Az idegrendszer fejlődése segítséget nyújt az idegrendszer különböző részei egymáshoz való viszonyának megértéséhez és felidézéséhez, valamint sok esetben arra is magyarázattal szolgál, hogy a különböző idegpályák hogyan jutnak be a szürkeállomány központi részeibe.
Korai fejlődés Az idegrendszer képződése előtt az embrióban három sejtréteg differenciálódik. A legbelső réteg a belső csíralemez (entoderma/endoderma), amelyből a gyomor-béltraktus, a tüdők és a máj képződik. A középső csíralemez (mezoderma) származékai az izomszövet, a kötőszövet és a érrendszer. A harmadik, legkülső sejtréteg a külső csíralemez (ektoderma), ebből származik az egész idegrendszer. A fejlődés harmadik hete során az ektoderma az embrió dorzális felszínét és a velőlemezt (lamina neuralis) alkotja. A velőlemezen kialakul egy hosszanti velőbarázda (sulcus neuralis), majd mindkét szélén létrejön a velősánc (plica neuralis). A kétoldali velősánc összeolvad és létrejön a velőcső (tubulus neuralis). Később a velőcső besüllyed az ektoderma felszíne alá. Miközben a velőlemez betüremkedik a velőbarázda képzésére, a velőlemez oldalsó szélét képező sejtek nem kerülnek be a velőcsőbe, hanem egy ektodermális csíkot, a ganglionlécet (crista neuralis) képezik. Ezekből alakulnak ki az idegdúcok és a mellékvese velőállománya. A velőcső elülső végén a sejtek szaporodása a velőcső kitágulását eredményezi, és kialakul három elsődleges agyhólyag: az előagy hólyag (prosencephalon), a középagy hólyag (mesencephalon), és az utóagy hólyag (rhombencephalon). A cső többi része megnyúlik, kisebb átmérőjű marad és a gerincvelőt képezi. A velőcsőben a sejtek további differenciálódását az egyik sejtcsoportnak egy másik sejtcsoporttal kialakuló induktív kölcsönhatásai hozzák létre.
A gerincvelő fejlődése A velőcső falának egy rétegben sorakozó, magas sejtjeit mátrixsejteknek nevezzük. Ezek ismételt osztódásai a velőcső hosszának és átmérőjének növekedését eredményezi. Az esetenként képződő korai neuroblasztok a perifériára vándorolnak és a köztes zónát (zona intermedia) alkotják. Ebből képződik a gerincvelő szürke állománya. A neuroblasztok nyúlványokat növesztenek és létrehozzák a széli zónát (zona marginalis). Ebből fejlődik a gerincvelő fehér állománya. Eközben a matrixsejtekből a neuroglia asztrocita és oligodendrocita sejtjei is létrejönnek. A mikroglia sejtek a környező mezenchimából vándorolnak be az erek mentén. Az ependima sejtek a velőcső üregét határoló a mátrixsejtekből alakulnak ki. A velőcső ürege beszűkül, és egy sagittalis (dorzoventrális) hossztengelyű rést alkot, amelynek oldalfalai vastagok, de ventrálisan és dorzálisan egy vékony fenéklemez és egy vékony tetőlemez határolják. A velőcső oldalfalának intermedier zónája egy széles elülső megvastagodást, a bazális lemezt, és egy kisebb hátsó megvastagodást, az aláris lemezt hozza létre. A bazális lemez neuroblasztjaiból alakulnak ki a szürkeállomány elülső oszlopának mozgató (motoros) sejtjei, míg az aláris lemez neuroblasztjaiból a hátsó oszlop érző sejtjei jönnek létre.
A motoros neuronok további fejlődése A motoros neuronok középsíkhoz közelebbi (mediális) csoportja nagy, soknyulványú (multipolaris) mozgató sejteket alkot, amelyeknek axonja az elülső felszínén kilép a gerincvelőből és ellátja a test izomzatát (radix anterior (motoria) nervi spinalis). A neuronok oldalsó (lateralis) csoportjából olyan axonok indulnak ki, amelyek kilépnek a gerincvelő elülső felszínén, mint idegdúc előtti (preganglionaris) autonóm rostok.
Az érző pályarendszer első afferens neuronjának fejlődése A pályarendszer első neuronjának sejttestei a gerincvelőn kívül helyezkednek el és a ganglionlécből származnak. Néhány sejt neuroblasztokká defferenciálódik. Minden neuroblaszt két nyúlványt bocsát ki: A perifériás nyúlványok oldalirányba nőnek ki, és az érző idegrostokra jellemző axonokká válnak. A centrális nyúlványok benőnek a fejlődő gerincvelő hátsó részébe, és vagy a szürkeállomány hátsó szarvában végződnek, vagy felszállnak a fehérállományon keresztül a magasabb agyi központok egyikéhez. Ezeknek a centrális nyúlványoknak az együttesét nevezzük a gerincvelői ideg hátsó, érző gyökerének (radix posterior (sensoria) nervi spinalis). A perifériás nyúlványok csatlakoznak az elülső gyökérhez, és együttesen képezik a gerincvelői ideget (nervus spinalis). A ganglionléc sejtjeinek egy részéből tok- (capsularis) vagy apród (satellita) sejtek képződnek.
Az érző neuronok további fejlődése a szürkeállomány hátsó oszlopában Azok a neuroblasztok, amelyek beléptek az alaris lemezbe, nyúlványokat fejlesztenek, amelyek belépnek a gerincvelő azonos oldalának széli (marginalis) zónájába (fehérállomány) , és vagy magasabb szintre szállnak fel, vagy alacsonyabb szintre szállnak le. Más idegsejtek a gerincvelő ellenoldalához küldenek nyúlványokat, ahol azok fel- vagy leszállnak változó távolságokra.
Az agyhártyák fejlődése és a gerincvelő viszonya a gerinchez Az agyhártyák, a (pia mater), a pókhálóhártya (arachnoidea mater), és a kemény agyhártya (dura mater) a velőcsövet körülvevő mezenchymából (sclerotom) fejlődnek ki. A pókhálóhátya alatti tér (spatium subarachnoideum) a mezenchymában képződő üregként jön létre, amely agy- gerincvelői folyadékkal (liquor cerebrospinalis) töltődik fel. A fogazott szalag (ligamentum denticulatum) a mezenyhma tömöttebbé váló részei hozzák létre. A méhen belüli (intrauterin) élet első két hónapjában a gerincvelő olyan hosszú, mint a gerinc. Ezután a fejlődő gerinc gyorsabban nő, mint a gerincvelő úgy, hogy születéskor a gerincvelő alsó vége a harmadik ágyéki (lumbalis) csigolya magasságában van. Felnőttben a gerincvelő alsó vége az első ágyéki csigolya teste alsó szélének szintjében van. A gerinc és a gerincvelő aránytalan hossznövekedése azt eredményezi, hogy a gerincvelő elülső és hátsó gyökerei a gerincvelő első ágyéki szelvénye alatt a gerinccsatornában leszállnak ahhoz, hogy elérjék a kilépésüknek megfelelő csigolyaközti lyukakat (foramen intervertebrale). Emellett a pia mater, amely a gerincvelő farkcsonti (coccygealis) végét a farkcsonthoz rögzítette, ezzel lefelé nyúlik, mint karcsú, rostos köteg a gerincvelő alsó végétől a farkcsontig, és a végszálat (filum terminalét) alkotja. A gerincvelői idegek ferdén lefutó elülső és hátsó gyökerei és a filum terminale, amelyek így elfoglalják a gerinccsatorna alsó végét, együttesen alkotják az ún. lófarkat (cauda equina). Előbbiek alapján megérthettük, miért van a cauda equina a pókhálóhártya alatti (subarachnoidealis) téren belül, egészen leérve a második keresztcsonti (sacralis) csigolya szintjéig. Ez az a terület, a gerincvelő alsó végének, végkúpjának (conus terminalis) szintje alatt, ahol a gerinccsapolást (lumbalpunctio) el lehet végezni. A végtagkezdemények kifejlődése a negyedik hónapban és ehhez a további érző és motoros neuronok differenciálódása azt eredményezi, hogy a gerincvelő a nyaki (cervicalis) és az (ágyéki) lumbalis szakaszokon megvastagszik, kialakul a nyaki és ágyéki megvastagodás (intumescentia cervicalis és az (intumescentia lumbalis).
Az agy fejlődése Amikor a velőcső bezáródott, a három elsődleges agyhólyag – az előagyhólyag, a középagyhólyag, és az utóagyhólyag – befejezi a fejlődését. Az előagyhólyagból alakul ki az előagy (prosencephalon), a középagyhólyagból képződik a középagy (mesencephalon), és az utóagy hólyagból jön létre az utóagy (rhombencephalon). Az ötödik hétre az előagy- és utóagyhólyagok két másodlagos hólyagra oszlanak. Az előagyhólyag képezi (1) a végagyat (telencephalon), a kezdetleges agyfélteke telepekkel, és (2) a köztiagyat (diencephalon), amelyen kifejlődnek a szemserlegek. Az utóagyhólyagból alakul ki (1) az utóagy felső része (metencephalon), a későbbi híd (pons) és kisagy (cerebellum) telepe, és az utóagy alsó része (myelencephalon), amelyből a nyúltvelő (medulla oblongata). A kamrarendszer alapjai ezzel kialakultak. Mindkét agyfélteke ürege az oldalkamrák (ventriculus lateralis). A köztiagy ürege a harmadik agykamra (ventriculus tertius). A középagy állományának növekedésével a középagy hólyag ürege beszűkül és az (aqueductus cerebrit; Sylvius-féle csatornát) képezi. Az utóagyhólyag ürege a negyedik agykamrát (ventriculus quartus) alkotja, amely folytatólagosan összefügg a gerincvelő központi csatornájával (canalis centrális). Az oldalkamrák a harmadik agykamrával a Monro-féle kamraközti nyílásokon keresztül közlekedik. A kamrarendszert és a gerincvelő központi csatornáját ependyma béleli, és liquor cerebrospinalis tölti ki. (A legkorábbi fejlődési stádiumokban a kamrarendszert kitöltő agy-gerincvelői folyadék még nincs közvetlen kapcsolatban a pókhálóhátya alatti (subarachnoidealis) térben lévő folyadékkal.) A fejlődés korai szakaszában az ébrény (embryo) még lapos képződmény (embriópajzs), és a velőcső egyenes. Később a tarkóhajlat és a farki hajlat kialakulásával a velőcső is görbültté válik.
Nyúltvelő (medulla oblongata; myelencephalon) Az utóagy hólyag falai kezdetben, a velőcsőben látható jellegzetes elrendezést mutatják, egy elülső megvastagodással, a bazális lemezzel, és egy hátsó megvastagodással, az aláris lemezzel, amelyeket egymástól a határbarázda (sulcus limitans) választ el. A fejlődés előrehaladtával az oldalsó falak oldalirányba mozognak (mint egy szétnyíló markolókanál) a felsőbb szinteken a kitáguló negyedik agykamránál. Ennek eredményeként az aláris lemezek oldalra kerülnek a bazális lemezektől. A bazális lemez neuronjai alkotják a [IX.], [X.], [XI.] és [XII.] agyidegek motoros magjait, amelyek a negyedik agykamra aljzatában, a rombuszárokban (fossa rhomboidea) helyezkednek el a határbarázdától beljebb (medialisan). Az aláris lemez neuronjai adják az [V.], [VIII.], [IX.] és [X.] agyidegek érző magjait és két kidomborodás, a tuberculum gracile és a tuberculum cuneatum magjait. Az aláris lemez más sejtjei hasi-oldalsó (ventrolateralis) irányba vándorolnak és az olajka magvait (nuclei olivares) képezik. A tetőlemez szétfeszül egy vékony ependymális szövetréteggé. A tetőlemez külső felszínével érintkező érdús (vascularis) mezenchyma képezi a pia matert, és a két réteg együtt alkotja a tela choroideát. A tela choroidea érgomolyagai benyomulnak a negyedik agykamrába és az érfonatot (plexus choroideus) képezik. A negyedik és az ötödik hónap között a tetőlemez helyenként felszívódik, így alakul ki a kétoldali páros (apertura lateralis ventriculi quarti; foramina Luschka), és a középső páratlan kamranyílás (apertura mediana ventriculi quarti; foramen Magendie). Ezek a fontos nyílások teszik lehetővé, hogy az agykamrákban termelődő agy-gerincvelői folyadék kijuthasson a subarachnoidealis térbe. A híd (pons; pars ventralis metencephali) A híd (pons) a metencephalon elülső részéből alakul ki, de sejteket kap a myelencephalon aláris részéből is. A bazális lemez neuronjai alkotják az [V.], [VI.], és [VII.] agyidegek mozgató magjait. Az alaris lemezek neuronjai képezik az [V.] agyideg fő érző magját, a [VII.] agyideg érző magját, és a [VIII.] agyideg vestibularis és cochlearis magjait; szintén ezek alkotják a híd magvait (nuclei pontis).
A kisagy (cerebellum; pars posterior metencephali) A kisagy (cerebellum) a metencephalon aláris lemezének hátsó részéből képződik.