Neuronale Entwicklung
In der zweiten Woche des pränatalen Lebens flacht sich die schnell wachsende Blastozyste (das Zellbündel, in das sich eine befruchtete Eizelle teilt) zur so genannten Embryonalscheibe ab. Die embryonale Scheibe besteht bald aus drei Schichten: dem Ektoderm (äußere Schicht), dem Mesoderm (mittlere Schicht) und dem Endoderm (innere Schicht). Innerhalb des Mesoderms wächst das Notochord, ein axialer Stab, der als vorübergehendes Rückgrat dient. Sowohl das Mesoderm als auch das Notochord setzen einen chemischen Stoff frei, der die benachbarten undifferenzierten Ektodermzellen anweist und veranlasst, sich entlang der späteren dorsalen Mittellinie des Körpers zu verdicken und die Neuralplatte zu bilden. Die Neuralplatte besteht aus neuralen Vorläuferzellen, den so genannten Neuroepithelzellen, die sich zum Neuralrohr entwickeln (siehe unten Morphologische Entwicklung). Die Neuroepithelzellen beginnen sich dann zu teilen und zu diversifizieren und lassen unreife Neuronen und Neuroglia entstehen, die ihrerseits aus dem Neuralrohr an ihren endgültigen Standort wandern. Jedes Neuron bildet Dendriten und ein Axon; die Axone verlängern sich und bilden Verzweigungen, deren Enden synaptische Verbindungen mit ausgewählten Zielneuronen oder Muskelfasern herstellen.
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Die bemerkenswerten Ereignisse dieser frühen Entwicklung umfassen eine geordnete Wanderung von Milliarden von Neuronen, das Wachstum ihrer Axone (von denen sich viele weit über das Gehirn erstrecken) und die Bildung von Tausenden von Synapsen zwischen einzelnen Axonen und ihren Zielneuronen. Die Wanderung und das Wachstum von Neuronen sind zumindest teilweise von chemischen und physikalischen Einflüssen abhängig. Die wachsenden Axonspitzen (Wachstumszapfen genannt) erkennen und reagieren offenbar auf verschiedene molekulare Signale, die Axone und Nervenverzweigungen zu ihren geeigneten Zielen leiten und diejenigen eliminieren, die versuchen, mit ungeeigneten Zielen zu synaptieren. Sobald eine synaptische Verbindung hergestellt ist, setzt eine Zielzelle einen trophischen Faktor (z. B. Nervenwachstumsfaktor) frei, der für das Überleben des Neurons, das mit ihr synaptiert, unerlässlich ist. Physikalische Orientierungshilfen sind an der Kontaktführung oder der Wanderung unreifer Neuronen entlang eines Gerüsts aus Gliafasern beteiligt.
In einigen Regionen des sich entwickelnden Nervensystems sind synaptische Kontakte anfangs nicht präzise oder stabil und werden später von einer geordneten Reorganisation gefolgt, einschließlich der Eliminierung vieler Zellen und Synapsen. Die Instabilität einiger synaptischer Verbindungen bleibt bis zum Erreichen einer so genannten kritischen Periode bestehen, vor der Umwelteinflüsse eine wichtige Rolle bei der richtigen Differenzierung von Neuronen und bei der Feinabstimmung vieler synaptischer Verbindungen spielen. Nach der kritischen Periode werden die synaptischen Verbindungen stabil und können durch Umwelteinflüsse nicht mehr verändert werden. Dies deutet darauf hin, dass bestimmte Fähigkeiten und sensorische Aktivitäten während der Entwicklung (einschließlich des postnatalen Lebens) beeinflusst werden können, und bei einigen intellektuellen Fähigkeiten bleibt diese Anpassungsfähigkeit vermutlich bis ins Erwachsenenalter und das späte Leben bestehen.