Utvecklingen av nervsystemet styrs av genetisk information, näring och cellulära och molekylära signaler inom embryot. Hjärnan och ryggmärgen börjar bildas tidigt i graviditeten, även om det tar år att mogna. Hos människor är de faktorer som påverkar barns neurala utveckling efter födseln sinnesorgan, miljö och i vilken utsträckning hjärnan och nervsystemet utmanas att växa. Utvecklingen av nervsystemet hos vuxna beror på plasticitet, hjärnans förmåga att anpassa sig, lära sig nya saker och utföra nya uppgifter.
Hos embryon styrs utvecklingen av gener som kallas tillväxtfaktorer, som talar om för cellerna när och var de ska växa. Ett lager av celler separeras från protovävnaden som kallas ektodermen. Dessa blir neurala crest-celler som differentierar till ryggmärgen och perifera nerver, och nervröret, från vilket hjärnan bildas. Neural migration följer när nervceller ordnar sig enligt kemiska signaler på de platser de kommer att uppta permanent. Växande axoner, projektioner av nervcellskroppar, har en speciell spets som kallas tillväxtkonen som söker efter dessa kemiska ledtrådar.
Under denna tidiga period inkluderar faktorer som påverkar utvecklingen de genetiska ”omkopplarna” som styr vävnadstillväxt i embryot och, hos däggdjur inklusive människor, moderns kost. Många kemikalier, som kallas teratagener, kan försämra bildandet av nervsystemet. Alkohol, tobak, vissa bekämpningsmedel, virus och till och med överdoser av lipidlösliga vitaminer kan orsaka fosterskador eller embryonal eller fosterdöd. Utvecklingen av nervsystemet är mest sårbart för dessa ämnen under de första veckorna av graviditeten.
Efter födseln accelererar en viktig process som kallas myelinisering i flera år innan den fullbordas i tonåren. Myelin är ett skyddande hölje runt nerver som hjälper elektrisk kommunikation. Kognitiv och sensomotorisk funktion beror på specifika vägar som är isolerade av myelin. Eftersom elektriska signaler färdas långsamt och ofullständigt i avtäckta nerver, är myelinisering en avgörande faktor för utvecklingen av nervsystemet.
En viktig faktor i neural utveckling är bildandet av neurala nätverk som länkar samman miljontals celler i hjärnan. Neuroner fungerar genom återkopplingsslingor modifierade av erfarenhet. Många regioner i hjärnbarken är ofullständigt ”kopplade” eller nätverksanslutna vid födseln och utvecklas senare. Ett klassiskt exempel på detta förekommer i synbarken, som aktiveras av ljus och kan utvecklas endast om ett litet barn har funktionella ögon. Om synen är nedsatt under detta kritiska skede kan hjärnan förbli oförmögen att bearbeta synen senare i livet.
Utveckling av nervsystemet hos människor är starkt kopplat till aktivitet efter födseln. Vissa delar av hjärnan som är anslutna under graviditeten kan beskäras tillbaka under barndomen, och nya kan bli associerade på grund av upplevelser som att lära sig tala, gå eller skriva. I fall av hjärnskada kan aktiv fysisk och kognitiv terapi också delvis återställa förlorade funktioner i det centrala nervsystemet. På grund av neuroplasticitet kan en del av hjärnan ta över funktionen hos en annan skadad del.