脑干从下到上依次是延髓、桥脑和中脑，延髓在枕大孔处与脊髓相连，中脑头端与间脑相连，也就是说，脑干是位于脊髓和间脑之间的脑组织。
延髓形似倒置的圆锥体，腹侧面正中两侧有隆起的锥体，锥体背外侧有卵圆形的隆起，称为橄榄，橄榄和锥体之间有舌下神经发出，橄榄的背侧自上向下依次排列着舌咽、迷走和副神经。
脑桥腹侧面宽阔膨隆，称为脑桥基底部，其下缘从内向外侧依次发出展神经、面神经及前庭蜗神经，基底部向后外逐渐变窄，移行为小脑中脚，两者的分界处发出三叉神经。脑桥和延髓的背侧与小脑相连，延髓、脑桥和小脑的交角处临床上称为脑桥小脑三角。面神经和前庭蜗神经恰位于此处。脑桥和延髓的背侧构成第四脑室的底部。
中脑腹侧有一对粗大的纵形隆起，称大脑脚，大脑脚之间的凹陷为脚间窝。动眼神经自大脑脚的内侧发出。中脑背侧面上、下各有两个圆形隆起，分别为上丘和下丘。
脑干内布满重要的神经核团和上下行的传导束，前者是神经冲动的中继站或调节结构，后者负责传导上下行的神经冲动。脑干内还有网状结构，它的一个很重要的功能就是维持睡眠－觉醒状态，对各种传入信息有很好的感知能力。脑干还是呼吸、循环、血压调节等生命中枢所在地。如果脑干受损，可以出现意识障碍、呼吸和循环紊乱，直接危及生命。
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