大腦發育是高度動態的過程，從神經管形成到前額葉髓鞘化完成約 25 年。現代發育神經科學整合了分子遺傳學、活體影像和計算建模，揭示基因與環境互動塑造神經迴路的精細機制。
神經誘導與模式形成
神經系統發育始於原腸胚期的神經誘導。Hans Spemann 和 Hilde Mangold（1924）確立「組織者」概念。分子層面，「預設模型」認為外胚層預設命運是神經組織，BMP 信號抑制神經化——組織者分泌 BMP 拮抗劑（Noggin, Chordin, Follistatin）維持神經命運。修正模型中 FGF 和 Wnt 抑制也是必要的。
神經管沿三軸建立位置資訊：前後軸由 HOX 基因巢狀表現界定後腦菱形節，Otx2/Gbx2 互相抑制界定中後腦邊界（isthmus），FGF8 作為組織中心。背腹軸由底板 Shh 形成腹側梯度、頂板 BMP/Wnt 形成背側梯度，不同濃度組合誘導不同類型神經元。皮質區域化由 Pax6（前外側）、Emx2（後內側）和 COUP-TFI 的梯度表現建立原始皮質地圖（protomap），後由視丘輸入精緻化。
神經元生成與皮質分層
放射狀膠質細胞（RGCs）兼具幹細胞和遷移鷹架雙重角色。皮質神經元的「生日效應」：先生成的定居深層（L6→L5），後生成的遷移穿過形成 inside-out 六層結構。Reelin（Cajal-Retzius 細胞分泌）是正確分層的關鍵信號——reeler 突變小鼠皮質分層完全倒轉。
興奮性神經元（~80%）在皮質 VZ/SVZ 局部產生放射狀遷移；抑制性中間神經元（~20%）在腹側前腦（MGE 和 CGE）產生，經長距離切線遷移到達皮質。MGE 產生的 PV+ 和 SST+ 中間神經元的遷移障礙與 ASD 和思覺失調症模型中的 E/I 失衡有關。
化學吸引：Netrin-1 吸引脊髓連合神經元穿越中線。化學排斥：Slit/Robo 阻止穿越後回頭。接觸依賴：Ephrin/Eph 受體建立視網膜-視丘拓撲映射。
Neurexin（突觸前）和 Neuroligin（突觸後）的跨突觸結合是突觸裝配核心事件——NRXN1 和 NLGN3/4 突變是 ASD 已知風險因子，影響突觸的 E/I 特化。
關鍵期可塑性的分子調控
視覺關鍵期的開啟和關閉受精確的分子調控：開啟由 PV+ 中間神經元成熟提供足夠抑制（BDNF 和 Otx2 促進），使經驗依賴競爭變得有效。關閉由圍神經元網（PNNs，CSPGs 組成的細胞外基質）包裹 PV+ 細胞限制結構可塑性。酶解 PNNs（chondroitinase ABC）可在成年動物重新開啟關鍵期，為成年後弱視治療提供理論基礎。
Takao Hensch 實驗室揭示關鍵期調控具跨模態共同機制，可被藥物（fluoxetine、valproate）或經顱刺激調控，暗示「策略性重新開啟可塑性」的臨床應用潛力。
思覺失調症的突觸修剪假說
Sekar et al.（Nature 2016）的 landmark 研究發現思覺失調症最強遺傳關聯位於 MHC 區域的補體 C4 基因。C4A 結構變異增加其表現量，C4 蛋白標記突觸以供小膠質細胞吞噬。C4A 高表現可能導致青少年期皮質突觸的過度修剪，與 MRI 觀察到的進行性灰質減少一致。首次為精神疾病遺傳風險提供明確的發育生物學機制。
青少年大腦的縱向影像
Gogtay et al.（PNAS 2004）追蹤 4-21 歲皮質發育，灰質成熟（皮質變薄，反映髓鞘化和突觸修剪）遵循後到前順序：初級感覺運動皮質最先成熟，背外側前額葉和顳極最後。Casey et al. 顯示青少年在情緒性 go/no-go 任務中伏隔核活化強於成人，前額葉調控連結尚未完全建立。
ABCD 研究（Adolescent Brain Cognitive Development Study）追蹤 11,878 名兒童從 9-10 歲到成年，提供前所未有的大規模縱向數據，研究螢幕時間、物質使用和社會經濟地位對發育的影響。
表觀遺傳與環境程式設計
Michael Meaney 的經典研究顯示大鼠母親舔舐行為影響幼鼠海馬迴 GR 啟動子 DNA 甲基化狀態——高舔舐母親的幼鼠 GR 表現量較高，HPA 軸反應性較低，成年後焦慮行為較低。這些表觀遺傳改變可持續終生，甚至可能透過生殖細胞傳遞給下一代。
人類研究中，不良童年經歷（ACEs）與 SLC6A4、FKBP5 等基因的甲基化改變相關，部分中介了 ACEs 與成年精神疾病風險的關聯。