神經繫統的發育領先於其他各繫統的發育。
腦發育：腦的生長是形態發育和結構功能逐漸成熟的過程，主要是神經細胞體積的增大和與之相連的突觸數量的增加。新生兒腦重約為390克，相當於體重的10%～12%，此時神經細胞數目已與成人相同，但其樹突與軸突少而短。8周的胚胎已形成大腦皮質，腦皮質形態發育優於功能。大腦皮質增值持續到生後5個月，小腦皮質到1歲。3歲時腦發育基本完成，8歲接近成人水平。
腦功能發育：大腦皮質是集中各功能體繫的最高中樞，新生兒大腦皮層及新紋狀體未發育成熟，而皮層下中樞如丘腦、蒼白球已發育成熟，故3～4個月前的嬰兒肌張力較高，出現不自主蠕動動作、興奮與抑制易擴散等皮下中樞優勢的表現，隨著大腦皮質逐漸發育成熟出現對皮質下中樞的抑制作用。嬰兒右腦發育領先，可能與小嬰兒大運動與感知覺領先發育有關。腦的不同功能向一側半球集中是兒童腦結構和認知發育的主要特征。新生兒腦皮質尚未發育成熟發揮作用時，網狀激活繫統使新生兒覺醒時間短，嬰兒期網狀激活繫統保持嬰兒清醒狀態，參與調節嬰兒身體的全部運動活動。2～3歲小腦尚未發育完善，6歲達到成人水平。
髓鞘發育神經纖維的髓鞘化是傳導功能成熟的一個顯著標志。神經纖維髓鞘形成的順序是：感覺神經纖維先於運動神經纖維，腦神經髓鞘化優於脊神經。1.5歲時腦神經已基本完全髓鞘化。神經髓鞘的形成和發育約在4歲左右完成，在此之前，尤其在嬰兒期，各種刺激引起的神經衝動傳導緩慢，且易於泛化；不易形成興奮灶，易疲勞而進入睡眠狀態。
神經反射發育：兒童神經反射有終身存在的反射（如淺反射、腱反射），也有出生時脊髓的固有反射，即原始反射（如擁抱反射、覓食反射、吸吮反射等）。新生兒的活動主要是原始反射，隨著大腦皮層的發育，3～4個月齡嬰兒的原始神經反射應逐漸消退。條件反射是在生後生活的過程中經過反復刺激形成的，2歲以後不僅可以利用第一信號繫統形成條件反射，還可以利用第二信號繫統形成條件反射，條件反射可幫助兒童建立較好的生活習慣。
睡眠發育：新生兒晝夜睡眠時間相等，睡眠周期為50分鐘，3～4小時連續睡眠後可有1～2小時的清醒。1～2月齡嬰兒已隨著光線變化調整睡眠，2～3個月是建立晝夜睡眠規律的關鍵時期。嬰兒較易進入深睡眠時，提示嬰兒睡眠發育逐漸成熟。夜醒對嬰兒生存有意，有利於避免危險發生。
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