Fig. 1.9. Sintesi delle vie di ingresso e di uscita alla regione locomotoria mesencefalica e formazione reticolare pontomedullare. CPGs, generatori di pattern centrali; GPi, globus pallidus internus; LRST, tratto reticolospinale laterale (midollare); MRST, tratto reticolospinale mediale (pontino); PM, corteccia premotoria; PPNc, regione caudale del nucleo pedunculopontinico; PPNr, regione rostrale del nucleo pedunculopontinico; SMA, area motoria supplementare; SRT, tratto spinoreticolare; STN, nucleo subtalamico.

La formazione reticolare midollare consiste di tre regioni principali: un gruppo nucleare reticolare paramediano, un gruppo centrale (nucleo reticularis ventralis e gigantocellularis) e un gruppo nucleare laterale (nuclei magnocellulari, parvicellulari). La formazione reticolare pontina comprende il nucleo reticularis pontis, pars oralis e pars caudalis. I neuroni con attività correlata alla locomozione, al controllo posturale anticipatorio e reattivo e al raggiungimento si trovano prevalentemente nelle regioni mediali della formazione reticolare pontomedullare, incluso il nucleo reticularis gigantocellularis, pontis caudalis, pontis oralis e magnocellularis (Drew et al., 1986; Matsuyama e Drew, 2000; Buford e Davidson, 2004; Schepens e Drew, 2004). Queste regioni contengono neuroni le cui proiezioni assonali discendenti formano i tratti reticulospinali laterali (midollari) e mediali (pontini) (vedi sotto).

La formazione reticolare pontomedullare mediale riceve input sia incrociati che non incrociati dalla corteccia, in particolare dalle regioni motorie della corteccia frontale, tra cui la corteccia motoria primaria, la corteccia premotoria e l’area motoria supplementare (Peterson et al., 1974; Jinnai, 1984; Lui e Wu, 1985; Canedo e Lamas, 1993; Kably e Drew, 1998). L’input corticale proviene da entrambi i collaterali degli assoni corticospinali discendenti e dalle proiezioni corticoreticolari dirette. Questa organizzazione fornisce un controllo di ordine superiore dell’attività reticolospinale e la capacità di accoppiare i comandi motori volontari (mediati dalla corticospinale) con appropriati aggiustamenti posturali (Fig. 1.1). Le regioni che ricevono input dalle regioni motorie della corteccia frontale hanno anche input convergenti da MLR, cervelletto, nuclei vestibolari e percorsi spinoreticolari.

L’uscita dagli otoliti e dai canali semicircolari viene trasmessa ai neuroni reticulospinali nelle zone dorsorostrali del nucleo reticularis gigantocellularis e della formazione reticolare pontina caudale tramite connessioni di – e polisinaptiche attraverso i nuclei vestibolari (Peterson, 1972; Peterson e Abzug, 1975; Peterson et al., 1980). Questo input serve a modulare l’output reticolospinale di concerto con i riflessi posturali dipendenti dalla gravità. Gli input cerebellari provengono prevalentemente da zone mediali e intermedie del cervelletto (nuclei fastigiali e interpositi), fornendo così un feedback cinematico correlato all’errore (Eccles et al., 1975; Matsuyama e Jankowska, 2004; Takahashi et al., 2014). Gli input spinoreticolari derivano da recettori propriocettivi e cutanei e terminano prevalentemente nelle regioni caudali del nucleo reticularis gigantocellularis (Parent, 1996). Il feedback afferente cutaneo ai neuroni reticolospinali midollari è particolarmente prominente durante la locomozione (Drew et al., 1996; Baker, 2011). La convergenza di questi input sulle regioni della formazione reticolare pontomedullare mediale che emettono al tratto reticolospinale fornisce l’organizzazione per modulare e adattare i comandi posturali in accordo con i cambiamenti nel feedback sensoriale e nei comandi motori volontari.

Il tratto reticolospinale, in congiunzione con il tratto vestibolospinale, comprende il sistema motorio discendente mediale (Lawrence e Kuypers, 1968). L’importanza di questi sistemi è esemplificato da esperimenti sui primati non umani, mostrando che lesioni bilaterali del laterale discendente percorsi motore (tratto corticospinale) ha comportato un immediato periodo di paralisi flaccida, ma questo è stato successivamente seguito da un marcato recupero del controllo posturale, la locomozione e il raggiungimento mentre cronica compromissione del controllo dei movimenti della mano rimasta (Lawrence e Kuypers, 1968).

Il tratto reticolospinale laterale (midollare) deriva prevalentemente dagli assoni dei neuroni nel nucleo reticularis gigantocellularis, mentre il tratto reticolospinale mediale (pontino) deriva dal nucleo reticularis pontis, pars oralis e pars caudalis (Carpenter, 1991). Gli assoni dei neuroni reticolospinali nella formazione reticolare pontina inizialmente scendono bilateralmente attraverso il campo tegmentale midollare, quindi continuano ipsilateralmente attraverso il funicolo ventrale del midollo spinale e comprendono il tratto reticolospinale mediale. Le proiezioni dalla formazione reticolospinale midollare scendono bilateralmente (sebbene predomini il tratto ipsilaterale) solo lateralmente al fascicolo longitudinale mediale, quindi entrano nel midollo spinale e si uniscono alle fibre pontine che compongono il tratto reticolospinale mediale o viaggiano attraverso il funicolo ventrolaterale nel tratto reticolospinale laterale (Carpenter, 1991). Un sottoinsieme di neuroni reticolospinali effettua connessioni monosinaptiche ai motoneuroni alfa e gamma nel corno ventrale (lamina IX), mentre la maggior parte termina sugli interneuroni premotori nella zona intermedia del midollo spinale (lamine VII e VIII). Gli input paralleli ai motoneuroni alfa e gamma forniscono al sistema reticolospinale i mezzi per modulare la sensibilità all’allungamento muscolare in conformità con i requisiti del compito.

La nostra comprensione dell’organizzazione topografica e funzionale della formazione reticolare pontomedullare mediale è stata in gran parte derivata da studi di stimolazione chimica o elettrica nei gatti (Grillner et al., 1968). Sono state descritte due zone che differiscono per quanto riguarda gli effetti della stimolazione sull’attività del motoneurone spinale. La stimolazione nella regione dorsorostrale del nucleo reticularis gigantocellularis e la formazione reticolare pontina caudale evoca prevalentemente potenziali postsinaptici eccitatori monosinaptici nei motoneuroni dei muscoli assiali e flessori ed estensori degli arti (le risposte erano più prevalenti nei muscoli prossimali) (Grillner et al., 1968; Jankowska et al., 1968; Riddle et al., 2009; Frigon, 2017). Al contrario, la stimolazione in più regioni ventrocaudali del nucleo reticularis gigantocellularis era più comunemente associata all’inibizione di – e multisinaptica dei motoneuroni spinali. Queste due zone sono state ipotizzate per svolgere un ruolo nel mantenimento della postura e della regolazione del tono muscolare durante i comportamenti svegli e il sonno (Takakusaki, 2017).

Il controllo del tono muscolare può essere esercitato da connessioni sinaptiche inibitorie o eccitatorie dirette e indirette a motoneuroni spinali, input a motoneuroni gamma che alterano la sensibilità dei mandrini muscolari all’allungamento (Carpenter, 1991) o inibizione presinaptica degli afferenti sensoriali primari (Takakusaki, 2017). I treni di stimolazione elettrica applicati a entrambe le zone della formazione reticolare pontomedullare mediale possono anche evocare modelli stereotipati di attivazione muscolare caratterizzati dall’accoppiamento della flessione dell’arto superiore con abduzione della spalla sul lato ipsilaterale in combinazione con l’estensione dell’arto controlaterale e l’adduzione della spalla (Davidson e Buford, 2004, 2006; Herbert et al., 2010). Allo stesso modo, la formazione reticolare pontomedullare mediale è considerata svolgere un ruolo nell’accoppiamento ipsilaterale di estensione e adduzione dell’anca, estensione del ginocchio e plantarflessione della caviglia e accoppiamento controlaterale di flessione e abduzione dell’anca, flessione del ginocchio e dorsiflessione della caviglia (Thelen et al., 2003; Sanchez et al., 2017). Si pensa che la sovraespressione di questi modelli contribuisca alle sinergie anormali degli arti superiori e inferiori che emergono in seguito alle lesioni delle vie corticofugali (ad esempio, ictus) (Brunnstrom, 1970).

La formazione reticolare pontomedullare è anche una struttura importante per la generazione della locomozione. I neuroni reticolospinali in entrambe le regioni dorsali e ventrali della formazione reticolare midollare mediale ricevono un ampio input dal MLR (regioni cuneiformi e rostrali del PPN). L’input glutammatergico dal MLR guida l’intensità e lo stato locomotore (Roseberry et al., 2016). La stimolazione elettrica della formazione reticolare midollare durante la locomozione del tapis roulant nel gatto evoca risposte caratterizzate dall’attivazione di flessori ed estensori che sono modulati con la fase del ciclo dell’andatura, l’accoppiamento dei flessori ipsilaterali e degli estensori controlaterali, o può ripristinare il ritmo locomotore (Frigon, 2017). Questi risultati dimostrano che la formazione reticolare midollare e il tratto reticolospinale laterale influenzano fortemente l’attività nei circuiti CPG spinali.

Le proiezioni discendenti del tratto reticolospinale condividono due caratteristiche con il tratto vestibulospinale laterale: (1) una grande percentuale di assoni hanno collaterali che innervano a più livelli del midollo spinale; e (2) terminano prevalentemente su interneuroni premotori nelle lamine VII e VIII di Rexed. A differenza degli ingressi vestibulospinali che facilitano principalmente l’estensore e sopprimono l’attività muscolare flessore, gli ingressi del tratto reticolospinale facilitano o sopprimono sia l’estensore che l’attività flessore in modo dipendente dal compito o dalla postura e spesso hanno effetti reciproci sul lato ipsilaterale e controlaterale. Questa differenza supporta ulteriormente l’idea che il sistema vestibulospinale sia specializzato per l’attività muscolare estensore per controllare il supporto verticale del supporto contro la gravità, mentre l’input reticolospinale contribuisce all’esecuzione di modelli muscolari complessi (sinergie) che forniscono un supporto posturale appropriato al compito in combinazione con il movimento previsto (Schepens e Drew, 2004).