神经网络形成的基础
从维持正常生命活动所需的心跳、呼吸，到实现基本活动的运动协调、感觉传递，再到高等思维方式，如学习、记忆，这些都依赖于神经网络。神经元之间形成复杂而精确的网络连接，是神经系统各种重要功能得以展现的生理基础。因此，神经元正常的形态发育对于神经网络的形成至关重要。如果神经元形态发育异常，将引起智力缺陷、情感缺失、交流障碍、学习能力低下，以及其他严重的神经系统发育类疾病。
史上两大理论之争神经元正常的形态发育如此重要，那么，神经元是如何发育的呢？一百多年前，由于受限于实验方法和技术手段，人们对于神经元发育的认知还停留在半观察半猜测阶段。当时的神经生物学家们对于神经轴突最初在胚胎中形成的方式存在很大争议。瑞士的解剖学家伊斯提出“轴突延伸理论”，认为原始的胚胎神经元的细胞质向外凸起形成轴突，并不断延伸，直至其前端与周围感觉器官或肌肉纤维接触时为止。
来自西班牙的现代神经生物学“教父”卡哈尔应用胚胎神经组织切片银渍染色技术，支持了“轴突延伸假说”。反对这一观点的学者包括，现代神经生物学另一位奠基者施旺（高中生物课本里细胞学说的创立者之一），他支持“细胞链理论”，认为从神经元到受神经支配的周围组织之间存在许多原来分散的细胞，这些细胞后来逐渐连接起来，形成细胞链式的神经元轴突。
体外培养神经组织证实“轴突延伸假说”
直到后来，美国生物学家哈里森解决了这一争论。他认为，要回答这一问题，最好是能设计出一种在生活状态下直接观察正在生长的神经末端的方法。基于这种推测，哈里森首先解剖蛙胚的新生脊髓的节段，放入生理盐水中，然而组织块没能存活下来。后来，经过各种尝试，哈里森终于找到了一种合适的培养方案。
他从神经褶闭合不久的蛙胚中取出小块，切下一片神经组织，将其移至事先滴有成蛙淋巴液的盖玻片上，然后将盖玻片倒置于一片中间凹陷的厚载物片上，周围用蜡封固。用这种方法，他首次成功地在体外培养基中培养了神经组织，并按小时观察记录轴突的生长过程，最终证实了“轴突延伸假说”。这就是最早的“哈里森悬滴培养法”，也是最早的组织细胞体外培养技术。
神经元轴突发育过程
经过一代代学者的努力，从培养基、培养瓶到各种细胞培养试剂都有重大改良；人们对于神经元和神经系统发育的各种事件也都有着深入而丰富的解读。然而，这么多年过去了，最初催生现代神经生物学这一伟大领域的那个小小的科学问题却依然吸引着众多生物学精英的眼球。那么，神经元轴突发育究竟是怎样的一个过程呢？
以体外培养的皮层神经元模型为例，神经元轴突发育可以粗略地分为以下几个阶段：第一阶段：黏附到基质后，神经元伸出片状伪足。第二阶段：接着这些伸出的突起发育形成短的不成熟的神经突起。在这个阶段，所有的神经突起不断地延长和回缩，此时，这些神经突起的长度区别不大，很难确定哪一个神经突起会发育成轴突。第三阶段：其中的一个未成熟的神经突起迅速生长成一个细长的新生轴突。
第四阶段：在轴突形成后的几天里，剩余的神经突起缓慢地生长成树突。第五阶段：轴突和树突继续发育成熟，最终形成突触联系而建立起神经网络系统。
微管、线粒体在轴突生长中的关键作用轴突的生长是一个不连续的过程，旁侧的分支往往从生长锥停滞的地方长出，当停滞的生长锥继续生长时，分支出来的轴突也随之同时延伸。轴突分支还能以丝状伪足和板状伪足的形式形成。
在主生长锥中，来自轴突轴的微管携带纤维状肌动蛋白，避开过渡区，贯穿中心区，不断向周边区探索推进。在合适的外部引导信号或者促生长信号的刺激下，微管被稳定下来并侵入周边区。周边区提供微管向前推进的推动力，肌动蛋白提供牵引力，在两种力的共同作用下轴突生长锥不断延伸。
非编码小RNA Mir505-3p调控神经元轴突发育
中科院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心仇子龙研究组与东华大学化工生物学院周宇荀团队合作的最新研究显示，神经元中的非编码小RNA Mir505-3p，通过靶向抑制自噬相关蛋白ATG12以影响神经元轴突局部的自噬小体形成和轴突局部的线粒体分布，从而促进包括极性建立、轴突生长和轴突分支在内的神经元轴突发育。
此项研究利用神经元体外培养模型、体内胚胎电转技术、电镜技术和基因工程小鼠模型共同鉴定了Mir505-3p调控神经元轴突发育的表型。
时至今日，神经元轴突发育相关的诸多科学问题依然吸引着全球众多科学家的目光。科学家们不仅仅关注轴突是如何发育的，他们同样关心损伤后的轴突纤维能否得到有效再生。如果能有效解决轴突损伤后再生的科学问题，将势必为众多因受伤而丧失感知或运动能力的患者带来新的福音。这个开启了当代神经生物领域大门的神奇钥匙也定将继续推动着人类科技进步的脚步。