Histoire des neurosciences

Histoire des neurosciences

Illustration tirée de Gray's Anatomy (1918) d'une vue latérale du cerveau humain, montrant l'hippocampe, entre autres structures neuroanatomiques

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L'histoire des neurosciences retrace l'évolution des connaissances relatives au système nerveux central et périphérique des organismes vivants. La majorité de ces connaissances provient de l'étude scientifique du cerveau humain réalisée au cours des siècles passés.

Le cerveau humain

L'étude la plus ancienne du système nerveux remonte à l'Égypte ancienne. La trépanation, pratique chirurgicale consistant à percer ou à gratter un trou dans le crâne dans le but de soigner des traumatismes crâniens ou des troubles mentaux, ou de soulager la pression crânienne, a été enregistrée pour la première fois au cours de la période néolithique. Des manuscrits datant de 1700 av. J.-C. indiquent que les Égyptiens avaient une certaine connaissance des symptômes des lésions cérébrales^[1].

Les premières opinions concernant la fonction du cerveau en faisaient comme une sorte de rembourrage de la boîte crânienne. En Égypte, à partir de la fin du Moyen Empire, une époque à laquelle on pensait que le cœur était le siège de l'intelligence. Hérodote, au ve siècle av. J.-C. relate que la première étape de la momification est l'extraction du cerveau en laissant intacte la boîte crânienne : « D'abord ils tirent la cervelle par les narines, en partie avec un ferrement recourbé, en partie par le moyen des drogues qu'ils introduisent dans la tête »^[2].

L'idée selon laquelle le cœur serait la source de la conscience n'est pas remise en question avant Hippocrate en Grèce antique. Celui-ci pense que le cerveau n'est pas seulement impliqué dans les sensations - puisque la plupart des organes spécialisés (par exemple, les yeux, les oreilles, la langue) sont situés dans la tête près du cerveau - mais qu'il est également le siège de l'intelligence^[3]. Platon dans Timée suppose lui-aussi que le cerveau est le siège de la partie rationnelle de l'âme^[4].

Ce point de vue est généralement accepté jusqu'à ce que le médecin romain Galien, disciple d'Hippocrate et médecin des gladiateurs, observe que ses patients perdaient leurs facultés mentales lorsqu'ils avaient subi des lésions cérébrales^[5].

Abulcasis, Averroès, Avicenne, Avenzoar et Maïmonide, actifs dans le monde musulman médiéval, décrivent un certain nombre de problèmes médicaux liés au cerveau. Dans l'Europe de la Renaissance, Vesalius (1514-1564), René Descartes (1596-1650), Thomas Willis (1621-1675) et Jan Swammerdam (1637-1680) ont également apporté plusieurs contributions aux neurosciences.

Ce n'est au début du XIX^e siècle, en 1815, que Jean Pierre Flourens a l'idée de provoquer des lésions localisées du cerveau chez des animaux vivants afin d'observer leurs effets sur la motricité, la sensibilité et le comportement. Un peu plus tard, les observations cliniques de Marc Dax en 1836 puis de Paul Broca en 1865 sur des patients ayant des lésions cérébrales suggèrent que des régions précises du cerveau assurent certaines fonctions. À l'époque, ces résultats sont considérés comme une confirmation de la théorie de Franz Joseph Gall selon laquelle le langage et certaines fonctions psychologiques sont localisés dans des zones spécifiques du cortex cérébral^[6],[7].

La coloration de Golgi permet pour la première fois de visualiser des neurones individuels.

Les études du cerveau se perfectionnent avec l'invention du microscope et le développement d'une procédure de coloration par Camillo Golgi à la fin des années 1890. Cette procédure utilise un sel de chromate d'argent pour révéler les structures complexes des neurones individuels. Sa technique est ensuite reprise par Santiago Ramón y Cajal et conduit ce dernier à proposer la théorie du neurone, hypothèse selon laquelle l'unité fonctionnelle du cerveau est le neurone^[8]. Golgi et Ramón y Cajal se partagent le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1906 pour leurs observations, descriptions et catégorisations approfondies des neurones dans l'ensemble du cerveau.

L'hypothèse des localisation fonctionnelles cérébrales est confirmée par les observations de patients épileptiques menées par John Hughlings Jackson, qui déduit correctement l'organisation du cortex moteur en observant la progression des crises à travers le corps. Carl Wernicke développe la théorie de la spécialisation de structures cérébrales spécifiques dans la compréhension et la production du langage. La recherche moderne, grâce aux techniques de neuroimagerie, continue à se référer aux aires de Brodmann, c'est-à-dire à la carte cytoarchitectonique cérébrale (se référant à l'étude des structures cellulaires selon les définitions anatomiques de l'époque), que des zones distinctes du cortex sont activées lors de l'exécution de tâches spécifiques^[9].

Débuts de l'électrophysiologie

Les travaux pionniers de Luigi Galvani à la fin des années 1700 ouvrent la voie à l'étude de l'excitabilité électrique des muscles et des neurones. En 1843, Emil du Bois-Reymond démontre la nature électrique du signal nerveux^[10], dont Hermann von Helmholtz mesure la vitesse de propagation^[11] et en 1875 Richard Caton démontre l'exitence de phénomènes électriques dans les hémisphères cérébraux de lapins et de singes^[12]. Adolf Beck publie en 1890 des observations similaires sur l'activité électrique spontanée du cerveau de lapins et de chiens^[13].

Individualisation des neurosciences au XXe siècle

Au cours du XX^e siècle, les neurosciences commencent à être reconnues comme discipline académique distincte, plutôt que comme l'étude du système nerveux parmi d'autres disciplines. Eric Kandel et ses collaborateurs citent David Rioch (en), Francis Schmitt et Stephen Kuffler comme ayant joué un rôle essentiel dans l'établissement du domaine^[14]. Rioch est à l'origine de l'intégration de la recherche anatomique et physiologique fondamentale avec la psychiatrie clinique au Walter Reed Army Institute of Research, à partir des années 1950. Au cours de la même période, Schmitt a mis en place un programme de recherche en neurosciences au sein du département de biologie du Massachusetts Institute of Technology, réunissant la biologie, la chimie, la physique et les mathématiques. Le premier département autonome de neurosciences (alors appelé Psychobiologie) a été fondé en 1964 à l'Université de Californie, Irvine par James McGaugh (en)^[15]. Il est suivi par la fondation en 1966 du Department of Neurobiology, Harvard Medical School (en), par Stephen Kuffler^[16].

Modèles d'homoncules sensoriels et moteurs tridimensionnels au musée d'histoire naturelle de Londres.

Dans le cadre du traitement de l'épilepsie, Wilder Penfield réalise des cartes de l'emplacement des différentes fonctions (motrice, sensorielle, mémoire, vision) dans le cerveau^[17],[18]. Il a résumé ses découvertes dans un livre de 1950 intitulé The Cerebral Cortex of Man^[19]. Wilder Penfield et ses cochercheurs Edwin Boldrey et Theodore Rasmussen sont considérés comme les initiateurs de l'homoncule cortical^[20].

La compréhension des neurones et du fonctionnement du système nerveux est devenue de plus en plus précise et moléculaire au cours du XXe siècle. Par exemple, en 1952, Alan Lloyd Hodgkin et Andrew Huxley ont présenté un modèle mathématique pour la transmission des signaux électriques dans les neurones de l'axone géant d'un calmar, qu'ils ont appelé potentiels d'action, et la manière dont ils sont initiés et propagés, connu sous le nom de modèle de Hodgkin-Huxley. En 1961-1962, Richard FitzHugh et J. Nagumo ont simplifié Hodgkin-Huxley, dans ce qui est appelé le FitzHugh–Nagumo model (en). En 1962, Bernard Katz modélise la neurotransmission à travers l'espace entre les neurones, connu sous le nom de synapses. À partir de 1966, Eric Kandel et ses collaborateurs examinent les changements biochimiques dans les neurones associés à l'apprentissage et au stockage de la mémoire chez l'aplysie. En 1981, Catherine Morris et Harold Lecar combinent ces modèles dans le Morris-Lecar model (en). Ces travaux, de plus en plus quantitatifs, ont donné naissance à de nombreux modèles de neurones biologiques et Models of neural computation (en).

Articles connexes

• Histoire de la neurologie
• Histoire de l'électrophysiologie

Références

1. (en) Wael M.Y. Mohamed, « The Edwin Smith Surgical Papyrus: Neuroscience in Ancient Egypt », IBRO History of neuroscience,‎ 2008 (lire en ligne )
2. Hérodote (trad. du grec ancien par Pierre-Henri Larcher), Histoires : Livre II (Euterpe), 1850 (1^re éd. v. 445 av. J.-C.) (lire en ligne), p. 178
3. (en) Breitenfeld T, Jurasic MJ et Breitenfeld D, « Hippocrates: the forefather of neurology », Neurological Sciences, vol. 35,‎ 2014, p. 1349-52 (DOI 10.1007/s10072-014-1869-3, lire en ligne)
4. Platon (trad. du grec ancien par Émile Chambry), Timée, 45e, 1992 (1^re éd. v. 358 av. J.-C.) (lire en ligne), p. 423
5. (en) Freemon FR, « Galen's ideas on neurological function », J Hist Neurosci, vol. 3,‎ 1994, p. 263-271 (DOI 10.1080/09647049409525619, lire en ligne)
6. (en) Greenblatt SH, « Phrenology in the science and culture of the 19th century », Neurosurgery, vol. 37, n^o 4,‎ 1995, p. 790–805 (PMID 8559310, DOI 10.1227/00006123-199510000-00025)
7. (en) Bear MF, Connors BW et Paradiso MA, Neuroscience: Exploring the Brain, Philadelphia, Lippincott Williams & Wilkins, 2001, 2nd éd. (ISBN 978-0-7817-3944-3)
8. (en) R Guillery, « Observations of synaptic structures: origins of the neuron doctrine and its current status », Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci, vol. 360, n^o 1458,‎ juin 2005, p. 1281–307 (PMID 16147523, PMCID 1569502, DOI 10.1098/rstb.2003.1459)
9. (en) Kandel ER, Schwartz JH et Jessel TM, Principles of Neural Science, New York, McGraw-Hill, 2000, 4th éd. (ISBN 978-0-8385-7701-1)
10. (en) Gabriel Finkelstein, Emil du Bois-Reymond : Neuroscience, Self, and Society in Nineteenth-Century Germany, Cambridge ; London, The MIT Press, 2013, 72-74, 89-95 (ISBN 9780262019507)
11. (en) David W. Harrison, Brain Asymmetry and Neural Systems Foundations in Clinical Neuroscience and Neuropsychology, Springer International Publishing, 2015, 15–16 p. (ISBN 978-3-319-13068-2)
12. (en) « Caton, Richard - The electric currents of the brain », sur echo.mpiwg-berlin.mpg.de (consulté le 21 décembre 2018)
13. (en) Coenen, Anton, Edward Fine et Oksana Zayachkivska, « Adolf Beck: A Forgotten Pioneer In Electroencephalography », Journal of the History of the Neurosciences, vol. 23, n^o 3,‎ 2014 pages=276–286 (PMID 24735457, DOI 10.1080/0964704x.2013.867600, S2CID 205664545)
14. (en) W.M. Cowan, D.H. Harter et E.R. Kandel, « The emergence of modern neuroscience: Some implications for neurology and psychiatry », Annual Review of Neuroscience, vol. 23,‎ 2000, p. 345–346 (PMID 10845068, DOI 10.1146/annurev.neuro.23.1.343)
15. (en) Larry R. Squire, The history of neuroscience in autobiography, vol. 4, Washington DC, Society for Neuroscience, 1996 (ISBN 0916110516, OCLC 36433905), « James McGaugh », p. 410
16. (en) « Histoire - Département de neurobiologie » [archive du 27 septembre 2019] (consulté le 17 octobre 2017)
17. Wilder Penfield redrew the map of the brain — by opening the heads of living patients
18. (en) R. Kumar et V. K. Yeragani, « Penfield – A great explorer of psyche-soma-neuroscience », Indian Journal of Psychiatry, vol. 53, n^o 3,‎ 2011, p. 276–278 (PMID 22135453, PMCID 3221191, DOI 10.4103/0019-5545.86826 )
19. (en) G. D. Schott, « Penfield's homunculus : A note on cerebral cartography », Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry, vol. 56, n^o 4,‎ 1993, p. 329-333 (PMID 8482950, PMCID 1014945, DOI 10.1136/jnnp.56.4.329, lire en ligne)
20. (en) Fadwa Cazala, Nicolas Vienney et Serge Stoléru, « The cortical sensory representation of genitalia in women and men: a systematic review », Socioaffective Neuroscience & Psychology, vol. 5,‎ 10 mars 2015, p. 26428 (PMID 25766001, PMCID 4357265, DOI 10.3402/snp.v5.26428)

Liens externes

• Jean-Gaël Barbara et Giuseppe Gangarossa, « Club d'histoire des neurosciences », sur biusante.parisdescartes.fr, site de la bibliothèque de la faculté de médecine de Paris, 10 janvier 2017 (consulté le 17 février 2024)

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