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廣泛分布於中樞神經系統內的，除了神經元以外的所有細胞。又稱神經膠質。具有支持、滋養神經元的作用，也有吸收和調節某些活性物質的功能。膠質細胞雖有突起，但不具軸突，也不產生動作電位。神經膠質細胞有分裂的能力，還能夠吞噬因損傷而解體破碎的神經元，並能修補填充、形成瘢痕。大腦和小腦發育中細胞構築的形成都有賴膠質細胞作前導，提供原初的框架結構。神經軸突再生過程必須有膠質細胞的導引才能成功。
分類神經膠質細胞，包括星形細胞、寡突細胞及小膠質細胞3種。前兩者起源於神經系統發育期的室管膜神經上皮細胞（外胚層），小膠質細胞則起源於中胚層。在中樞神經系統內，神經膠質細胞的數量遠遠超過神經元，有人估計人類中樞神經系統中數量比約10∶1，在大腦皮層中約為2∶1。由於膠質細胞比神經元小得多，估計只占神經組織全部體積的1／2。
①星形細胞。最大的神經膠質細胞，胞體直徑3～5微米，核呈圓球形常位於中央，淡染。它有許多長突起，其中一個或幾個伸向鄰近的毛細血管，突起的末端膨大形成血管足突，圍繞血管的內皮基膜形成一層膠質膜。某些星形細胞突起還附著在腦、脊髓軟膜和室管膜的下膜上，把軟膜、室管膜與神經元分隔開。星形細胞又分為原漿型和纖維型兩種。
②寡突細胞。比星形細胞小，直徑1～3微米，突起也比其他膠質細胞少而短，無血管足，胞漿中不生成纖維，但較星形細胞有更多的線粒體。寡突細胞在灰質和白質中都有，在灰質中緊靠神經元周圍稱為衛星細胞。人類中樞神經系統每個神經元輔有的寡突細胞數量最多。神經元的衛星細胞在對損傷起反應時數量增加，並能吞噬它們本身的髓鞘變性產物。在白質中寡突細胞在有髓鞘纖維之間成行出現。中樞神經組織的髓鞘是由寡突細胞突起形成的，因此，其功能與外周神經的許旺氏細胞相同。一個寡突細胞可以其不同的突起，形成多極神經纖維結間部位的鞘膜（可多至20個）。
③小膠質細胞。體小緻密呈長形。核中染色質甚濃，核隨細胞體的長軸亦呈長形。小膠質細胞的數量雖不多，但在灰、白質中都有，有些吞噬的小膠質細胞顯然來自血細胞的生成中的單核細胞幹細胞，而不是神經起源的，在受傷後出現許多侵入的噬食細胞。正常情況下星形細胞有清除細胞碎片的噬食功能。
功能始初，人們認為膠質細胞屬於結締組織，其作用僅是連線和支持各種神經成分。其實神經膠質還起著分配營養物質的作用，在形態、化學特徵和胚胎起源上都不同於普通結締組織。神經元不能直接從微血管取得營養而要經過膠質細胞的轉運。膠質細胞可能是構成血腦屏障的重要組分，它對正常神經元的生長和分化也是必不可少的。
膠質細胞可以吸收或釋放某些遞質，如γ-氨基丁酸（GABA）、乙醯膽鹼（ACh）。使用適當阻斷攝取的藥物，可使生物胺和GABA的遞質作用延長和加強。隨著神經元的活動，其周圍神經膠質細胞也呈現慢的電位變化。神經膠質細胞的電位變化，影響到用來解釋神經活動的各種場電位記錄。
