Οι ερευνητές της ανθρώπινης φυσιολογίας γνωρίζουν από καιρό ότι μεμονωμένα νευρικά κύτταρα, που ονομάζονται επίσης νευρώνες, είναι ένα από τα λίγα κύτταρα με δυνατότητα αναγέννησης και αυτο-επιδιόρθωσης. Ένα νευρικό κύτταρο μεταδίδει ηλεκτρικά σήματα μέσω μιας μακράς, δομικής προεξοχής που ονομάζεται άξονας. Όταν ο άξονας τραυματίζεται και διακόπτεται εντελώς, αρχίζει να αναγεννάται και να μεγαλώνει προς το άλλο άκρο του που είχε αποκοπεί προηγουμένως. Μέχρι το τέλος του 21ου αιώνα, πολλά είχαν μάθει για τη διαδικασία, αλλά με περιορισμένη επιστημονική βεβαιότητα για τον ακριβή μηχανισμό, οι ερευνητές ονόμασαν αυτό το στενά στοχευμένο πεδίο μελέτης, καθοδήγηση αξόνων.
Ένα νευρικό κύτταρο μπορεί να περιγραφεί ότι έχει τρία μέρη. Το κύριο σώμα του κυττάρου, που ονομάζεται σόμα του, έχει πολλές μικρές διακλαδισμένες προεξοχές που ονομάζονται δενδρίτες, οι οποίες λαμβάνουν τις χημικές υπογραφές ενός ηλεκτρικού σήματος. Για να μεταδώσει το σήμα, το soma παράγει ένα ηλεκτρικό φορτίο που πάλλεται κατά μήκος μιας άλλης μοναδικής προεξοχής, του αξόνου του. Είτε πρόκειται για έναν κινητικό νευρώνα για τον έλεγχο της κίνησης των μυών, είτε για έναν αισθητήριο νευρώνα για την ανίχνευση ενός γαργαλητού του δέρματος, ένας μόνο μικροσκοπικά λεπτός άξονας μπορεί να φτάσει από το δάχτυλο του ποδιού στη βάση της σπονδυλικής στήλης. Το θεμελιώδες ερώτημα της καθοδήγησης των αξόνων είναι πώς ο νευρώδης νευρώδης, ενεργός επιμήκης άξονας βρίσκει το δρόμο του στη σωστή, εξαιρετικά ακριβή, τερματική θέση.
Η λανθασμένη εικασία ότι ένα κύτταρο είναι εσωτερικά προ-προγραμματισμένο απορρίπτεται, καθώς κάθε κύτταρο περιέχει το ίδιο σύνολο γενετικών οδηγιών. Το συμπέρασμα είναι ότι πρέπει να είναι ένα εξωτερικό σήμα, πιθανότατα χημικό, ότι εισέρχεται ένας άξονας. Κατά συνέπεια, η άκρη ενός αναπτυσσόμενου νευράξονα πρέπει να περιέχει έναν υποδοχέα για την αναγνώριση του σήματος. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτός είναι ένας από τους κύριους παράγοντες καθοδήγησης των αξόνων.
Η άκρη ενός αναπτυσσόμενου ή αναγεννητικού άξονα ονομάζεται κώνος ανάπτυξης. Αυτό έχει βρεθεί ότι αναπτύσσει ασυνήθιστες, πολύ μικρές προεξοχές που ονομάζονται filopodia, οι οποίες έρχονται σε επαφή με τον περιβάλλοντα ιστό. Αναζητούν χημικές ουσίες που ονομάζονται μόρια προσκόλλησης κυττάρων, που βρίσκονται κυρίως στα κυτταρικά τοιχώματα ορισμένων τύπων ιστού, τα οποία σηματοδοτούν τον άξονα να προσκολληθεί σε αυτό το σημείο και να συνεχίσει την αναζήτηση. Καθοδηγούμενος έτσι, ένας άξονας αναγέννησης μπορεί να μεγαλώσει έως και 0.08-0.2 ίντσες (2-5 mm) την ημέρα.
Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι κάθε φιλοπόδια όχι μόνο έλκεται από ορισμένες χημικές ουσίες, αλλά και απωθείται από άλλες. Η ανίχνευση αυτών των χημικών ουσιών είτε επιταχύνει είτε επιβραδύνει το ρυθμό ανάπτυξης των αξόνων, και η σχετική ανίχνευση από κάθε φιλοπόδια έχει ως αποτέλεσμα ασύμμετρη ανάπτυξη. Ο άξονας καθοδηγείται χημικά για να αναπτυχθεί σε σταδιακά διορθωμένες κατευθύνσεις. Ωστόσο, μια δυσκολία με αυτό το μοντέλο καθοδήγησης αξόνων είναι ότι οι ερευνητές καταγράφουν πολλές βιολογικές χημικές ουσίες στις οποίες αντιδρά ο κώνος ανάπτυξης.
Εντελώς φυσικά, η εμβρυολογία ή η μελέτη της πρώιμης ανάπτυξης ενός οργανισμού, διασταυρώνει την έρευνα στην καθοδήγηση των αξόνων. Μια θεωρία που προέρχεται από την παρατήρηση των αυγών κοτόπουλων και βατράχων προτείνει ότι οι νευράξονες αναπτύσσονται σύμφωνα με μια χωρική τοπογραφία. Η σχετική διασπορά των χημικών ενδείξεων από το πλήθος των κοντινών νευρικών κυττάρων λειτουργεί ως ένα είδος μαγνητικής ευθυγράμμισης για να οργανώσει την κατεύθυνση ανάπτυξης του άξονα. Μια άλλη θεωρία σημειώνει ότι η αμφίπλευρη συμμετρία των πιο πολύπλοκων ζώων επιβάλλει στους νευράξονες να συναντήσουν σημεία απόφασης, που ονομάζονται commisures, για να τα κατευθύνουν σε ριζικά συγκεκριμένες κατευθύνσεις, όπως δεξιά ή αριστερά. Υπάρχουν ενδείξεις για ορισμένους τύπους κυττάρων που ονομάζονται κύτταρα καθοδήγησης που περιλαμβάνουν άλλα αναπτυσσόμενα νευρικά κύτταρα, τα οποία έχουν αυτό το αποτέλεσμα.
Το ανθρώπινο νευρικό σύστημα μπορεί να υποδιαιρεθεί στο κεντρικό νευρικό σύστημα, που αποτελείται από τον εγκέφαλο και τον νωτιαίο μυελό και το περιφερικό νευρικό σύστημα που διακλαδίζεται σε όλο το σώμα. Υπάρχουν πολλά να μάθετε για το πώς τα νευρικά κύτταρα του εγκεφάλου και του νωτιαίου μυελού αναγεννούνται και επισκευάζονται. Θεωρείται ότι η καλύτερη κατανόηση της πιο εύκολα παρατηρήσιμης διαδικασίας αναγέννησης των περιφερικών νεύρων θα οδηγήσει σε πιθανές θεραπείες για τραυματισμούς του εγκεφάλου και της σπονδυλικής στήλης.