La neurogenèse désigne deux phénomènes distincts mais liés qui conduisent à la formation du système nerveux. D'une part, la neurogenèse désigne la création par mitose de nouvelles cellules neuronales dans le cerveau ; c'est le sens décrit dans cet article. D'autre part, la neurogenèse peut désigner la mise en place des principales structures du système nerveux au cours du développement mais on préfère alors le terme moins équivoque de neurodéveloppement.
Les neurones sont formés par induction neurale du feuillet ectodermique par le mésoderme sous-jacent formé durant la gastrulation. L'expression de mélocules (BMPs et Wnt) dans l'ectoderme entraîne sa différenciation en épiderme. Pour former du tissus nerveux, l'interaction entre ces molécules et leurs récepteurs doit être inhibée, ce qui est rendu possible par la sécrétion d'inhibiteurs diffusibles produits par le mésoderme.
Le processus de neurulation fait suite, permettant la formation du tube neural. La fermeture s'effectue d'abord au niveau thoracique puis s'étend de part et d'autre. Elle est complète à 28 jours chez l'embryon humain et des défauts de celle-ci entraînent des défauts du tube neural tel l'anencéphalie et le spina bifida, selon la localisation de l'ouverture résiduelle.
Contrairement au dogme de la fixité neuronale formulé par Santiago Ramón y Cajal, de nouvelles cellules neuronales sont générées dans le cerveau adulte chez la plupart des espèces (mammifères, oiseaux (canaris), poissons (poisson zèbre), cnidaires (éponge), insectes (grillon). La neurogenèse se déroule principalement dans deux régions du cerveau adulte : le gyrus dentelé de l’hippocampe et la région sous-ventriculaire, chez différentes espèces, dont l’homme.
Dès 1960, la formation de nouveaux neurones dans une partie de l'hippocampe avait été suspectée pendant la vie post-natale et chez le jeune adulte. En 1998, Elizabeth Gould de l'université de Princeton démontre la neurogenèse dans une partie spécifique de l'hippocampe du singe adulte. Ce même phénomène est observé par l'équipe de Freg Gage au Salk Institute de Californie chez l'être humain.
Les cellules souches neurales sont des cellules multipotentes, capables de se renouveler. En 1992, Reynolds et Weiss ont été les premiers à isoler des cellules souches et progénitrices neurales à partir du striatum, contenant la région sous-ventriculaire, de cerveaux de souris adultes . Depuis, des cellules souches et progénitrices ont été isolées à partir d’autres régions du système nerveux centrale, dont la moelle épinière, à partir de différentes espèces dont l’homme.
Le facteur de croissance épidermique (EGF) et le facteur de croissance fibroblastique (FGF) sont des facteurs de prolifération des cellules souches et progénitrices in vitro, mais d’autres facteurs synthétisés par les cellules souches et progénitrices en culture sont nécessaires pour leur expansion. La neurogenèse dans le cerveau adulte se produirait à partir de cellules souches neurales. L’origine et l’identité de ces cellules restent à déterminer.