Der Nervus trochlearis beginnt am Nucleus trochlearis. Dieser befindet sich auf der Höhe des Colliculus inferior im vorderen Teil der grauen Substanz, die den zerebralen Aquädukt des Mittelhirns umgibt. Von hier aus zieht der Nerv nach hinten um den Aquädukt herum zur gegenüberliegenden Seite, wo er auf der Höhe des Velum medullare superior aus dem Mittelhirn austritt. Anschließend umrundet der Nerv die Seite des Hirnstamms - er hat den längsten Verlauf aller Hirnnerven - und tritt in die Fissura orbitalis superior ein.
In der Orbitalhöhle versorgt der Nervus trochlearis den Musculus obliquus superior.
Der Nucleus trochlearis erhält kortikalen Input, insbesondere von der okzipitalen Hirnrinde über den Colliculus superior, und Informationen vom dritten, sechsten und achten Hirnnerven über den Fasciculus longitudinalis medialis.
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