การสร้างระบบประสาทเป็นหนึ่งในกระบวนการที่ซับซ้อนที่สุดในวิทยาเอ็มบริโอการพัฒนาของระบบประสาทหรือการพัฒนาของระบบประสาท ( neurodevelopment ) หมายถึงกระบวนการที่สร้าง รูปร่าง และปรับเปลี่ยนระบบประสาทของสัตว์ ตั้งแต่ระยะแรกของการพัฒนาของตัวอ่อนไปจนถึงวัยผู้ใหญ่ ในสัตว์มีกระดูกสันหลัง เริ่มต้นด้วยการสร้างท่อประสาทจากชั้นนอกสุด (ectoderm) ผ่านกระบวนการสร้างท่อประสาท (neurulation) จากนั้นท่อนี้จะแตกต่างไปเป็นสมองและไขสันหลังผ่านการแบ่งส่วนและการสร้างแบบแผนโดยการไล่ระดับของมอร์โฟเจน ขั้นตอนต่อมา ได้แก่ การสร้างเซลล์ประสาท (neurogenesis) การอพยพของเซลล์ประสาท การนำทางของแอกซอน การสร้างไซแนปส์ และการปรับแต่งอย่างละเอียดที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมเพื่อสร้างวงจรประสาทที่ทำงานได้สาขาการพัฒนาของระบบประสาทนี้อาศัยทั้งประสาทวิทยาศาสตร์และชีววิทยาการพัฒนาเพื่ออธิบายและให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับกลไกในระดับเซลล์และโมเลกุลที่ระบบประสาทที่ซับซ้อนพัฒนาขึ้น ตั้งแต่หนอนตัวกลมและแมลงวันผลไม้ไป จนถึงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

ความก้าวหน้าล่าสุดในด้านจีโนมิกส์และเทคโนโลยีการถ่ายภาพ เช่น การจัดลำดับเซลล์เดี่ยวและกล้องจุลทรรศน์เซลล์มีชีวิต ได้ปรับปรุงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการพัฒนาของระบบประสาทในระดับโมเลกุลและเซลล์เทคนิคต่างๆ เช่น การจัดลำดับ RNA ของเซลล์เดี่ยว ช่วยให้นักวิจัยสามารถวิเคราะห์การแสดงออกของยีนในเซลล์ต้นกำเนิดประสาทและเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์ ซึ่งเผยให้เห็นความหลากหลายของเซลล์ที่ไม่เคยรู้จักมาก่อนในระหว่างการพัฒนา ความบกพร่องในการพัฒนาของระบบประสาทอาจนำไปสู่ความผิดปกติ เช่น ภาวะสมองส่วนหน้า ไม่สมบูรณ์ และ ความผิดปกติทางระบบประสาทต่างๆ มากมายรวมถึง อัมพาต และอ่อนแรงของแขนขาความผิดปกติของการทรงตัวและการมองเห็น และอาการชัก^{[ 1 ]}และในมนุษย์ ยังรวม ^ถึงความผิดปกติอื่นๆ เช่นกลุ่มอาการเร็ตต์กลุ่มอาการดาวน์และความบกพร่องทางสติปัญญา^{[ 2} ]

ระบบประสาทส่วนกลาง (CNS) ของสัตว์มีกระดูกสันหลัง มีต้นกำเนิดมาจาก เอกโตเดิร์ม ซึ่ง เป็นชั้นเนื้อเยื่อต้นกำเนิดชั้นนอกสุดของตัวอ่อน ส่วนหนึ่งของเอกโตเดิร์มด้านหลังจะกลายเป็นเอกโตเดิร์มประสาท หรือนิวโรเอกโตเดิร์มซึ่งก่อตัวเป็นแผ่นประสาทตามด้านหลังของตัวอ่อน^{[ 3 ] [ 4 ]}ในมนุษย์ การปิดท่อประสาทมักจะเสร็จสมบูรณ์ภายในสิ้นสัปดาห์ที่สี่ของการตั้งครรภ์ ความล้มเหลวในการปิดอาจส่งผลให้เกิดความผิดปกติของท่อประสาท เช่น สไปนาบิฟิดาหรืออะเนนเซฟาลี นี่เป็นส่วนหนึ่งของการสร้างแบบแผนในระยะแรกของตัวอ่อน (รวมถึงตัวอ่อนของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง) ซึ่งยังสร้างแกนหน้า-หลังอีกด้วย^{[ 5 ] [ 6 ]}แผ่นประสาทเป็นแหล่งกำเนิดของเซลล์ประสาทและเซลล์เกลียส่วนใหญ่ของ CNS ร่องประสาทก่อตัวขึ้นตามแกนยาวของแผ่นประสาท และแผ่นประสาทจะพับตัวเพื่อสร้างท่อประสาท^{[ 7 ]}กระบวนการนี้เรียกว่าการสร้างท่อ ประสาท ^{[ 8 ]}เมื่อท่อปิดสนิทที่ปลายทั้งสองข้างก็จะเต็มไปด้วยน้ำไขสันหลังของตัวอ่อน^{[ 9 ]}เมื่อตัวอ่อนพัฒนาขึ้น ส่วนหน้าของท่อประสาทจะขยายตัวและก่อตัวเป็นถุงสมองหลัก สามถุง ซึ่งจะกลายเป็นสมองส่วนหน้า ( prosencephalon ) สมองส่วนกลาง ( mesencephalon ) และสมองส่วนหลัง ( rhombencephalon ) ถุงน้ำในระยะเริ่มต้นที่เรียบง่ายเหล่านี้จะขยายใหญ่ขึ้นและแบ่งตัวต่อไปเป็นเทเลนเซฟาลอน ( เปลือกสมองและฐานสมองในอนาคต) ไดเอน เซฟาลอน ( ทาลามัสและ ไฮโปทาลา มัสในอนาคต) เมเซนเซฟาลอน (คอ ล ลิคูลีในอนาคต) เมเทนเซฟาลอน ( พอ นส์และซีรีเบลลัม ในอนาคต) และไมเอลเอนเซฟาลอน ( เมดุลลา ในอนาคต ) ^{[ 10 ]} ช่องกลางที่เต็มไปด้วย CSF จะต่อเนื่องจากเทเลนเซฟาลอนไปยังช่องกลางของไขสันหลังและประกอบเป็นระบบโพรงสมอง ที่กำลังพัฒนา ของ CNS ของเหลวในไขสันหลังของ ตัวอ่อนแตกต่างจากที่เกิดขึ้นในระยะพัฒนาการในภายหลัง และจาก CSF ของผู้ใหญ่ มีอิทธิพลต่อพฤติกรรมของเซลล์ต้นกำเนิดประสาท^{[ 9 ]}เนื่องจากท่อประสาทก่อให้เกิดสมองและไขสันหลัง การกลายพันธุ์ใดๆ ในระยะพัฒนาการนี้อาจนำไปสู่ความพิการร้ายแรง เช่นภาวะไม่มีสมองหรือความพิการตลอดชีวิต เช่นภาวะกระดูกสันหลังเปิด ในช่วงเวลานี้ ผนังของท่อประสาทมีเซลล์ต้นกำเนิดประสาทซึ่งขับเคลื่อนการเจริญเติบโตของสมองโดยการแบ่งตัวหลายครั้ง เซลล์บางส่วนจะหยุดการแบ่งตัวและแตกต่างไปเป็นเซลล์ประสาทและเซลล์เกลียซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของเซลล์ในระบบประสาทส่วนกลาง^{[ 4 ]}เซลล์ประสาทที่สร้างขึ้นใหม่จะอพยพไปยังส่วนต่างๆ ของสมองที่กำลังพัฒนาเพื่อจัดระเบียบตัวเองเป็นโครงสร้างสมองต่างๆ เมื่อเซลล์ประสาทไปถึงตำแหน่งในภูมิภาคแล้ว พวกมันจะยื่นแอกซอนและเดนไดรต์ซึ่งช่วยให้พวกมันสื่อสารกับเซลล์ประสาทอื่นๆ ผ่านทางไซแนปส์ การสื่อสารผ่านไซแนปส์ระหว่างเซลล์ประสาทนำไปสู่การสร้างวงจรประสาทที่ทำหน้าที่ประมวลผลทางประสาทสัมผัสและการเคลื่อนไหว และเป็นพื้นฐานของพฤติกรรม^{[ 11 ]}

ในระหว่าง การพัฒนาตัวอ่อนระยะแรกของสัตว์มีกระดูกสันหลัง เอกโตเดิร์มส่วนหลังจะถูกกำหนดให้พัฒนาไปเป็นผิวหนังและระบบประสาท ส่วนหนึ่งของเอกโตเดิร์มส่วนหลังจะถูกกำหนดให้เป็นเอกโตเดิร์มประสาทเพื่อสร้างแผ่นประสาทซึ่งจะพัฒนาไปเป็นระบบประสาท^{[ 3 ] [ 12 ]}การเปลี่ยนเอกโตเดิร์มที่ยังไม่แตกต่างไปเป็นเอกโตเดิร์มประสาทต้องอาศัยสัญญาณจากเมโซเดิร์มในช่วงเริ่มต้นของการเกิดแกสตรูเลชัน เซลล์เมโซเดิร์มที่คาดว่าจะเกิดขึ้นจะเคลื่อนผ่านริมฝีปากบลาสโตพอร์ส่วนหลังและสร้างชั้นของเมโซเดิร์มระหว่างเอนโดเดิร์มและเอกโตเดิร์ม เซลล์เมโซเดิร์มจะเคลื่อนที่ไปตามแนวกลางส่วนหลังเพื่อพัฒนา ไปเป็น โนโตคอร์ดซึ่งจะพัฒนาไปเป็นกระดูกสันหลังเอกโตเดิร์มประสาทที่อยู่เหนือโนโตคอร์ดจะพัฒนาไปเป็นแผ่นประสาทเพื่อตอบสนองต่อสัญญาณที่แพร่กระจายซึ่งผลิตโดยโนโตคอร์ด ส่วนที่เหลือของเอกโตเดิร์มจะพัฒนาไปเป็นผิวหนัง ความสามารถของเนื้อเยื่อมีโซเดอร์มในการเปลี่ยนเนื้อเยื่อเอกโตเดอร์มที่อยู่ด้านบนให้กลายเป็นเนื้อเยื่อประสาท เรียกว่าการเหนี่ยวนำประสาท (neural induction )

ในตัวอ่อนระยะแรก แผ่นประสาทจะพับออกด้านนอกเพื่อสร้างร่องประสาทเริ่มจากบริเวณคอในอนาคตรอยพับประสาทของร่องนี้จะปิดลงเพื่อสร้างท่อประสาทการสร้างท่อประสาทจากเอกโตเดิร์มเรียกว่านิวรูเลชันส่วนท้องของท่อประสาทเรียกว่าแผ่นฐานส่วนหลังเรียกว่าแผ่นปีกส่วนภายในที่เป็นโพรงเรียกว่าช่องประสาทและปลายเปิดของท่อประสาทที่เรียกว่ารูประสาทจะปิดลง^{[ 13 ]}

การปลูกถ่ายริมฝีปากบลาสโตพอร์สามารถเปลี่ยนเนื้อเยื่อชั้นนอก (ectoderm) ให้กลายเป็นเนื้อเยื่อประสาทได้ และกล่าวกันว่ามีผลเหนี่ยวนำ สารเหนี่ยวนำประสาทคือโมเลกุลที่สามารถเหนี่ยวนำการแสดงออกของยีนประสาทในชิ้นส่วน เนื้อเยื่อชั้นนอก โดยไม่เหนี่ยวนำยีนของเนื้อเยื่อชั้นกลาง (mesoderm) ด้วย การเหนี่ยวนำประสาทมักศึกษาใน ตัวอ่อน กบ Xenopusเนื่องจากมีโครงสร้างร่างกาย ที่เรียบง่าย และมีตัวบ่งชี้ที่ดีในการแยกแยะระหว่างเนื้อเยื่อประสาทและเนื้อเยื่อที่ไม่ใช่ประสาท ตัวอย่างของสารเหนี่ยวนำประสาท ได้แก่ โมเลกุลน็อกกิน (noggin)และคอร์ดิน (chordin )

เมื่อเซลล์เอกโตเดอร์มัลของตัวอ่อนถูกเพาะเลี้ยงที่ความหนาแน่นต่ำโดยปราศจากเซลล์เมโซเดอร์มัล เซลล์เหล่านั้นจะเกิดการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ประสาท (แสดงออกถึงยีนประสาท) ซึ่งบ่งชี้ว่าการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ประสาทเป็นชะตากรรมเริ่มต้นของเซลล์เอกโตเดอร์มัล ในการเพาะเลี้ยงแบบแยกส่วน (ซึ่งช่วยให้เกิดปฏิสัมพันธ์ระหว่างเซลล์โดยตรง) เซลล์เดียวกันนี้จะเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ผิวหนังชั้นนอก นี่เป็นผลมาจากการทำงานของBMP4 ( โปรตีนในกลุ่ม TGF-β ) ที่กระตุ้นให้เซลล์เอกโตเดอร์มัลเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ผิวหนังชั้นนอก ในระหว่างการเหนี่ยวนำให้เกิดเซลล์ประสาท น็อกกินและคอร์ดินจะถูกผลิตโดยเมโซเดอร์มัลด้านหลัง (โนโตคอร์ด) และแพร่กระจายไปยังเอกโตเดอร์มัลที่อยู่ด้านบนเพื่อยับยั้งการทำงานของ BMP4 การยับยั้ง BMP4 นี้ทำให้เซลล์เปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ประสาท การยับยั้งการส่งสัญญาณของ TGF-β และ BMP (โปรตีนสร้างกระดูก) สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดเนื้อเยื่อประสาทจากเซลล์ต้นกำเนิดที่มีศักยภาพ ได้ ^{[ 14 ]}

ในระยะพัฒนาการต่อมา ส่วนบนของท่อประสาทจะโค้งงอที่ระดับของสมองส่วนกลางในอนาคต หรือที่เรียกว่าเมเซนเซฟาลอน (mesencephalon) ณ จุดโค้งเมเซนเซฟาลอน (mesencephalic flexure) หรือจุดโค้งเซฟาลิก (cephalic flexure ) เหนือ เมเซนเซฟาลอนขึ้นไป คือโปรเซนเซฟาลอน (prosencephalon ) (สมองส่วนหน้าในอนาคต) และใต้โปรเซนเซฟาลอนลงไปคือ รอมเบนเซฟาลอน (rhombencephalon ) (สมองส่วนหลังในอนาคต)

แผ่นปีกของสมองส่วนหน้าจะขยายตัวเพื่อสร้างสมองส่วนหน้าซึ่งจะพัฒนาไปเป็นสมองซีก ซ้ายและขวา ในขณะที่แผ่นฐานของมันจะกลายเป็นสมองส่วนหลัง ส่วน ถุงตา (ซึ่งในที่สุดจะกลายเป็นเส้นประสาทตา เรตินา และม่านตา) จะก่อตัวขึ้นที่แผ่นฐานของสมองส่วนหน้า

ในสัตว์มีกระดูกสันหลัง เนื้อเยื่อชั้นนอกส่วนหลังจะสร้างเนื้อเยื่อประสาทและระบบประสาททั้งหมดการสร้างรูปแบบเกิดขึ้นเนื่องจากสภาวะแวดล้อมที่เฉพาะเจาะจง เช่น ความเข้มข้นที่แตกต่างกันของโมเลกุลส่งสัญญาณ

ครึ่งล่างของแผ่นประสาทถูกควบคุมโดยโนโตคอร์ดซึ่งทำหน้าที่เป็น 'ผู้จัดระเบียบ' ครึ่งบนถูกควบคุมโดย แผ่น เอกโตเดิร์มซึ่งขนาบข้างแผ่นประสาททั้งสองข้าง^{[ 15 ]}

เนื้อเยื่อชั้นนอก (Ectoderm) จะพัฒนาไปเป็นเนื้อเยื่อประสาทตามกระบวนการปกติ หลักฐานสนับสนุนข้อนี้มาจากเซลล์เนื้อเยื่อชั้นนอกที่เพาะเลี้ยงเดี่ยวๆ ซึ่งสามารถพัฒนาไปเป็นเนื้อเยื่อประสาทได้ สันนิษฐานว่าสาเหตุเป็นเพราะขาดBMPsซึ่งถูกยับยั้งโดยตัวจัดระเบียบ (organizer) ตัวจัดระเบียบอาจสร้างโมเลกุลต่างๆ เช่นฟอลลิสตาติน (follistatin) , น็อกกิน (noggin)และคอร์ดิน (chordin)ที่ยับยั้ง BMPs

ท่อประสาทด้านท้องได้รับการกำหนดรูปแบบโดยโซนิคเฮดจ์ฮ็อก (Shh) จากโนโตคอร์ด ซึ่งทำหน้าที่เป็นเนื้อเยื่อเหนี่ยวนำ Shh ที่มาจากโนโตคอร์ดส่งสัญญาณไปยังฟลอร์เพลท และเหนี่ยวนำให้เกิดการแสดงออกของ Shh ในฟลอร์เพลท จากนั้น Shh ที่มาจากฟลอร์เพลทจะส่งสัญญาณไปยังเซลล์อื่นๆ ในท่อประสาท และมีความสำคัญต่อการกำหนดขอบเขตของเซลล์ต้นกำเนิดประสาทด้านท้องอย่างถูกต้อง การสูญเสีย Shh จากโนโตคอร์ดและ/หรือฟลอร์เพลทจะขัดขวางการกำหนดขอบเขตของเซลล์ต้นกำเนิดเหล่านี้อย่างถูกต้อง Shh จับกับPatched 1 ทำให้การยับยั้งSmoothened ที่เกิดจาก Patched คลายลง ส่งผลให้เกิดการกระตุ้นของตระกูล ปัจจัยถอดรหัส Gli ( GLI1 , GLI2และGLI3 )

ในบริบทนี้ Shh ทำหน้าที่เป็นมอร์โฟเจนกล่าวคือ มันกระตุ้นการแบ่งเซลล์โดยขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของมัน ที่ความเข้มข้นต่ำ มันจะสร้างเซลล์ประสาทเชื่อมต่อด้านล่าง (ventral interneurons ) ที่ความเข้มข้นสูงขึ้น มันจะกระตุ้น การพัฒนาของ เซลล์ประสาทสั่งการ (motor neuron ) และที่ความเข้มข้นสูงสุด มันจะกระตุ้นการแบ่งเซลล์ของแผ่นพื้น (floor plate differentiation) ความล้มเหลวของการแบ่งเซลล์ที่ถูกควบคุมโดย Shh จะทำให้เกิดภาวะโฮโลโปรเซนเซฟาลี(holoprosencephaly )

ท่อประสาทด้านหลังถูกสร้างขึ้นโดย BMP จากชั้นนอกของผิวหนังที่อยู่ขนาบข้างแผ่นประสาท BMP เหล่านี้กระตุ้นเซลล์ประสาทรับความรู้สึกโดยการกระตุ้นไคเนส Sr/Thrและเปลี่ยนแปลงระดับของปัจจัยถอดรหัส SMAD

สัญญาณที่ควบคุมการพัฒนาของระบบประสาทในแนวหน้า-หลัง ได้แก่FGFและกรดเรติโนอิกซึ่งทำงานในสมองส่วนท้ายและไขสันหลัง^{[ 16 ]} ตัวอย่างเช่น สมองส่วนท้ายมีรูปแบบโดยยีน Hoxซึ่งแสดงออกในโดเมนที่ทับซ้อนกันตามแกนหน้า-หลังภายใต้การควบคุมของกรดเรติโนอิก ยีน3 ′ (ปลาย 3 ไพรม์) ในกลุ่มยีน Hox ถูกกระตุ้นโดยกรดเรติโนอิกในสมองส่วนท้าย ในขณะที่ ยีน 5 ′ (ปลาย 5 ไพรม์) Hox ไม่ถูกกระตุ้นโดยกรดเรติโนอิกและแสดงออกในส่วนหลังมากกว่าในไขสันหลัง Hoxb-1 แสดงออกในรอมโบเมียร์ 4 และก่อให้เกิดเส้นประสาทใบหน้าหากไม่มีการแสดงออกของ Hoxb-1 เส้นประสาทที่คล้ายกับเส้นประสาทไตรเจมินัลก็จะเกิดขึ้น

นิวโรเจเนซิสคือกระบวนการที่เซลล์ประสาทถูกสร้างขึ้นจากเซลล์ต้นกำเนิดประสาทและเซลล์ต้นกำเนิด เซลล์ประสาทเป็น 'เซลล์ที่ไม่แบ่งตัว' หมายความว่าพวกมันจะไม่แบ่งตัวอีกต่อไปตลอดอายุขัยของสิ่งมีชีวิต^{[ 11 ]}

การดัดแปลงเอพิเจเนติกมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการแสดงออกของยีนในเซลล์ต้นกำเนิดประสาท ที่กำลังแยกตัว และมีความสำคัญต่อการกำหนดชะตากรรมของเซลล์ในสมองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่กำลังพัฒนาและโตเต็มวัย การดัดแปลงเอพิเจเนติก ได้แก่การเติมหมู่เมทิลให้กับไซโตซีนในดีเอ็นเอเพื่อสร้าง5-เมทิลไซโตซีนและ การดีเมทิลเลชัน ของ5-เมทิลไซโตซีน[ ^{17 ] [ 18 ] การ} เติมหมู่เมทิลให้กับไซโตซีนในดีเอ็นเอถูกเร่งปฏิกิริยาโดย เอนไซม์เมทิลทรานสเฟอเรสของดีเอ็นเอ (DNMTs) การดีเมทิลเลชันของเมทิลไซโต ซีนถูกเร่งปฏิกิริยาในหลายขั้นตอนต่อเนื่องกันโดยเอนไซม์ TETที่ดำเนินการปฏิกิริยาออกซิเดชัน (เช่น5-เมทิลไซโตซีนเป็น5-ไฮดรอกซีเมทิลไซโตซีน ) และเอนไซม์ของ เส้นทาง การซ่อมแซมการตัดฐาน ดีเอ็นเอ (BER) ^{[ 17 ]}

การอพยพของเซลล์ประสาทเป็นวิธีการที่เซลล์ประสาทเดินทางจากจุดกำเนิดหรือสถานที่เกิดไปยังตำแหน่งสุดท้ายในสมอง มีหลายวิธีที่เซลล์ประสาทสามารถทำเช่นนี้ได้ เช่น การอพยพแบบรัศมีหรือการอพยพแบบสัมผัส ลำดับของการอพยพแบบรัศมี (หรือที่เรียกว่าการนำทางโดยเซลล์เกลีย) และการเคลื่อนย้ายของเซลล์ประสาทได้รับการบันทึกโดยกล้องจุลทรรศน์แบบไทม์แลปส์^{[ 19 ]}

เซลล์ต้นกำเนิดประสาทจะเพิ่มจำนวนในโซนโพรงของเปลือกสมองส่วน หน้าที่กำลังพัฒนา ซึ่งเซลล์ต้นกำเนิดประสาทหลักคือเซลล์เรเดียลไกลอัล เซลล์ หลังการแบ่งตัวครั้งแรกจะต้องออกจากบริเวณเซลล์ต้นกำเนิดและอพยพออกไปด้านนอกเพื่อสร้างพรีเพลต ซึ่งจะกลายเป็นเซลล์ Cajal–Retziusและ เซลล์ประสาท ซับเพลตเซลล์เหล่านี้ทำเช่นนั้นโดยการเคลื่อนย้ายตัวเซลล์ เซลล์ประสาทที่อพยพด้วยวิธีการเคลื่อนที่แบบนี้จะเป็นแบบสองขั้วและยึดขอบนำของกระบวนการเข้ากับเยื่อหุ้ม สมองชั้นใน จากนั้น ตัวเซลล์จะถูกขนส่งไปยังพื้นผิวเยื่อหุ้มสมองชั้นในโดยนิวคลีโอ คิเนซิส ซึ่งเป็นกระบวนการที่ "กรง" ไมโครทิวบูลรอบนิวเคลียสยืดออกและหดตัวร่วมกับเซนโทรโซมเพื่อนำทางนิวเคลียสไปยังปลายทางสุดท้าย^{[ 20 ]}

เซลล์เรเดียลเกลียลซึ่งมีเส้นใยทำหน้าที่เป็นโครงสร้างค้ำยันสำหรับเซลล์ที่เคลื่อนที่และเป็นวิธีการสื่อสารแบบรัศมีโดยอาศัยกิจกรรมไดนามิกของแคลเซียม^{[ 21 ] [ 22 ]}ทำหน้าที่เป็นเซลล์ต้นกำเนิดประสาทกระตุ้นหลักของเปลือกสมอง^{[ 23 ] [ 24 ]}หรือเคลื่อนย้ายไปยังแผ่นเปลือกสมองและแยกตัวเป็นเซลล์แอสโทรไซต์หรือเซลล์ประสาท [ ^{25 ] การ}เคลื่อนย้ายของเซลล์สามารถเกิดขึ้นได้ตลอดเวลาในระหว่างการพัฒนา^{[ 19 ]}

คลื่นของเซลล์ประสาทที่ตามมาจะแยกแผ่นพรีเพลตโดยการเคลื่อนที่ไปตาม เส้นใย เกลียรัศมีเพื่อสร้างแผ่นคอร์ติคัล เซลล์ที่เคลื่อนที่แต่ละคลื่นจะเดินทางผ่านเซลล์ก่อนหน้า ทำให้เกิดชั้นในลักษณะจากภายในสู่ภายนอก ซึ่งหมายความว่าเซลล์ประสาทที่อายุน้อยที่สุดจะอยู่ใกล้กับพื้นผิวมากที่สุด^{[ 26 ] [ 21 ]}คาดว่าการเคลื่อนที่ที่นำทางโดยเกลียคิดเป็น 90% ของเซลล์ประสาทที่เคลื่อนที่ในมนุษย์ และประมาณ 75% ในสัตว์ฟันแทะ^{[ 27 ]}

อินเตอร์นิวรอนส่วนใหญ่เคลื่อนที่ในแนวราบโดยใช้กลไกการเคลื่อนที่หลายรูปแบบเพื่อไปยังตำแหน่งที่เหมาะสมในเปลือกสมอง ตัวอย่างของการเคลื่อนที่ในแนวราบคือการเคลื่อนที่ของอินเตอร์นิวรอนจากส่วนนูนของปมประสาท ไปยังเปลือก สมอง ตัวอย่างหนึ่งของการเคลื่อนที่ในแนวราบที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในสิ่งมีชีวิตที่โตเต็มวัย ซึ่งพบได้ในสัตว์บางชนิด คือกระแสการเคลื่อนที่ไปทางด้านหน้าซึ่งเชื่อมต่อระหว่างบริเวณใต้โพรงสมองและปุ่มรับกลิ่น

เซลล์ประสาทจำนวนมากที่เคลื่อนที่ไปตามแกนหน้า-หลังของร่างกายจะใช้ เส้นใย แอกซอน ที่มีอยู่ เพื่อเคลื่อนที่ไปตามนั้น ซึ่งเรียกว่าการเคลื่อนที่แบบแอกโซฟิลิก ตัวอย่างของการเคลื่อนที่แบบนี้คือเซลล์ประสาทที่แสดง GnRHซึ่งเดินทางไกลจากแหล่งกำเนิดในจมูก ผ่านสมองส่วนหน้า และเข้าไปในไฮโปทาลามัส^{[ 28 ]}กลไกหลายอย่างของการเคลื่อนที่นี้ได้รับการศึกษาแล้ว โดยเริ่มจากสัญญาณนำทางภายนอกเซลล์^{[ 29 ]}ที่กระตุ้นการส่งสัญญาณภายในเซลล์ สัญญาณภายในเซลล์เหล่านี้ เช่นการส่งสัญญาณแคลเซียมนำไปสู่ พลวัตของโครงสร้างไซ โต สเกเลตันของ แอคติน^{[ 30 ]}และไมโครทิวบูล^{[ 31 ]} ซึ่งสร้างแรงของเซลล์ที่โต้ตอบกับสภาพแวดล้อมภายนอกเซลล์ผ่านโปรตีนยึดเกาะเซลล์^{[ 32 ]}เพื่อทำให้เซลล์เหล่านี้เคลื่อนที่

นอกจากนี้ยังมีวิธีการเคลื่อนย้ายเซลล์ประสาทที่เรียกว่า การเคลื่อน ย้ายแบบหลายขั้ว^{[ 33 ] [ 34 ]}ซึ่งพบได้ในเซลล์หลายขั้ว ซึ่งในมนุษย์มีอยู่มากมายในบริเวณกลางของเปลือกสมองเซลล์เหล่านี้ไม่เหมือนกับเซลล์ที่เคลื่อนย้ายโดยการเคลื่อนที่หรือการเคลื่อนย้ายตัวเซลล์ แต่เซลล์หลายขั้วเหล่านี้แสดงเครื่องหมายของเซลล์ประสาทและยื่นกระบวนการบาง ๆ หลายกระบวนการไปในทิศทางต่าง ๆ อย่างอิสระจากเส้นใยเกลียรัศมี^{[ 33 ]}

การอยู่รอดของเซลล์ประสาทถูกควบคุมโดยปัจจัยการอยู่รอดที่เรียกว่าปัจจัยโภชนาการ สมมติฐานโภชนาการของเซลล์ประสาทถูกคิดค้นโดยวิกเตอร์ แฮมเบอร์เกอร์และริตา เลวี มอนทัลชินีโดยอิงจากการศึกษาเกี่ยวกับระบบประสาทที่กำลังพัฒนา วิกเตอร์ แฮมเบอร์เกอร์ค้นพบว่าการปลูกถ่ายแขนขาพิเศษในลูกไก่ที่กำลังพัฒนาทำให้จำนวนเซลล์ประสาทสั่งการในไขสันหลังเพิ่มขึ้น ในตอนแรกเขาคิดว่าแขนขาพิเศษนั้นกระตุ้นการเพิ่มจำนวนของเซลล์ประสาทสั่งการ แต่ต่อมาเขาและเพื่อนร่วมงานได้แสดงให้เห็นว่ามีการตายของเซลล์ประสาทสั่งการจำนวนมากในระหว่างการพัฒนาตามปกติ และแขนขาพิเศษนั้นช่วยป้องกันการตายของเซลล์เหล่านี้ ตามสมมติฐานโภชนาการของเซลล์ประสาท แอกซอนที่กำลังเติบโตจะแข่งขันกันเพื่อแย่งชิงปัจจัยโภชนาการที่มีจำกัดจากเป้าหมาย และแอกซอนที่ไม่ได้รับการสนับสนุนทางโภชนาการอย่างเพียงพอจะตายด้วยกระบวนการอะพอพโทซิส ปัจจุบันเป็นที่ชัดเจนแล้วว่าปัจจัยที่ผลิตจากแหล่งต่างๆ จำนวนมากมีส่วนช่วยในการอยู่รอดของเซลล์ประสาท

• ปัจจัยการเจริญเติบโตของเส้นประสาท (NGF): ริตา เลวี มอนทัลชินี และสแตนลีย์ โคเฮน ได้ทำการแยกปัจจัยการเจริญเติบโตของเส้นประสาท (NGF) ตัวแรก ซึ่งทำให้พวกเขาได้รับรางวัลโนเบล ปัจจัยการเจริญเติบโตที่เกี่ยวข้องกับ NGF มีสามชนิด ได้แก่ BDNF, NT3 และ NT4 ซึ่งควบคุมการอยู่รอดของเซลล์ประสาทหลายกลุ่ม โปรตีน Trk ทำหน้าที่เป็นตัวรับสำหรับ NGF และปัจจัยที่เกี่ยวข้อง Trk เป็นตัวรับไทโรซีนไคเนส การเกิดไดเมอไรเซชันและการฟอสโฟรีเลชันของ Trk นำไปสู่การกระตุ้นวิถีการส่งสัญญาณภายในเซลล์ต่างๆ รวมถึงวิถี MAP kinase, Akt และ PKC
• CNTF: ปัจจัยกระตุ้นการเจริญเติบโตของเซลล์ประสาทขน (Ciliary neurotrophic factor) เป็นโปรตีนอีกชนิดหนึ่งที่ทำหน้าที่เป็นปัจจัยช่วยให้เซลล์ประสาทสั่งการอยู่รอด CNTF ทำงานผ่านคอมเพล็กซ์ตัวรับที่ประกอบด้วย CNTFRα, GP130 และ LIFRβ การกระตุ้นตัวรับนำไปสู่การฟอสฟอริเลชันและการดึงดูดไคเนส JAK ซึ่งจะฟอสฟอริเลตLIFRβ ต่อไป LIFRβ ทำหน้าที่เป็นจุดเชื่อมต่อสำหรับปัจจัยถอดรหัส STAT ไคเนส JAK จะฟอสฟอริเลตโปรตีน STAT ซึ่งจะแยกตัวออกจากตัวรับและเคลื่อนย้ายไปยังนิวเคลียสเพื่อควบคุมการแสดงออกของยีน
• GDNF: ปัจจัยกระตุ้นการเจริญเติบโตของเซลล์ประสาทที่ได้จากเซลล์เกลีย (Glial derived neurotrophic factor) เป็นสมาชิกของ โปรตีนในกลุ่ม TGFbและเป็นปัจจัยกระตุ้นการเจริญเติบโตที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับเซลล์ประสาทในสมองส่วนสไตรอาตัม ตัวรับที่ทำหน้าที่คือเฮเทอโรไดเมอร์ ซึ่งประกอบด้วยตัวรับชนิดที่ 1 และชนิดที่ 2 การกระตุ้นตัวรับชนิดที่ 1 จะนำไปสู่การฟอสโฟรีเลชันของโปรตีน Smad ซึ่งจะเคลื่อนย้ายไปยังนิวเคลียสเพื่อกระตุ้นการแสดงออกของยีน

ความเข้าใจส่วนใหญ่ของเราเกี่ยวกับการสร้างไซแนปส์มาจากการศึกษาที่บริเวณรอยต่อประสาทกล้ามเนื้อ สารสื่อประสาทที่ไซแนปส์นี้คืออะเซทิลโคลีน ตัวรับอะเซทิลโคลีน (AChR) อยู่ที่ผิวเซลล์กล้ามเนื้อก่อนการสร้างไซแนปส์ การมาถึงของเส้นประสาทกระตุ้นให้ตัวรับมารวมตัวกันที่ไซแนปส์ McMahan และ Sanes แสดงให้เห็นว่าสัญญาณการสร้างไซแนปส์มีความเข้มข้นอยู่ที่เยื่อฐานพวกเขายังแสดงให้เห็นว่าสัญญาณการสร้างไซแนปส์นั้นผลิตโดยเส้นประสาท และพวกเขาระบุปัจจัยนั้นคือAgrin Agrin กระตุ้นให้ AChR มารวมตัวกันบนผิวกล้ามเนื้อ และการสร้างไซแนปส์จะหยุดชะงักในหนูที่ขาด Agrin Agrin ส่งสัญญาณผ่านตัวรับ MuSK ไปยังrapsyn Fischbach และคณะแสดงให้เห็นว่าหน่วยย่อยของตัวรับถูกถอดรหัสอย่างเลือกสรรจากนิวเคลียสที่อยู่ติดกับบริเวณไซแนปส์ กระบวนการนี้เกิดขึ้นโดยอาศัยนิวเรกูลิน

ในไซแนปส์ที่เจริญเต็มที่ เส้นใยกล้ามเนื้อแต่ละเส้นจะถูกควบคุมโดยเซลล์ประสาทสั่งการเพียงเซลล์เดียว อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการพัฒนา เส้นใยจำนวนมากจะถูกควบคุมโดยแอกซอนหลายเส้น Lichtman และเพื่อนร่วมงานได้ศึกษาถึงกระบวนการกำจัดไซแนปส์^{[ 35 ]}นี่เป็นเหตุการณ์ที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรม การปิดกั้นตัวรับบางส่วนนำไปสู่การหดตัวของปลายประสาทก่อนไซแนปส์ที่เกี่ยวข้อง ต่อมาพวกเขาใช้แนวทางคอนเน็กโทมิกส์ กล่าวคือ การติดตามการเชื่อมต่อทั้งหมดระหว่างเซลล์ประสาทสั่งการและเส้นใยกล้ามเนื้อ เพื่อกำหนดลักษณะการกำจัดไซแนปส์ในระหว่างการพัฒนาในระดับวงจรทั้งหมด การวิเคราะห์ยืนยันการเชื่อมต่อใหม่ครั้งใหญ่ ซึ่งจำนวนไซแนปส์ลดลงถึง 10 เท่า เกิดขึ้นเมื่อแอกซอนตัดหน่วยสั่งการของพวกมัน แต่เพิ่มพื้นที่ไซแนปส์มากขึ้นที่ NMJ ที่พวกมันยังคงติดต่ออยู่^{[ 36 ]}

ดูเหมือนว่า Agrin จะไม่ใช่ตัวกลางสำคัญในการสร้างไซแนปส์ในระบบประสาทส่วนกลาง และมีความสนใจอย่างมากในการระบุสัญญาณที่ควบคุมการสร้างไซแนปส์ในระบบประสาทส่วนกลาง เซลล์ประสาทในห้องปฏิบัติการสร้างไซแนปส์ที่มีลักษณะคล้ายกับที่เกิดขึ้นในร่างกาย ซึ่งบ่งชี้ว่าสัญญาณการสร้างไซแนปส์สามารถทำงานได้อย่างถูกต้องในหลอดทดลอง การศึกษาการสร้างไซแนปส์ในระบบประสาทส่วนกลางส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่ไซแนปส์กลูตาเมอร์จิก การทดลองด้วยภาพแสดงให้เห็นว่าเดนไดรต์มีความเปลี่ยนแปลงสูงมากในระหว่างการพัฒนาและมักจะเริ่มต้นการสัมผัสกับแอกซอน จากนั้นจะมีการดึงโปรตีนหลังไซแนปส์ไปยังบริเวณที่สัมผัส สตีเฟน สมิธและเพื่อนร่วมงานได้แสดงให้เห็นว่าการสัมผัสที่เริ่มต้นโดยฟิโลโพเดียของเดนไดรต์สามารถพัฒนาไปเป็นไซแนปส์ได้

การกระตุ้นการสร้างไซแนปส์โดยปัจจัยจากเซลล์เกลีย: บาร์เรสและคณะได้สังเกตว่าปัจจัยในสารละลายที่ได้จากการเพาะเลี้ยงเซลล์เกลียสามารถกระตุ้นการสร้างไซแนปส์ในเซลล์ปมประสาทจอประสาทตาได้ การสร้างไซแนปส์ในระบบประสาทส่วนกลางมีความสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของเซลล์แอสโทรไซต์ ซึ่งบ่งชี้ว่าเซลล์แอสโทรไซต์อาจเป็นปัจจัยกระตุ้นการสร้างไซแนปส์ อย่างไรก็ตาม ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าปัจจัยจากเซลล์แอสโทรไซต์เหล่านั้นคืออะไร

นิวโรลิกินและซินแคมเป็นสัญญาณกระตุ้นการสร้างไซแนปส์: ซูดฮอฟ เซราฟินี เชฟเฟล และคณะ ได้แสดงให้เห็นว่านิวโรลิกินและซินแคมสามารถทำหน้าที่เป็นปัจจัยที่กระตุ้นการสร้างความแตกต่างของเซลล์ก่อนไซแนปส์ได้ นิวโรลิกินมีความเข้มข้นอยู่ที่บริเวณเซลล์หลังไซแนปส์และออกฤทธิ์ผ่านทางนิวเร็กซินซึ่งมีความเข้มข้นอยู่ในแอกซอนของเซลล์ก่อนไซแนปส์ ส่วนซินแคมเป็นโมเลกุลยึดเกาะเซลล์ที่มีอยู่ในทั้งเยื่อหุ้มเซลล์ก่อนและหลังไซแนปส์

โดยทั่วไปเชื่อกันว่ากระบวนการของการอพยพของเซลล์ประสาทการแยกแยะและการนำทางของแอกซอน เป็นกลไกที่ไม่ขึ้นกับกิจกรรมและอาศัยโปรแกรมทางพันธุกรรมที่ถูกกำหนดไว้ในเซลล์ประสาทเอง อย่างไรก็ตาม ผลการวิจัยชี้ให้เห็นถึงบทบาทของ กลไกที่ขึ้นกับกิจกรรมในการเป็นตัวกลางในบางแง่มุมของกระบวนการเหล่านี้ เช่น อัตราการอพยพของเซลล์ประสาท^{[ 37 ]}แง่มุมของการแยกแยะเซลล์ประสาท^{[ 38 ]}และการค้นหาเส้นทางของแอกซอน^{[ 39 ]}กระบวนการทั้งสามนี้ถูกควบคุมโดยสัญญาณโมเลกุลที่ทำหน้าที่เป็นแรงนำทางสำหรับแอกซอนที่กำลังเติบโต ได้แก่ การดึงดูดทางเคมี (โดยใช้เนทริน ) การผลักดันทางเคมี (โดยใช้เซมาฟอริน ที่หลั่งออกมา ) การดึงดูดจากการสัมผัส ( แคดเฮริน ) และการผลักดันจากการสัมผัส ( เซมาฟอริน ) ^{[ 40 ]}กลไกที่ขึ้นกับกิจกรรมมีอิทธิพลต่อการพัฒนาวงจรประสาทและมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการวางแผนการเชื่อมต่อในระยะเริ่มต้นและการปรับปรุงไซแนปส์อย่างต่อเนื่องซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการพัฒนา^{[ 41 ]}มีกิจกรรมประสาทสองประเภทที่แตกต่างกันที่เราสังเกตได้ในวงจรที่กำลังพัฒนา ได้แก่ กิจกรรมที่เกิดขึ้นเองในช่วงต้น และกิจกรรมที่ถูกกระตุ้นด้วยประสาทสัมผัส กิจกรรมที่เกิดขึ้นเองเกิดขึ้นในช่วงต้นของการ^{พัฒนา}วงจรประสาทแม้ว่าจะไม่มีข้อมูลป้อนเข้าทางประสาทสัมผัส และพบได้ในหลายระบบ เช่นระบบการมองเห็น ที่กำลัง พัฒนา[ ^{42 ] [ 43 ]}ระบบการได้ยิน^{[ 44 ] [ 45 ]}ระบบการเคลื่อนไหว [ ^{46 ]}ฮิปโปแคมปัส^{[ 47 ]}ซีรีเบลลัม [ ^{48 ] และ}นีโอคอ^ร์เทกซ์^{[ 49 ]}

เทคนิคการทดลอง เช่น การบันทึกทางสรีรวิทยาไฟฟ้าโดยตรง การถ่ายภาพฟลูออเรสเซนซ์โดยใช้ตัวบ่งชี้แคลเซียม และเทคนิคออปโตเจเนติกส์ ได้ให้ความกระจ่างเกี่ยวกับธรรมชาติและหน้าที่ของการระเบิดของกิจกรรมในช่วงแรกเหล่านี้^{[ 50 ] [ 51 ]}พวกมันมีรูปแบบเชิงพื้นที่และเวลาที่แตกต่างกันในระหว่างการพัฒนา^{[ 52 ]}และการทำลายพวกมันในระหว่างการพัฒนานั้นเป็นที่ทราบกันดีว่าส่งผลให้เกิดความบกพร่องในการปรับแต่งเครือข่ายในระบบการมองเห็น^{[ 53 ]}ในเรตินา ที่ยังไม่เจริญเต็มที่ คลื่นของศักยภาพการกระทำที่เกิดขึ้นเองจะเกิดขึ้นจากเซลล์แกงลีออนของเรตินาและกวาดไปทั่วพื้นผิวเรตินาในช่วงไม่กี่สัปดาห์แรกหลังคลอด^{[ 54 ]}คลื่นเหล่านี้ถูกควบคุมโดยสารสื่อประสาทอะเซทิลโค ลีน ในระยะเริ่มต้นและต่อมาโดยกลูตาเมต [ ^{55 ] เชื่อ}กันว่าพวกมันสั่งการการสร้างแผนที่ประสาทสัมผัสสองแบบ ได้แก่ แผนที่ เรตินาโทปิกและการแยกส่วนเฉพาะตา^{[ 41 ]}การปรับปรุงแผนที่เรตินาโทปิกเกิดขึ้นในเป้าหมายการมองเห็นปลายทางในสมอง ได้แก่ ซูพีเรียร์คอลลิคูลัส (SC) และนิวเคลียสเจนิคิวเลตด้านข้างส่วน หลัง (LGN) ^{[ 56 ]}การรบกวนทางเภสัชวิทยาและแบบจำลองหนูที่ขาดซับยูนิต β2 ของตัวรับอะเซทิลโคลีนนิโคตินิกแสดงให้เห็นว่าการขาดกิจกรรมที่เกิดขึ้นเองนำไปสู่ข้อบกพร่องที่ชัดเจนในเรตินาโทปีและการแยกส่วนเฉพาะตา^{[ 41 ]}

การศึกษาล่าสุดยืนยันว่าไมโครเกลียซึ่งเป็นเซลล์ภูมิคุ้มกันประจำสมอง สร้างการติดต่อโดยตรงกับเซลล์ประสาทที่กำลังพัฒนา และผ่านการเชื่อมต่อเหล่านี้ จะควบคุมการสร้างเซลล์ประสาท การอพยพ การรวมตัว และการก่อตัวของเครือข่ายประสาทในลักษณะที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรม^{[ 57 ]}

ในระบบการได้ยิน ที่กำลังพัฒนา โคเคลียที่กำลังพัฒนาจะสร้างกิจกรรมเป็นช่วงๆ ซึ่งแพร่กระจายไปทั่วเซลล์ขนชั้นในและ เซลล์ ประสาทปมเกลียวซึ่งส่งต่อข้อมูลการได้ยินไปยังสมอง^{[ 58 ]} การปล่อย ATPจากเซลล์สนับสนุนจะกระตุ้นศักยภาพการกระทำในเซลล์ขนชั้นใน [ ^{59 ] ใน}ระบบการได้ยิน เชื่อกันว่ากิจกรรมที่เกิดขึ้นเองมีส่วนเกี่ยวข้องกับการสร้างแผนที่โทโนโทปิกโดยการแยกแอกซอนของเซลล์ประสาทโคเคลียที่ปรับให้เข้ากับความถี่สูงและต่ำ^{[ 58 ]}ในระบบการเคลื่อนไหว กิจกรรมที่เกิดขึ้นเองเป็นระยะๆ จะถูกขับเคลื่อนโดยGABAและกลูตาเมต ที่กระตุ้น ในช่วงแรกๆ และโดยอะเซทิลโคลีนและกลูตาเมตในช่วงหลังๆ^{[ 60 ]}ในไขสันหลังของปลาซีบราฟิช ที่กำลังพัฒนา กิจกรรมที่เกิดขึ้นเองในช่วงต้นมีความจำเป็นสำหรับการสร้างการระเบิดสลับกันที่ซิงโครนัสมากขึ้นระหว่างบริเวณด้านเดียวกันและด้านตรงข้ามของไขสันหลัง และสำหรับการรวมเซลล์ใหม่เข้าสู่วงจร^{[ 61 ]}เชื่อกันว่าเซลล์ประสาทสั่งการที่ควบคุมเส้นใยกล้ามเนื้อกระตุกเดียวกันจะรักษาการทำงานที่ซิงโครนัส ซึ่งช่วยให้เซลล์ประสาททั้งสองยังคงติดต่อกับเส้นใยกล้ามเนื้อได้ในวัยผู้ใหญ่^{[ 36 ]}ในคอร์เทกซ์มีการสังเกตคลื่นกิจกรรมในช่วงต้นในสมองน้อยและชิ้นส่วนคอร์เทกซ์^{[ 62 ] เมื่อมีสิ่งเร้าทางประสาทสัมผัส การปรับแต่งขั้นสุดท้ายของแผนที่การเข้ารหัสประสาทสัมผัสและการปรับปรุงวงจรจะเริ่มพึ่งพาการทำงานที่ เกิด}จากการกระตุ้นทางประสาทสัมผัสมากขึ้นเรื่อยๆ ดังที่แสดงให้เห็นโดยการทดลองแบบคลาสสิกเกี่ยวกับผลกระทบของการขาดประสาทสัมผัสในช่วงเวลาวิกฤต [ ^{62 ]}

เทคนิค MRI แบบถ่วงน้ำหนักการแพร่กระจายในปัจจุบันอาจช่วยเปิดเผยกระบวนการพัฒนาของแอกซอนในระดับมหภาคได้เช่นกันสามารถสร้าง โครงข่ายประสาท (connectome) จากข้อมูล MRI แบบแพร่กระจายได้ โดยจุดยอดของกราฟจะสอดคล้องกับบริเวณเนื้อเยื่อสีเทาที่ระบุทางกายวิภาค และจุดยอดสองจุด เช่นuและvจะเชื่อมต่อกันด้วยเส้นขอบ หาก ขั้นตอนการสร้าง ภาพเส้นใยประสาท (tractography)ในการประมวลผลข้อมูลพบเส้นใยประสาทที่เชื่อมต่อสองบริเวณนั้น ซึ่งสอดคล้องกับuและv

สามารถดาวน์โหลดภาพสมองจำนวนมากที่คำนวณจากโครงการ Human Connectome Project ได้จากเว็บไซต์ http://braingraph.orgปรากฏการณ์ Consensus Connectome Dynamics (CCD) เป็นปรากฏการณ์ที่น่าทึ่งซึ่งถูกค้นพบโดยการลดค่าพารามิเตอร์ความเชื่อมั่นขั้นต่ำอย่างต่อเนื่องที่ส่วนต่อประสานกราฟิกของBudapest Reference Connectome Server ^{[ 63 ] [ 64 ]} Budapest Reference Connectome Server ( http://connectome.pitgroup.org ) แสดงการเชื่อมต่อของสมองของบุคคล n=418 คนด้วยพารามิเตอร์ความถี่ k: สำหรับ k=1,2,...,n ใดๆ เราสามารถดูกราฟของขอบที่มีอยู่ในคอนเน็กโทมอย่างน้อย k ได้ หากพารามิเตอร์ k ลดลงทีละหนึ่งจาก k=n ผ่าน k=1 ขอบจะปรากฏในกราฟมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากเงื่อนไขการรวมผ่อนคลายลง ข้อสังเกตที่น่าประหลาดใจคือการปรากฏของขอบนั้นห่างไกลจากความสุ่ม: มันคล้ายกับโครงสร้างที่ซับซ้อนที่กำลังเติบโต เช่น ต้นไม้หรือพุ่มไม้ (แสดงให้เห็นในภาพเคลื่อนไหวทางด้านซ้าย)

มีการตั้งสมมติฐานใน^{[ 65 ]}ว่าโครงสร้างที่กำลังเติบโตจะเลียนแบบการพัฒนาของแอกซอนในสมองของมนุษย์ : การเชื่อมต่อที่พัฒนาขึ้นในช่วงแรก (เส้นใยแอกซอน) เป็นเรื่องปกติในผู้ถูกทดสอบส่วนใหญ่ และการเชื่อมต่อที่พัฒนาขึ้นในภายหลังจะมีความแปรปรวนมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากความแปรปรวนเหล่านั้นสะสมอยู่ในกระบวนการพัฒนาของแอกซอน

การกำจัดไซแนปส์เป็นส่วนสำคัญที่สุดส่วนหนึ่งในการปรับปรุงวงจรประสาทที่กำลังพัฒนาในระหว่างการพัฒนาของตัวอ่อน ในขั้นต้น ระบบประสาทจะสร้างการเชื่อมต่อของเซลล์ประสาทมากเกินไปเพื่อให้แน่ใจว่าเซลล์เป้าหมายทั้งหมดได้รับการติดต่อ ซึ่งส่วนใหญ่เกิดขึ้นในระบบประสาทของสัตว์มีกระดูกสันหลังที่กำลังพัฒนา^{[ 66 ]}เหตุผลที่เกิดขึ้นเช่นนี้ก็เพื่อให้แน่ใจว่าเซลล์ทั้งหมดในกลุ่มเป้าหมายได้รับการกระตุ้นจากเส้นประสาท จากนั้นเซลล์ประสาทสั่งการหลายเซลล์จะแข่งขันกันเพื่อแย่งชิงจุดเชื่อมต่อประสาทกล้ามเนื้อแต่ละจุด แต่จะมีเพียงเซลล์เดียวเท่านั้นที่อยู่รอดจนถึงวัยผู้ใหญ่^{[ 35 ]}การแข่งขันในหลอดทดลองแสดงให้เห็นว่าเกี่ยวข้องกับสารอาหารประสาทที่มีจำกัดซึ่งถูกปล่อยออกมา หรือกิจกรรมของระบบประสาทบ่งชี้ถึงข้อได้เปรียบของการเชื่อมต่อหลังไซแนปส์ที่แข็งแรงโดยการต้านทานต่อสารพิษที่ถูกปล่อยออกมาเมื่อมีการกระตุ้นเส้นประสาทในร่างกายมีการแนะนำว่าเส้นใยกล้ามเนื้อจะเลือกเซลล์ประสาทที่แข็งแรงที่สุดผ่านสัญญาณย้อนกลับ หรือกลไกการกำจัดไซแนปส์ที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมจะกำหนดเอกลักษณ์ของแอกซอนที่ "ชนะ" ที่ปลายประสาทสั่งการ^{[ 36 ]}แอกซอนที่ชนะเป็นตัวแทนของกระบวนการ 'ตัดแต่ง' ของไซแนปส์ที่อ่อนแอและทำงานน้อยลงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ

การทำแผนที่สมองสามารถแสดงให้เห็นว่าสมองของสัตว์เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรตลอดช่วงชีวิตของมัน ณ ปี 2021 นักวิทยาศาสตร์ได้ทำแผนที่และเปรียบเทียบสมองทั้งหมด (ปมประสาทหัว^{[ 67 ]} ) ของ หนอน C. elegans จำนวน 8 ตัว ตลอดการพัฒนาในระดับเซลล์ประสาท^{[ 68 ] [ 69 ]}และการเชื่อมต่อที่สมบูรณ์ของกล้ามเนื้อสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเพียงมัดเดียวตั้งแต่แรกเกิดจนถึงวัยผู้ใหญ่^{[ 36 ]}

การสร้าง เซลล์ประสาทใหม่ยังเกิดขึ้นเพื่อสร้างเซลล์ประสาทที่มีฟังก์ชันการทำงานในผู้ใหญ่ ซึ่งเกิดขึ้นในส่วนเฉพาะของสมองผู้ใหญ่ เช่น เดนเตตไจรัสของฮิปโปแคมปัส^{[ 70 ]}การสร้างเซลล์ประสาทใหม่ในผู้ใหญ่ถูกค้นพบครั้งแรกในแบบจำลองของหนูโดย Altman และ Das ^{[ 71 ]}เนื่องจากก่อนหน้านี้ทราบกันว่ามีอยู่เฉพาะในระหว่างการพัฒนาของตัวอ่อนเท่านั้น

• การพัฒนาของระบบประสาท (วารสารวิชาการแบบเปิดเผยข้อมูลที่ผ่านการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิ)
• การแปลระยะเวลาการพัฒนาทางระบบประสาทในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมชนิดต่างๆ
• สมองที่กำลังพัฒนาของเด็ก
• การพัฒนาสมอง
• ความยากจนอาจเปลี่ยนแปลงสมองได้อย่างไร
• สมองของวัยรุ่น