Es ist seit langem bekannt, dass reife, differenzierte Neuronen sich nicht teilen (siehe Kapitel 22). Daraus folgt jedoch nicht, dass alle Neuronen, aus denen das adulte Gehirn besteht, während der Embryonalentwicklung produziert werden, obwohl diese Interpretation allgemein angenommen wurde. Die Vorzüge dieser Annahme wurden in den 1980er Jahren in Frage gestellt, als Fernando Nottebohm und Kollegen von der Rockefeller University die Produktion neuer Neuronen im Gehirn erwachsener Singvögel demonstrierten. Sie zeigten, dass markierte DNA-Vorläufer, die erwachsenen Vögeln injiziert wurden, anschließend in vollständig differenzierten Neuronen gefunden werden konnten, was darauf hindeutet, dass die Neuronen ihre letzte Runde der Zellteilung durchlaufen hatten, nachdem der markierte Vorläufer injiziert worden war. Darüber hinaus konnten die neuen Neuronen Dendriten verlängern und lange Axone projizieren, um geeignete Verbindungen zu anderen Hirnkernen herzustellen. Die Produktion neuer Neuronen war in vielen Teilen des Vogelgehirns offensichtlich, aber besonders in Bereichen, die an der Liederproduktion beteiligt waren (siehe Kasten B in Kapitel 24). Diese Beobachtungen zeigten, dass das erwachsene Gehirn zumindest einige neue Nervenzellen erzeugen und in neuronale Schaltkreise einbauen kann (siehe auch Kapitel 15).
Die Produktion neuer Neuronen im adulten Gehirn wurde nun an Mäusen, Ratten, Affen und schließlich Menschen untersucht. In allen Fällen waren die neuen Nervenzellen im ZNS von Säugetieren jedoch auf nur zwei Regionen des Gehirns beschränkt: (1) Die Granulatzellschicht des Riechkolbens; und (2) der Gyrus dentatus des Hippocampus. Darüber hinaus sind die neuen Nervenzellen in erster Linie lokale Schaltkreisneuronen oder Interneurone. Neue Neuronen mit Langstreckenprojektionen wurden nicht gesehen. Jede dieser Populationen im Riechkolben und Hippocampus wird anscheinend von nahe gelegenen Stellen in der Nähe der Oberfläche des Seitenventrikels erzeugt. Wie im Vogelgehirn verlängern die neugeborenen Nervenzellen Axone und Dendriten und werden in funktionelle synaptische Schaltkreise integriert. Offensichtlich findet eine begrenzte Produktion neuer Neuronen kontinuierlich in einigen spezifischen Loci statt.
Wenn sich Neuronen nicht teilen können (siehe Kapitel 22), wie erzeugt das erwachsene Gehirn diese Nervenzellen? Die Antwort ergab sich mit der Entdeckung, dass die subventrikuläre Zone, die Neuronen während der Entwicklung produziert, einige neuronale Stammzellen im Erwachsenen behält. Der Begriff „Stammzellen“ bezieht sich auf eine Population von Zellen, die sich selbst erneuern – jede Zelle kann sich symmetrisch teilen, um mehr Zellen wie sich selbst entstehen zu lassen, kann sich aber auch asymmetrisch teilen, was zu einer neuen Stammzelle plus einer oder mehreren differenzierten Zellen führt. In den letzten zehn Jahren haben mehrere Forschungsgruppen Stammzellen aus dem erwachsenen Gehirn isoliert, die sich in großer Zahl in Zellkultur vermehren können. Solche Zellen können dann dazu gebracht werden, sich in Neuronen und Gliazellen zu differenzieren, wenn sie geeigneten Signalen ausgesetzt werden. Viele dieser Signale vermitteln die neuronale Differenzierung in der normalen Entwicklung. Adulte Stammzellen können nicht nur aus der vorderen subventrikulären Zone (in der Nähe des Riechkolbens) und dem Gyrus dentatus isoliert werden, sondern auch aus vielen anderen Teilen des Vorderhirns, des Kleinhirns, des Mittelhirns und des Rückenmarks, obwohl sie an diesen Stellen anscheinend keine neuen Neuronen produzieren. Inhibitorische Signale in diesen Regionen können verhindern, dass Stammzellen Neuronen erzeugen.
Warum die Erzeugung von Neuronen im erwachsenen Gehirn so begrenzt ist, ist nicht bekannt. Die Tatsache, dass in einigen Regionen des erwachsenen Gehirns neue Neuronen erzeugt werden können, deutet jedoch darauf hin, dass dieses Phänomen im gesamten erwachsenen ZNS auftreten kann. Die Fähigkeit neu erzeugter Neuronen, sich in zumindest einige synaptische Schaltkreise zu integrieren, trägt zu den Mechanismen bei, die für die Plastizität im erwachsenen Gehirn verfügbar sind. Daher haben viele Forscher begonnen, die potenziellen Anwendungen der Stammzelltechnologie für die Reparatur von Schaltkreisen zu untersuchen, die durch traumatische Verletzungen oder degenerative Erkrankungen beschädigt wurden.