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你我还在妈妈子宫里的时候，大脑中的神经元比现在要多。事实上，据估计，在某些脑区，近一半的神经元在出生前就已经死亡。神经科学家发现，神经元的死亡有两波（Wong and Marin 2019）。第一波神经元死亡发生在干细胞产生神经元后不久，当时它们还没有长出轴突或形成突触。第二波神经元死亡发生在它们的轴突在试图形成突触，从而接触到其他神经元时。在这两种情况下，神经元都会经历一个被称为“细胞凋亡”的程序性细胞死亡过程。凋亡的英文apoptosis来自希腊语，指树叶从树上掉落。当神经元凋亡时，它会缩小，但同时保持外膜完整。然后，垂死的神经元会被小胶质细胞识别，后者是一种会吞噬凋亡神经元的免疫细胞。小胶质细胞能够辨别神经元是否正在凋亡，是因为它们外膜上的分子能识别垂死神经元表面发生的特定分子变化。
细胞凋亡的一个重要特征是，它能使细胞在死亡时不会“内脏外溢”。人体的众多组织中每天都有成千上万的细胞发生凋亡。然后，它们会被产生自组织中干细胞的新细胞取代。上皮细胞的凋亡率特别高，比如皮肤和肠道内壁；与之相匹配的是，新上皮细胞的生成率也很高。这种细胞更替确保了衰老、“磨损”的细胞被功能良好的年轻细胞取代。但神经元并非如此。神经元通常不会在成年后死亡，即使死亡也没有替代，只有极少数情况例外。
在大脑发育过程中的第二波神经元死亡中，谷氨酸被认为在决定哪些神经元存活、哪些神经元死亡方面起着重要作用。所有神经元都有谷氨酸受体，它们的激活会让Ca 2+ 流入细胞。当生长中的轴突将谷氨酸释放到潜在目标神经元的树突上时，随之而来的Ca 2+ 流入会让细胞产生数种神经营养因子。然后，神经营养因子从树突中释放出来，激活轴突表面的受体。神经营养因子受体的激活反过来又会刺激防止细胞凋亡的蛋白质的产生（Burek and Oppenheim 1996）。
在已发现的各种神经营养因子中，BDNF是大脑在谷氨酸受体激活后产生的最强大的神经营养因子。在发育中的神经系统中，谷氨酸受体激活导致的BDNF产量增加有两大功能：一是促进突触的形成和稳定，二是支持神经元的存活。BDNF的作用是增加突触的大小，并增加与突触相关的线粒体的数量。这样，BDNF就可以增加局部可用的能量，以支持突触的维持和功能（A. Cheng, Wan,et al. 2012）。BDNF可能会通过增加抗凋亡蛋白，如B细胞淋巴瘤2（Bcl-2）、抗氧化酶和修复受损DNA的蛋白的分泌，来防止细胞凋亡。
谷氨酸促进突触形成和维持突触的能力只有在特定水平和模式的突触活动中才会出现。如果突触活动过少，神经营养因子的产量就不足；而突触活动过多又会导致突触消失。1998年，我首次用“突触凋亡”一词来描述单个突触的消失。我发现，突触因为谷氨酸受体激活而发生的变化，与之前细胞凋亡过程中的变化相同（Mattson, Keller, and Begley 1998）。第一个变化是半胱氨酸天冬蛋白酶被激活。这些酶可以在不破坏细胞膜的情况下咀嚼细胞内多种不同的蛋白质。第二个变化发生在向小胶质细胞发出吞噬和“吃掉”凋亡细胞信号的细胞外膜上。在细胞膜发生变化时，一种名为“磷脂酰丝氨酸”的脂质分子从细胞膜内部移动到细胞膜外表面。利用荧光分子探针，我得以证明，当海马神经元暴露于应激条件（如神经元缺乏神经营养因子或暴露于过量谷氨酸）下时，突触表面将出现磷脂酰丝氨酸。这一发现表明，单个突触如果接受过少神经营养因子或过多谷氨酸，可能会被小胶质细胞清除。
大脑发育时，在神经元网络中建立连接的神经元通常会在动物的一生中存活并发挥作用。谷氨酸受体的激活及随之而来的BDNF、成纤维细胞生长因子2（FGF2）和NGF等神经营养因子的分泌，使神经元保持存活并运行良好。然而，正如下一章所述，这些神经元网络的结构并非一成不变。树突和轴突可能生长，也可能退化。新的突触可能形成，而其他突触则可能消失。