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人类神经系统的发育是一个漫长的过程，从胎儿期延续到生后若干年。新生儿脑的生长优先于其他器官，脑的重量占到体重的 10％～12％，而成年人脑的重量只占了 2％。新生儿的脑细胞数已经达到成人水平，约有 140 亿个神经细胞，脑沟回数量也已完备，脑沟的深度、脑表面积及脑重量在发育中逐渐增加，脑的髓鞘化延续到生后若干年。正常足月新生儿出生时具备完整的睡眠周期。
新生儿具有完整的视觉传导通路，足月新生儿可有几分钟的注视能力，注视人脸比注视一张白纸的时间要长。
听觉起始于胎儿期，胎龄 28 周的早产儿仅对噪声有眨眼和惊跳反应。足月儿对声音的反应比较敏感及明确，能够听到距离 10～15 厘米的声音，并具有声音定向力。新生儿对母亲的声音、铃声以及高调声音比较敏感。
新生儿具有嗅觉和味觉，足月出生 5 天的宝宝可以识别自己母亲的气味，对不同浓度的糖水表现为不同的吸吮强度。当舌头接触苦味和酸味时，新生宝宝可以表现出皱眉、张口等不悦的动作。
新生儿的运动起始于胎儿运动，运动时身体多个部位参与，按顺序从臂、下肢、颈到躯干。运动的强度、力量和速度高低起伏，并呈渐进性，沿四肢轴线旋转，运动流畅优美，复杂多变。神经系统受损时，新生儿的运动质量受损，出现单调性扭转运动，痉挛同步性动作，不安运动缺乏，这些可以预测后期运动发育异常。
新生儿具备与周围环境和人交往的能力，会注意到面前的人脸，并能对移动的人脸做出注视和追随动作。新生儿会主动地进行人际的互动，甚至能够模仿家人的面部表情。