Badacze fizjologii człowieka od dawna wiedzą, że pojedyncze komórki nerwowe, zwane również neuronami, są jedną z niewielu komórek, które mają zdolność regeneracji i samonaprawy. Komórka nerwowa przekazuje sygnały elektryczne przez długi, strukturalny występ zwany jej aksonem. Kiedy akson zostaje uszkodzony i całkowicie zerwany, zaczyna się regenerować i rosnąć w kierunku swojego wcześniej odciętego drugiego końca. Na przełomie XXI wieku wiele nauczono się o tym procesie, ale z ograniczoną naukową pewnością co do dokładnego mechanizmu, naukowcy nazwali tę wąsko ukierunkowaną dziedzinę badań aksonami.
Komórkę nerwową można opisać jako składającą się z trzech części. Główny korpus komórki, zwany jej somą, ma wiele małych, rozgałęzionych wypustek zwanych dendrytami, które odbierają chemiczne sygnatury sygnału elektrycznego. Aby przekazać sygnał, soma generuje ładunek elektryczny, który pulsuje wzdłuż innego pojedynczego występu, jego aksonu. Niezależnie od tego, czy jest to neuron ruchowy kontrolujący ruch mięśni, czy neuron czuciowy wykrywający łaskotanie skóry, pojedynczy mikroskopijnie cienki akson może sięgać od palca stopy do podstawy kręgosłupa. Podstawowym pytaniem dotyczącym prowadzenia aksonów jest to, w jaki sposób rosnący, aktywnie wydłużający się nerw znajduje drogę do właściwego, niezwykle precyzyjnego, końcowego miejsca.
Błędne przypuszczenie, że komórka jest zaprogramowana wewnętrznie, jest odrzucane, ponieważ każda komórka zawiera ten sam zestaw instrukcji genetycznych. Wniosek jest taki, że musi to być sygnał zewnętrzny, najprawdopodobniej chemiczny, do którego zmierza akson. W konsekwencji wierzchołek rosnącego aksonu musi zawierać receptor, aby rozpoznać sygnał. Naukowcy uważają, że jest to jeden z głównych czynników napędzających kierowanie aksonami.
Rosnąca lub regenerująca się końcówka aksonu nazywana jest stożkiem wzrostu. Odkryto, że rozwijają się niezwykłe, bardzo małe wypustki zwane filopodiami, które stykają się z otaczającą tkanką. Szukają substancji chemicznych zwanych cząsteczkami adhezyjnymi komórek, które znajdują się głównie na ścianach komórkowych niektórych rodzajów tkanek, które sygnalizują aksonowi przyleganie do tego miejsca i kontynuowanie poszukiwań. Kierując się w ten sposób, regenerujący się akson może rosnąć nawet o 0.08-0.2 cala (2-5 mm) dziennie.
Naukowcy odkryli, że każda filopodia jest nie tylko przyciągana przez niektóre chemikalia, ale także odpychana przez inne. Wykrywanie tych substancji chemicznych przyspiesza lub spowalnia tempo wzrostu aksonów, a zatem względne wykrywanie z każdej filopodii skutkuje asymetrycznym wzrostem. Akson jest chemicznie kierowany, aby rosnąć w stopniowo poprawianych kierunkach. Jednak jedną z trudności związanych z tym modelem prowadzenia aksonów jest to, że naukowcy katalogują liczne biologiczne substancje chemiczne, na które reaguje stożek wzrostu.
Całkiem naturalnie, embriologia lub badanie wczesnego rozwoju organizmu przecinają badania nad kierowaniem aksonami. Jedna z teorii wywodząca się z obserwacji jaj kurcząt i żab sugeruje, że aksony rosną zgodnie z topografią przestrzenną. Względne rozproszenie sygnałów chemicznych z wielu pobliskich komórek nerwowych działa jak rodzaj magnetycznego wyrównania, organizując kierunek wzrostu aksonu. Inna teoria mówi, że dwustronna symetria najbardziej złożonych zwierząt wymaga, aby aksony napotykały punkty decyzyjne, zwane komisury, aby skierować je w radykalnie określonych kierunkach, takich jak prawo lub lewo. Istnieją dowody na istnienie pewnych typów komórek zwanych komórkami drogowskazów, które obejmują inne rosnące komórki nerwowe, które mają taki efekt.
Układ nerwowy człowieka można podzielić na ośrodkowy układ nerwowy, składający się z mózgu i rdzenia kręgowego, oraz obwodowy układ nerwowy, który rozgałęzia się po całym ciele. Jest wiele do nauczenia się na temat regeneracji i naprawy komórek nerwowych mózgu i rdzenia kręgowego. Zakłada się, że lepsze zrozumienie łatwiej obserwowalnego procesu regeneracji nerwów obwodowych doprowadzi do potencjalnych terapii urazów mózgu i kręgosłupa.