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人脑神经元网络令人困惑的复杂性，是由错综复杂的细胞形态发生过程建立起来的。这些过程以母亲体内卵子经过卵巢和子宫之间的输卵管被受精作为开始。受精卵在移动到子宫的过程中会发生多次分裂，细胞数量在子宫中呈指数级增长。妊娠第一个月末，我们就能用肉眼看到胎儿初生的大脑。到3个月时，发育中的大脑皮质明显可见，表面光滑。在余下的妊娠期里，大脑皮质逐渐增大，并形成成人大脑特有的褶皱。这种褶皱使更多的神经元能够“装”进头骨。从出生到死亡，一个人的大脑将包含大约900亿个神经元，其中大约200亿个神经元在大脑皮质，500亿个神经元在小脑。大脑中总共有超过800亿个神经元和90万亿个突触是谷氨酸能的。
随着大脑的发育，神经元干细胞不断增殖，然后停止分裂，成为神经元。干细胞呈球形，从干细胞中诞生的神经元最初也是球形的，但在短短几小时内，它们开始延伸出多个“神经突”。在24~48小时内，其中一个神经突加快了增长，成为轴突（图1–2）。其他神经突的生长速度较慢，并出现大量分支，形成“树突树”。轴突继续生长，直到遇到其他神经元，准备形成突触。轴突的这些“目标神经元”可能在同一脑区，也可能在不同脑区或脊髓。在大脑发育过程中，神经元要想存活，就必须找到目标神经元并同目标神经元形成突触。不能成功形成突触的神经元会死亡，而在大脑发育过程中确实有很多神经元死亡。一般认为，最初神经元的过量生产可确保大脑含有足够数量的神经元，以形成支持大脑众多功能所需的全部神经元网络。生产得更多总是更好。
神经元并不是大脑中唯一的细胞类型。事实上，星形胶质细胞与神经元一样丰富。星形胶质细胞来自与神经元不同类型的干细胞。在大脑发育过程中，神经元先于星形胶质细胞诞生，因此在妊娠的前几个月，人脑中大部分是神经元。此后，星形胶质细胞成为大脑中增加的主要细胞类型。星形胶质细胞有许多重要功能，包括帮助维持神经元的能量水平、神经递质的新陈代谢，以及产生促进神经元生长和突触形成的蛋白质。另一种脑细胞是少突胶质细胞。少突胶质细胞将其脂肪膜层层包裹在神经元轴突周围，这一过程被称为“髓鞘形成”。通过这种方式对轴突加以绝缘，少突胶质细胞提高了沿轴突下行的电脉冲速度。少突胶质细胞大量存在于大脑的白质中，在这里，一束束长轴突在脑区之间穿行在大脑的同侧或对侧，或向下延伸至脊髓。
本章讲述谷氨酸在大脑发育过程中参与神经元网络形成的故事。我要回答的问题包括：谷氨酸以何种方式影响树突和轴突的生长？突触是如何形成的，谷氨酸在这一过程中的作用是什么？在大脑发育过程中，谷氨酸在神经元生长因子的产生和某些神经元的死亡中起什么作用？星形胶质细胞和帮助邻近神经元的谷氨酸之间发生了什么？谷氨酸会影响轴突的髓鞘形成吗？了解大脑神经元网络的细胞结构在发育过程中是如何被谷氨酸雕塑的，为我们深入了解这种结构在成年后是如何调整的，以及它在衰老和疾病过程中的脆弱性提供了宝贵的视角。