Het eenzame karakter en de onbekende functie van de pijnappelklier droegen ertoe bij dat de Franse filosoof Renee Descartes de pijnappelklier de “zetel van de ziel” noemde en suggereerde dat het de plaats was waar de immateriële ziel communiceerde met het fysieke lichaam. Descartes’ ideeën over de pijnappelklier werden echter nooit algemeen aanvaard door zijn tijdgenoten, en vandaag de dag is de meest voorkomende functie van de pijnappelklier de afscheiding van het hormoon melatonine, dat betrokken is bij de regulatie van het circadiane ritme.
Er zijn geen neuronen die de pijnappelklier verlaten om signalen door te geven naar andere gebieden van de hersenen. In plaats daarvan is melatonine de belangrijkste output van de pijnappelklier – en de manier waarop het communiceert met de rest van het zenuwstelsel. De pijnappelklier bestaat voornamelijk uit secretiecellen, de zogenaamde pinealocyten, die melatonine afscheiden in een verschillend tempo gedurende onze 24-uurs cyclus. De hoogste melatonine-afgifte vindt midden in de nacht plaats; deze neemt af naarmate de dageraad nadert. Dit schema van de melatonine-afgifte is gebaseerd op informatie over de hoeveelheid licht in de omgeving die de pijnappelklier ontvangt van het netvlies. Het netvlies stuurt deze informatie naar een kern in de hypothalamus, de suprachiasmatische kern (SCN), en vandaar gaat het via een ingewikkeld pad naar de pijnappelklier.
Naast het sturen van informatie over omgevingslicht naar de pijnappelklier, regelt de SCN ook het circadiane ritme. De SCN heeft receptoren voor melatonine, en het gebruikt het melatonine signaal om informatie over het tijdstip van de dag te verkrijgen. Omdat de melatoninespiegel het hoogst is tijdens de uren dat het donker is, kan de SCN de melatonineactiviteit gebruiken als een teken dat ons circadiaans ritme zich in de nachtelijke fase moet bevinden. Op die manier kan de melatonine-afscheiding een belangrijke indicator zijn als iemands circadiane ritme niet synchroon loopt met de omgeving (bv. als er veel melatonine wordt afgescheiden maar de persoon nog klaarwakker is). Dit gebeurt bijvoorbeeld wanneer iemand zich moet aanpassen aan een nieuwe 24-uurs cyclus nadat hij in verschillende tijdzones heeft gevlogen. Exogeen toegediende melatonine is onderzocht als een manier om het aanpassingsproces aan een nieuwe slaap-waakcyclus te versnellen, en met enig succes.
Net zoals de melatonine-afscheiding informatie kan verschaffen over de tijd van de dag, kan de nachtelijke duur van de melatonine-afscheiding informatie verschaffen over het seizoen van het jaar. Omdat het in de winter langer donker is, is de duur van de melatonine-afscheiding ’s nachts in de winter iets langer dan in de zomer. Dit wordt gebruikt als een signaal bij dieren die als fotoperiodisch worden beschouwd, wat betekent dat zij biologische en gedragsveranderingen ondergaan als reactie op de wisseling van de seizoenen. Zo onderdrukken veel knaagdieren hun seksuele activiteit tijdens de wintermaanden; er is aangetoond dat verwijdering van de pijnappelklier bij knaagdieren deze onderdrukking verhindert. Dit suggereert dat de afscheiding van melatonine uit de pijnappelklier bij knaagdieren als een soort biologische kalender fungeert en zo helpt hun seizoensgebonden gedrag te reguleren. Het is niet duidelijk dat deze functie van melatonine van groot belang is voor de mens, die niet wordt beschouwd als fotoperiodiek. Maar omdat depressieve symptomen in de winter optreden bij mensen met een seizoensgebonden affectieve stoornis, wordt vermoed dat een abnormale melatonine secretie een rol speelt bij deze stoornis, wat suggereert dat het mogelijk is dat seizoensgebonden veranderingen in melatonine secretie ook het menselijk gedrag beïnvloeden.
Doordat melatonine nauw samenhangt met nacht- en circadiane ritmen, is onderzocht of het een rol speelt bij het bevorderen van slaap. Sommigen hebben de hypothese geopperd dat de afscheiding van melatonine de slaap bevordert door de activiteit in de SCN, die de waakzaamheid bevordert, te remmen. De werkelijke relatie tussen melatonine en slaap is echter onduidelijk. Bij nachtdieren is het melatoninegehalte ’s nachts nog steeds het hoogst, wat suggereert dat melatonine een rol speelt in het circadiane ritme en niet noodzakelijkerwijs de slaap reguleert. Veel studies hebben de effecten van het toedienen van melatonine op de slaap onderzocht, en hoewel er aanwijzingen zijn dat het effectief kan zijn bij de behandeling van milde slaapstoornissen, zijn de resultaten gemengd (zie bijvoorbeeld Ferracioli-Oda et al., 2013 en Buscemi et al., 2005).
De juiste niveaus van melatonine secretie zijn belangrijk voor de menselijke gezondheid, en het hormoon is betrokken bij een breed scala van processen die hier niet worden besproken. Misschien omdat de pijnappelklier zeer gespecialiseerd is en zich alleen richt op de afscheiding van melatonine, wordt het belang ervan soms over het hoofd gezien. Het belang van melatonine voor het in stand houden van het circadiane ritme, en de rol van de pijnappelklier bij de productie ervan, suggereren echter dat de pijnappelklier een essentiële structuur is voor de gezondheid van het centrale zenuwstelsel.