Una delle caratteristiche esterne più evidenti del mesencefalo è la presenza di quattro protuberanze sulla sua superficie posteriore (il lato che si affaccia sul retro del cervello). Queste protuberanze sono indicative della presenza di quattro grandi gruppi di neuroni sottostanti; la coppia superiore di questi gruppi è conosciuta come i collicoli superiori e la coppia inferiore è conosciuta come i collicoli inferiori. Si pensa che i collicoli superiori siano coinvolti nel dirigere le risposte comportamentali verso gli stimoli dell’ambiente, mentre i collicoli inferiori sono meglio conosciuti per il loro ruolo nell’elaborazione uditiva.
La superficie anteriore del mesencefalo è segnata dalla presenza delle crura cerebri (plurale per crus cerebri), due grandi fasci di assoni che viaggiano lungo la base del mesencefalo mentre si estendono dal ponte agli emisferi cerebrali. Contengono fibre che fanno parte di importanti vie motorie come i tratti corticospinali e corticobulbari. I crura cerebri sono a volte chiamati peduncoli cerebrali, anche se questo termine è generalmente usato per riferirsi ad un’area più ampia che include i crura cerebri e gran parte del resto del mesencefalo.
Il mesencefalo è spesso diviso in tre regioni. A livello del mesencefalo, il quarto ventricolo si è ristretto per formare l’acquedotto cerebrale, un canale che collega il quarto ventricolo con il terzo ventricolo. La regione del mesencefalo posteriore all’acquedotto cerebrale è chiamata tectum, che significa “tetto” in latino. Il tectum consiste principalmente dei collicoli superiori e inferiori.
L’area del mesencefalo anteriore, o davanti, all’acquedotto cerebrale è chiamata tegmento. Il tegmento contiene una varietà di tratti ascendenti e discendenti che passano attraverso il mesencefalo, come il lemnisco mediale e i tratti anterolaterali. Le fibre dei peduncoli cerebellari superiori, la principale via efferente dal cervelletto, si decussano nel mesencefalo. Alcune di queste fibre proiettano a un nucleo del mesencefalo chiamato nucleo rosso, che si pensa abbia un ruolo importante nella coordinazione motoria.
Ci sono molti altri importanti nuclei e gruppi neuronali nel tegmento del mesencefalo. Per esempio, il tegmento del mesencefalo contiene nuclei per due nervi cranici: il nervo cranico III (nervo oculomotore) e il nervo cranico IV (nervo trocleare). Contiene anche neuroni che fanno parte dei nuclei del rafe – gruppi di neuroni produttori di serotonina che si trovano nel tronco encefalico e che inviano serotonina in tutto il sistema nervoso centrale. Inoltre, una delle più grandi collezioni di neuroni produttori di dopamina nel cervello, l’area tegmentale ventrale, si trova nel tegmento del mesencefalo.
La terza regione del mesencefalo è costituita da due strutture chiamate peduncoli di base. Essi coprono le porzioni anterolaterali (davanti e verso i lati) del tronco encefalico. I peduncoli di base includono i crura cerebri (discussi sopra) e la substantia nigrae, che – come l’area tegmentale ventrale – contengono grandi collezioni di neuroni produttori di dopamina.
Infine, l’area circostante l’acquedotto cerebrale è chiamata grigio periaqueduttale, o PAG. La PAG è stata a lungo riconosciuta per il suo ruolo nell’inibizione del dolore, anche se si pensa che sia anche coinvolta in molte altre funzioni che vanno dalle risposte emotive alla produzione di vocalizzazioni.