盡管人腦結構復雜, 可發育十分迅速, 人腦發育起源于卵子受精后1周內。 受精卵不斷分裂, 一部分形成大腦, 其余的則形成神經系統。 在母親尚未注意其月經推遲時, 胚胎的大腦已分成了三部分。
例如, 卵子在周日受精, 到星期三胚胎就已經由至少30個細胞組成了, 到了星期五這些細胞已在子宮著床了。
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在懷孕不到1個月的時候, 整個胚胎看似一條小魚, 尾部凸起呈包頭樣, 很像句子中的逗號。 大腦中明顯形成了兩條溝, 一條隔開了前腦和中腦, 另一條隔開了中腦和后腦。 直到這時, 媽媽才發覺自己懷孕了。
孕期第5周, 細胞大量分裂, 形成大腦半球, 半球然后迅速增大、生長。 大腦皮質的發育在胚胎發展過程中是最為奇特的。
孕期第7周, 前腦形成兩個如豌豆大小的腦泡。 其細胞壁只有兩層, 薄如發絲。 在兩個腦泡之間, 尚未長成的神經細胞上下游移, 然后分裂形成兩種新的細胞, 其中一些新細胞形成樹突和軸突,
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在通常情況下, 到懷孕第15周時, 大腦才明顯地分成了6個區:前腦2個區, 中腦1個區, 后腦3個區, 這些區域形成大腦的基本框架, 幫助大腦正常分化成各種結構:腦膜、神經、纖維、細胞核、神經節等。
到第33周時, 大腦的神經中樞基本形成, 并和周身相連。 由胎兒時期到出生, 直至十七八歲, 大腦始終在持續發育著。 至此, 通過基因與環境——先天因素與后天因素的綜合影響, 大腦完全形成了。