Een aantal structuren bevinden zich in het mesencephalon, waaronder het tectum, tegmentum, hersenbeen, substantia nigra, crus cerebri en hersenzenuwen (oculomotor en trochlear). De tectum bestaat uit afgeronde uitstulpingen, colliculi genaamd, die betrokken zijn bij zicht- en gehoorprocessen. De cerebrale steel is een bundel zenuwvezels die de voorhersenen en achterhersenen verbinden. De cerebrale steel omvat de tegementum (vormt de basis van de middenhersenen) en de crus cerebri (zenuwbanen die de cerebrum met de cerebellum). De zwarte kern heeft zenuwverbindingen met de frontale kwabben en andere hersengebieden die betrokken zijn bij de motorische functie. Cellen in de substantia nigra produceren ook dopamine, een chemische boodschapper die helpt bij het coördineren spier beweging.
Neurodegeneratie van zenuwcellen in de substantia nigra leidt tot een daling van de dopamineproductie. Significant verlies van dopamine niveaus (60-80%) kan leiden tot de ontwikkeling van de ziekte van Parkinson. De ziekte van Parkinson is een
zenuwstelsel stoornis die resulteert in verlies van motorische controle en coördinatie. Symptomen zijn onder meer trillingen, trage beweging, spierstijfheid en evenwichtsproblemen.