Fig. 1.9. Samenvatting van de input en output routes naar de mesencephalic locomotor region en pontomedullaire reticulaire vorming. CPGs, centrale patroongeneratoren; GPI, globus pallidus internus; LRST, laterale (medullaire) reticulospinale tractus; MRST, mediale (pontine) reticulospinale tractus; PM, premotorische cortex; PPNc, caudale regio van pedunculopontine nucleus; PPNr, rostrale regio van pedunculopontine nucleus; SMA, aanvullend motorisch gebied; SRT, spinoreticulaire tractus; STN, subthalamic nucleus.

de medullaire reticulaire vorming bestaat uit drie hoofdgebieden: een paramediaanse reticulaire kerngroep, een centrale groep (nucleus reticularis ventralis en gigantocellularis), en een laterale kerngroep (magnocellulaire, parvicellulaire kernen). De pontine reticulaire vorming omvat de nucleus reticularis pontis, pars oralis en pars caudalis. Neuronen met activiteit gerelateerd aan locomotie, anticiperende en reactieve posturale controle, en reaching bevinden zich voornamelijk in mediale gebieden van de pontomedullaire reticulaire vorming, waaronder de nucleus reticularis gigantocellularis, pontis caudalis, pontis oralis en magnocellularis (Drew et al., 1986; Matsuyama and Drew, 2000; Buford and Davidson, 2004; Schepens and Drew, 2004). Deze gebieden bevatten neuronen waarvan de afdalende axonale projecties de laterale (medullaire) en mediale (pontine) reticulospinale traktaten vormen (zie hieronder).

de mediale pontomedullaire reticulaire vorming ontvangt zowel gekruiste als niet-gekruiste input van de cortex, in het bijzonder van motorische gebieden van de frontale cortex, met inbegrip van de primaire motorische cortex, premotorische cortex, en supplementaire motorische gebied (Peterson et al., 1974; Jinnai, 1984; He and Wu, 1985; Canedo and Lama ‘ s, 1993; Kably and Drew, 1998). Corticale input komt van zowel collateralen van dalende corticospinale axonen als directe corticoreticulaire projecties. Deze organisatie zorgt voor hogere-orde controle van reticulospinale activiteit en het vermogen om vrijwillige motorische commando ‘ s (corticospinale-gemedieerde) te koppelen met de juiste posturale aanpassingen (Fig. 1.1). De gebieden die input van motorische gebieden van de frontale cortex ontvangen hebben ook convergente input van MLR, cerebellum, vestibular kernen, en spinoreticulaire wegen.

Output van de otolieten en halfronde kanalen wordt doorgestuurd naar reticulospinale neuronen in dorsorostrale zones van de nucleus reticularis gigantocellularis en caudale pontine reticulaire vorming via di – en polysynaptische verbindingen via de vestibulaire kernen (Peterson, 1972; Peterson and Abzug, 1975; Peterson et al., 1980). Deze input dient om de reticulospinale output te moduleren in overeenstemming met zwaartekrachtafhankelijke houdingsreflexen. Cerebellaire inputs komen voornamelijk uit mediale en intermediaire zones van het cerebellum( fastigiale en interposituskernen), waardoor foutgerelateerde kinematische feedback wordt gegeven (Eccles et al., 1975; Matsuyama and Jankowska, 2004; Takahashi et al., 2014). Spinoreticulaire inputs komen voort uit proprioceptieve en cutane receptoren en eindigen voornamelijk in caudale regio ‘ s van nucleus reticularis gigantocellularis (Parent, 1996). Cutane afferente feedback aan medullaire reticulospinale neuronen is bijzonder prominent tijdens de voortbeweging (Drew et al., 1996; Baker, 2011). Convergentie van deze inputs op regio ’s van de mediale pontomedullaire reticulaire vorming die output aan het reticulospinale kanaal biedt de organisatie om posturale commando’ s te moduleren en aan te passen in overeenstemming met veranderingen in sensorische feedback en vrijwillige motorische commando ‘ s.

het reticulospinale kanaal, samen met het vestibulospinale kanaal, bestaat uit het mediale afdalende motorsysteem (Lawrence and Kuypers, 1968). Het belang van deze systemen wordt geïllustreerd door experimenten met niet-menselijke primaten die aantonen dat bilaterale laesies van de laterale afdalende motorische routes (corticospinale tractus) resulteerde in een onmiddellijke periode van slappe verlamming, maar dit werd vervolgens gevolgd door een duidelijk herstel van houdingscontrole, voortbeweging en reaching, terwijl chronische verzwakking in de controle van handbewegingen bleef bestaan (Lawrence en Kuypers, 1968).

het laterale (medullaire) reticulospinale kanaal wordt voornamelijk afgeleid van de axonen van neuronen in de nucleus reticularis gigantocellularis, terwijl het mediale (pontine) reticulospinale kanaal ontstaat uit nucleus reticularis pontis, pars oralis en pars caudalis (Carpenter, 1991). Axonen van reticulospinale neuronen in de pontine reticulaire vorming dalen aanvankelijk bilateraal door het medullaire tegmentale veld, gaan dan ipsilateraal verder via de ventrale funiculus van het ruggenmerg en omvatten het mediale reticulospinale kanaal. Projecties van de medullaire reticulospinale vorming dalen bilateraal af (hoewel het ipsilaterale kanaal overheerst) net lateraal aan de mediale longitudinale fasciculus, gaan dan het ruggenmerg binnen en sluiten zich aan bij de pontinevezels die het mediale reticulospinale kanaal vormen of reizen via ventrolaterale funiculus in het laterale reticulospinale kanaal (Carpenter, 1991). Een deelgroep van reticulospinale neuronen maakt monosynaptische verbindingen met alfa-en gamma-motoneuronen in de ventrale Hoorn (lamina IX), terwijl de meerderheid eindigt op premotorische interneuronen in de tussenzone van het ruggenmerg (laminae VII en VIII). Parallelle ingangen naar alfa-en gamma-motoneurons bieden het reticulospinaal systeem de middelen om de gevoeligheid van de spierstretch te moduleren in overeenstemming met de taakvereisten.

ons begrip van de topografische en functionele organisatie van de mediale pontomedullarly reticulaire vorming is grotendeels afgeleid van chemische of elektrische stimulatie studies bij katten (Grillner et al., 1968). Er zijn twee zones beschreven die verschillen met betrekking tot de effecten van stimulatie op de activiteit van spinale motoneuron. Stimulatie in het dorsorostrale gebied van de nucleus reticularis gigantocellularis en caudale pontine reticulaire vorming roept voornamelijk monosynaptische excitatoire postsynaptische potentialen op in motoneurons van axiale en flexor-en extensorspieren van de ledematen (reacties kwamen het meest voor in proximale spieren) (Grillner et al., 1968; Jankowska et al., 1968; Riddle et al., 2009; Frigon, 2017). Daarentegen werd stimulatie in meer ventrocaudale regio ‘ s van de nucleus reticularis gigantocellularis het vaakst geassocieerd met DI – en multisynaptische remming van spinale motoneuronen. Deze twee zones zijn verondersteld een rol te spelen in het behoud van de houding en regulatie van de spiertonus tijdens zowel wakker gedrag als slaap (Takakusaki, 2017).

controle van de spiertonus kan worden uitgeoefend door directe en indirecte remmende of prikkelende synaptische verbindingen met spinale motoneuronen, input aan gamma-motoneuronen die de gevoeligheid van spierspindels voor stretch veranderen (Carpenter, 1991), of presynaptische remming van primaire sensorische afferenten (Takakusaki, 2017). Treinen van elektrische stimulatie toegepast op beide zone van de mediale pontomedullaire reticulaire vorming kunnen ook stereotiepe patronen van spieractivering oproepen die worden gekenmerkt door de koppeling van de flexie van de bovenste ledematen met schouderontvoering aan de ipsilaterale zijde in combinatie met contralaterale-ledemaatuitbreiding en schouderadductie (Davidson and Buford, 2004, 2006; Herbert et al., 2010). Op dezelfde manier wordt de mediale pontomedullaire reticulaire vorming beschouwd als een rol te spelen in de ipsilaterale koppeling van heupverlenging en adductie, knieverlenging en enkel plantarflexion, en contralaterale koppeling van heupflexion en abductie, knieflexion, en enkel dorsiflexion (Thelen et al., 2003; Sanchez et al., 2017). Overexpressie van deze patronen wordt verondersteld bij te dragen aan de abnormale bovenste en onderste ledematen synergieën die ontstaan na laesies van de corticofugale routes (b.v., beroerte) (Brunnstrom, 1970).

De pontomedullaire reticulaire vorming is ook een belangrijke structuur voor het genereren van locomotie. Reticulospinale neuronen in zowel dorsale als ventrale gebieden van de mediale medullaire reticulaire vorming ontvangen uitgebreide input van de MLR (spijkervormige en rostrale gebieden van de PPN). Glutamaterge input van de MLR drijft de bewegingsintensiteit en toestand (Roseberry et al., 2016). Elektrische stimulatie van de medullaire reticulaire vorming tijdens loopbandmotie bij de kat roept reacties op die worden gekarakteriseerd door activering van flexoren en extensoren die worden gemoduleerd met de fase van de loopcyclus, koppeling van de ipsilaterale flexoren en contralaterale extensoren, of kan het bewegingsritme resetten (Frigon, 2017). Deze bevindingen tonen aan dat de medullaire reticulaire vorming en laterale reticulospinale tractus de activiteit in spinale CPG circuits sterk beïnvloeden.

De dalende projecties van het reticulospinale kanaal hebben twee kenmerken met het laterale vestibulospinale kanaal: (1) een groot deel van de axonen hebben collateralen die innerveren op meerdere niveaus van het ruggenmerg; en (2) eindigen voornamelijk op premotorische interneuronen in de Rexed-laminae VII en VIII. In tegenstelling tot de vestibulospinale inputs die voornamelijk de extensor vergemakkelijken en de flexor spieractiviteit onderdrukken, vergemakkelijken of onderdrukken de reticulospinale tractusinputs zowel de extensor – als flexoractiviteit in een taak-of houding-afhankelijke manier en hebben vaak wederzijdse effecten op de ipsilaterale en contralaterale zijde. Dit verschil ondersteunt verder het idee dat het vestibulospinale systeem is gespecialiseerd voor de extensor spieractiviteit om verticale ondersteuning van ondersteuning tegen zwaartekracht te controleren, terwijl de reticulospinale input bijdraagt aan de uitvoering van complexe spierpatronen (synergieën) die taak-geschikte houdingsondersteuning bieden in combinatie met de beoogde beweging (Schepens and Drew, 2004).