Otak bayi mengandung sekitar 100 miliar neuron, atau sel saraf, yang sudah terhubung jalur yang dirancang untuk menjalankan fungsi yang terkait dengan sensasi, persepsi, dan perilaku motorik serta mengatur sistem internal seperti respirasi, sirkulasi, pencernaan, dan kontrol suhu. Menurut Singer dan kolehanya, organisasi fundamental otak tidak berubah setelah lahir, tetapi detailnya struktur menunjukkan plastisitas (Newman & Newman, 2012: 142).
Plastisitas otak atau neuroplastisitas mengacu pada kemampuan otak untuk berubah, baik secara fisik maupun kimiawi, sehingga menyebabkan peningkatan kemampuan beradaptasi terhadap perubahan lingkungan dan mengkompensasi cedera. Neuron memiliki kapasitas yang luar biasa untuk mengatur ulang dan memperluas diri untuk menjalankan fungsi-fungsi khusus ini sebagai tanggapan terhadap kebutuhan organisme, dan untuk memperbaiki kerusakan (Lally & Valentine-French, 2019: 73).Â
Akibatnya, otak terus menerus menciptakan saraf baru dan peningkatan jalur komunikasi antar neuron. Baik pengalaman lingkungan, seperti stimulasi dan peristiwa dalam tubuh seseorang, seperti hormon dan gen, memengaruhi otak. Begitu pula usia, otak orang dewasa menunjukkan neuroplastisitas, meskipun tidak sefleksibel bayi dan anak-anak. Neuroplastisitas, menurut Sousa (2012: 6), terus berlangsung selama kita hidup namun berlangsung luar biasa cepat khususnya di tahun-tahun awal kehidupan, dengan demikian, pengalaman yang didapatkan otak muda di rumah dan di sekolah membantu membentuk sirkuit neural yang akan menentukan apa dan bagaimana cara otak belajar di sekolah dan masa-masa selanjutnya.
1. Perkembangan Neuron
Sistem saraf pusat, yang meliputi otak dan sumsum tulang belakang dan terdiri dari dua tipe dasar sel: neuron atau sel saraf dan sel glial (glial cells).  Neuron adalah sel dalam sistem saraf yang berkomunikasi satu sama lain untuk melakukan tugas pemrosesan informasi (Schacter et al., 2016: 88). Neuron merupakan unit fundamental dari otak dan sistem saraf, sel yang bertanggung jawab untuk menerima masukan sensorik dari dunia luar, untuk mengirimkan perintah motorik ke otot, dan untuk mentransformasikan serta menyampaikan sinyal listrik di setiap bagian.  Sebagian besar neuron berkomunikasi hanya dengan neuron lain, namun, sebagian kecil menerima sinyal dari luar sistem saraf (dari organ sensorik) atau membawa pesan dari sistem saraf ke otot-otot yang menggerakkan tubuh (Weiten, 2017: 66). Gambar 2 menunjukkan neuron dan bagian-bagiannya (badan sel, akson, dan dendrit).
Neuron memiliki tiga bagian dasar: badan sel dan dua ekstensi yang disebut akson (axon) dan dendrit (dendrite). Di dalam badan sel terdapat inti, yang mengontrol aktivitas sel dan mengandung materi genetik sel. Akson terlihat seperti ekor panjang dan mengirimkan pesan dari sel. Dendrit terlihat seperti cabang pohon dan menerima pesan untuk sel. Neuron berkomunikasi satu sama lain dengan mengirimkan bahan kimia, yang disebut neurotransmiter (neurotransmitters), melintasi ruang kecil, yang disebut sinapsis (synapse), antara akson dan dendrit neuron yang berdekatan.
Seperti neuron, sel glial adalah sel yang memiliki fungsi penting dari sistem saraf pusat. Semula, para ilmuwan mengira sel glial berfungsi seperti lem, hanya untuk menahan neuron di tempatnya. Namun, sekarang mereka  telah berhasil mengungkap bahwa fungsi sel glial adalah bukan hanya perekat otak, tetapi  secara aktif berpartisipasi dalam memberikan nutrisi ke neuron dan mengatur cairan ekstraseluler otak, terutama neuron di sekitarnya dan sinapsisnya.Â
Studi terbaru menunjukkan bahwa sel glial berbentuk bintang, disebut astrosit (astrocytes) berperan dalam mengatur kecepatan neuron, dan dengan menempelkan dirinya pada pembuluh darah (yang terdapat dalam otak), astrosit juga bertindak membentuk pelindung otak, yang berperan melindungi sel-sel otak dari substansi-substansi berbahaya yang dibawa darah, yang dapat mengganggu aktivitas seluler (Sousa, 2012: 27).
Otak manusia memiliki 100 hingga 200 miliar neuron atau sel saraf penyimpan dan pengirim informasi, yang kebanyakan memiliki ribuan sambungan langsung dengan neuron lainnya, dan diantara neuron-neuron terdapat sinapsis, merupakan sela halus tempat serat-serat dari neuron berbeda saling  mendekat tetapi tidak sampai bersentuhan (Berk, 2012: 156). Saat lahir, sebagian besar neuron di otak bayi memiliki koneksi yang relatif sedikit ke neuron lain. Namun, selama dua tahun pertama kehidupan, otak bayi akan membangun miliaran koneksi baru antar neuron. Â
Neuron berubah dalam dua cara yang sangat signifikan selama masa bayi. Pertama, mielinasi (myelination), yaitu proses membungkus akson dengan sel-sel lemak atau mielein (myelin), dimulai sebelum lahir dan berlanjut setelah lahir, bahkan hingga remaja, dan kedua, konektivitas antar neuron meningkat, menciptakan jalur saraf baru (Santrock, 2011: 115). Mielin dibentuk oleh sejenis sel glial, dan membungkus akson neuron untuk mempercepat transmisi potensial aksi di sepanjang akson. Seiring dengan bertambahnya usia bayi, yang diikuti dengan bertambahnya pengalaman dan proses belajar,  jaringan neuron menjadi lebih kompleks.  Semakin meningkatnya koneksi antar nuron menyebabkan berbagai kemampuan bayi mengalami peningkatan. Kompleksitas koneksi saraf terus meningkat sepanjang hidup.
