van verschillende experimenten op diermodellen en op menselijke casestudies. Veel van de neuronen in de reticulaire formatie zijn multimodaal en reageren op verschillende modaliteiten van stimuli, waardoor ze veel verschillende soorten zintuigen kunnen integreren en doorgeven aan hogere corticale gebieden. Interneuronen die de overgrote meerderheid van de neuronale populatie in de reticulaire formatie vormen, maken deze enorme connectiviteit mogelijk. Elk neuron in de reticulaire formatie maakt synapsen met vele andere secundaire neuronen, waardoor een exponentieel aantal verbindingen de netwerkachtige structuur vormt.
De reticulaire formatie functioneert door zijn uitgebreide reeks projecties en netwerken om coördineren veel reflexieve en vitale functies. De belangrijkste functies die de reticulaire formatie beïnvloedt, zijn opwinding, bewustzijn, circadiane ritme, slaap-waakcycli, coördinatie van somatische motorische bewegingen, cardiovasculaire en respiratoire controle, pijnmodulatie en gewenning. Cardiovasculaire controle wordt in het bijzonder gemoduleerd door het vasomotorische centrum dat aanwezig is in de medulla oblongata. De centrale gebieden, waarvan onderzoek heeft vastgesteld dat ze een rol spelen in het autonome ademhalingsritme, bevinden zich caudaal in de reticulaire formatie nabij de kruising van de pons en het medulla. Deze centra worden ook geassocieerd met de motorische kernen van de hersenzenuw van de trigeminale, faciale, glossofaryngeale, vagus- en hypoglossale zenuwen om de complexe taak van de ademhaling te coördineren.
Het verdelen van de reticulaire formatie in de mediale naar laterale oriëntatie
De reticulaire formatie die aanwezig is in de pons en medulla kan zich verdelen in laterale en mediale tegmentale velden, elk geassocieerd met een andere neuronale populatie en functie. Het laterale tegmentale veld van de reticulaire formatie bevat voornamelijk populaties van interneuronen, het belangrijkste celtype dat aanwezig is in de gehele reticulaire formatie. Deze interneuronen in het laterale tegmentale veld beïnvloeden veel van de motorische kernen van de hersenzenuw (trigeminus, aangezicht, vagaal en hypoglossaal), en vormen ook projecties op verschillende structuren van het limbisch systeem. Ook in het laterale tegmentale veld zijn premotorische neuronen aanwezig die via lange afdalende axonen naar motorneuronen van het ruggenmerg projecteren, die deelnemen aan veel van de autonome functies die nodig zijn om te overleven, zoals ademhaling, regulering van buikdruk en functie, mictie en regulering van de bloeddruk. Daarentegen heeft het mediale tegmentale veld van de reticulaire formatie de functie van het coördineren van oog- en hoofdbewegingen en het integreren van deze bewegingen met andere somatosensorische, vestibulaire en proprioceptieve stimuli via dalende axonale kanalen.
De reticulaire formatie kan ook verdelen in drie kolommen op basis van hun neuronale structuur en functie. Deze drie kolommen van mediaal naar lateraal zijn de raphe-kernen, gelegen in de middellijn van de reticulaire formatiekern, de gigantocellulaire reticulaire kernen meer lateraal, en de parvocellulaire reticulaire kernen, die het meest laterale aspect van het kolomsysteem omvatten. De raphe-kernen vormen een centrale rand van de reticulaire formatie en spelen een belangrijke rol bij stemmingsregulatie en opwinding door neurotransmissie via serotonine en projecties naar de limbische gebieden.De mediale kolom van de gigantocellulaire reticulaire kernen is samengesteld uit grotere neuronen en coördineert motorische bewegingen. De meest laterale kolom die de parvocellulaire kernen omvat, bevat kleinere neuronen en het is bekend dat ze de ademhalingsfunctie reguleren, met name de uitademing. De laterale aspecten van de reticulaire formatie liggen ook dicht bij verschillende hersenzenuwen en werken om hun motorische functie te moduleren.
De stijgende en dalende trajecten van de reticulaire formatie
Veel projecties komen voort uit de reticulaire formatie en ofwel opstijgen naar subcorticale en corticale gebieden van de hersenen of afdalen naar andere gebieden van de hersenstam en het ruggenmerg, waardoor de reticulaire formatie een belangrijke rol kan spelen als een integratie- en relaiscentrum. Het belangrijkste oplopende pad staat bekend als het oplopende reticulaire activeringssysteem en speelt een rol bij het tot stand brengen van alertheid, opwinding, bewustzijn, slaap-waakcycli en circadiaans ritme. Het opgaande reticulaire activeringssysteem heeft een neuronale populatie die voornamelijk bestaat uit dopaminerge, noradrenerge, serotonerge, histaminerge, cholinerge en glutamaterge hersenkernen, die projecties hebben naar de thalamus en de cerebrale cortex, voornamelijk de prefrontale cortex. Een belangrijk regulatiesysteem van het opgaande reticulaire activeringssysteem is de laterale hypothalamus. Dit gebied van de hersenen bevat orexine-neuronen, die sleutelneuronen zijn bij de coördinatie van alertheid en slaap-waakcycli. Schade aan dit gebied van de hersenstam leidt bij veel patiënten tot een vermindering van het bewustzijnsniveau en tot coma. Als laesies het opgaande reticulaire activeringssysteem bilateraal op het niveau van de middenhersenen beïnvloeden, kan de dood het gevolg zijn. Het opgaande reticulaire activeringssysteem is ook verantwoordelijk voor het fenomeen van gewenning. Door dit proces kunnen de hersenen stimuli negeren die repetitief en zinloos zijn en wordt de aandacht afgeleid naar belangrijkere en veranderende stimuli in de omgeving.
De reticulospinale kanalen zijn de belangrijkste afdalende routes van de reticulaire formatie en werken op vele niveaus van het ruggenmerg om bewegingen en autonome functies te coördineren. De reticulospinale kanalen projecteren naar motorneuronen van het ruggenmerg en helpen bij het moduleren van toon, balans, houding en coördinatie van lichaamsbewegingen met behulp van andere sensorische stimuli, zoals visuele, auditieve, vestibulaire en proprioceptieve informatie. In het laterale systeem van het dalende reticulospinale kanaal bevinden zich de corticospinale en rubrospinale kanalen, die de fijne bewegingscontrole moduleren. Het mediale systeem van de neergaande reticulospinale kanalen is samengesteld uit de reticulospinale route en de vestibulospinale route, belangrijke spelers in de coördinatiehouding. Dit reticulospinale pad verdeelt zich verder in het mediale pontine en het laterale medullaire reticulospinale kanaal, elk met een unieke functie. Het mediale pontine reticulospinale kanaal regelt de extensorspieren. Het laterale medullaire reticulospinale kanaal remt exciterende axiale strekspieren en controleert zowel de autonome functies van de ademhaling.
Deze dalende banen van de reticulaire formatie spelen een belangrijke rol bij het handhaven van een juiste houding. Als er schade is aan het reticulospinale kanaal in de pons of medulla of het vestibulospinale kanaal, kunnen patiënten posturale instabiliteit en ataxie ervaren. Schade, die de normale signalering van de vestibulaire kernen in de pons van de rode kern in de middenhersenen verstoort, kan een decerebrale houding veroorzaken, waardoor de armen en benen zich uitstrekken en intern roteren als reactie op pijnlijke stimuli, met hyperreflexie en hypertone spieren. Schade aan de hersenstam boven de rode kern kan een decorticaathouding veroorzaken, waarbij de armen naar de kern van het lichaam gebogen blijven en de benen zich uitstrekken als reactie op pijnlijke prikkels. Schade onder de vestibulaire kernen in de medulla kan leiden tot hypotonie, hyporeflexie, slappe verlamming van de ledematen en het lichaam, quadriplegie en verlies van de ademhalingsdrang. Dit fenomeen wordt spinale shock genoemd en patiënten ervaren deze symptomen vanwege het verlies van tonische activiteit van zowel de laterale vestibulospinale als de reticulospinale tractus, die normaal gesproken de perifere motorische neuronen beïnvloeden. Er zijn ook enkele gebieden van de reticulaire formatie waarvan de axonen zich splitsen en signalen verzenden in zowel de stijgende als de dalende kanalen. Deze gebieden bevinden zich over het algemeen in het rostrale deel van de middenhersenen en sturen projecties naar de hypothalamus, basale ganglia en septumgebieden.
De reticulaire formatie verdelen in de oriëntatie tussen rostraal en staartvlak
Een andere manier om de reticulaire formatie in vage functionele gebieden te verdelen, is in de rostrale tot caudale oriëntatie. De functies van de reticulaire formatie die meer modulerend van aard zijn, worden over het algemeen bestuurd door de rostrale secties, terwijl de caudale secties de premotorische functies regelen.De rostrale en caudale oriëntatie van de reticulaire formatie bepaalt ook de relatieve bijdrage van de mediale en laterale kolommen. Als men de reticulaire formatiekolommen onderzoekt die zich meer caudaal van een rostrale sectie verplaatsen, wordt de mediale reticulaire formatiekolom minder prominent en wordt de laterale kolom prominenter. Dierstudies die de impact van laesies op verschillende gebieden van de reticulaire formatie onderzochten, toonden aan dat rostrale laesies hypersomnie veroorzaakten en caudale laesies slapeloosheid veroorzaakten in kattenmodellen. Er hebben veel studies zoals deze plaatsgevonden die tegenstrijdig gedrag aantonen in de verschillende regulerende functies van de reticulaire formatie op basis van de locatie van de laesies, wat de prominente rol ervan bij modulatie, integratie en coördinatie van verschillende systemen door het hele lichaam aantoont.
Pijnmodulatie
Een andere belangrijke functie van de reticulaire formatie is het moduleren van pijnprikkels. Om pijn vanuit de periferie om de hersenschors te bereiken onder bewuste aandacht te brengen, reizen pijnsignalen door het reticulaire activeringssysteem door een stijgend kanaal. Het reticulaire activeringssysteem projecteert ook dalende paden die een rol spelen in het pijnstillende pad, waardoor het pijngevoel in de periferie wordt gemoduleerd en de transmissie van het ruggenmerg naar de cortex wordt geblokkeerd. Het analgetische pijnpad werkt via het poortcontrolemechanisme dat aanwezig is in het ruggenmerg, waarbij presynaptische remming van pijnstimulatie plaatsvindt in zone II van de substantia gelatinosa van het ruggenmerg voordat het kan worden overgedragen op een secundair neuron en opstijgt naar het cerebrale zenuwstelsel. cortex via het spinothalamische kanaal. De gedachte is dat nociceptieve stimuli die de reticulaire formatie bereiken, verantwoordelijk zijn voor de vele gedrags- en verdedigingsreacties op pijn. Er zijn ook aanwijzingen dat deze stijgende pijnsignalen die de reticulaire formatie in de medulla bereiken, ook een modulerende rol spelen bij de autonome functie met een grote impact op cardiovasculaire controle en motorische controle als onderdeel van de vlucht of om sympathische reactie te bestrijden.
Inzicht in de pijn en analgetische routes die worden gemoduleerd door verschillende regios van de hersenschors, hersenstam en ruggenmerg, kan cruciale inzichten opleveren in het fenomeen van neuropathische pijn. De gedachte is dat aangezien de reticulaire formatie en andere pijnmodulerende gebieden van de hersenen uitgebreide verbindingen hebben met de limbische en geheugencentra, chronische centrale pijn kan aanhouden ondanks het stoppen van de schadelijke perifere stimulus. Een ander belangrijk fenomeen heeft betrekking op de bijdrage van de reticulaire formaties aan de pijn na ruggenmergletsel. Vanwege de diffuse locatie en het multi-synaptische netwerk van de reticulaire formatie wordt het zelden volledig vernietigd na een ruggenmergletsel, waardoor pijnroutes naar het cerebrale cortex om aan te houden en bij te dragen aan substantiële pijn en ongemak. Deze aandoening kan ook leiden tot de verkeerde interpretatie van niet-pijnlijke gewaarwordingen onder het niveau van het ruggenmergletsel om door de pijn te reizen die oplopende paden van de reticulaire formatie leidt, wat resulteert in het fenomeen van allodynie.
Oculaire reacties
De reticulaire formatie speelt ook een vitale rol bij het kijken naar het oog, de coördinatie van oogzakjes en de beweging van het hoofd. Verschillende delen van de reticulaire formatie zijn verantwoordelijk voor verschillende oculaire functies. De mesencefale reticulaire formatie coördineert de verticale blik, de paramedische pontine reticulaire formatie coördineert de horizontale blik, en de De medullaire pontine reticulaire formatie coördineert de bewegingen van het hoofd en het vasthouden van de blik. Deze regios projecteren rechtstreeks naar de extraoculaire motorische kernen en zijn essentieel voor saccadische oogbewegingen. Deze centra hebben ook verbindingen via de neergaande reticulospinale neuronen om de houding en nekbewegingen te coördineren met de oogbewegingen.