Histoire des neurosciences - History of neuroscience

Des momifications égyptiennes antiques à la recherche scientifique du XVIIIe siècle sur les "globules" et les neurones , il existe des preuves de la pratique des neurosciences tout au long des premières périodes de l'histoire. Les premières civilisations manquaient de moyens adéquats pour acquérir des connaissances sur le cerveau humain. Leurs hypothèses sur le fonctionnement interne de l'esprit n'étaient donc pas exactes. Les premiers points de vue sur la fonction du cerveau considéraient qu'il s'agissait d'une sorte de « bourrage crânien ». Dans l'Egypte ancienne, à partir de la fin du Moyen Empire , en vue de la momification, le cerveau était régulièrement retiré, car c'était le cœur qui était supposé être le siège de l'intelligence. Selon Hérodote , lors de la première étape de la momification : "La pratique la plus parfaite est d'extraire le plus de cerveau possible avec un crochet en fer, et ce que le crochet ne peut pas atteindre est mélangé à des médicaments." Au cours des cinq mille ans suivants, ce point de vue s'est renversé ; le cerveau est maintenant connu pour être le siège de l'intelligence, bien que des variations familières de l'ancien restent comme dans « mémoriser quelque chose par cœur ».

Antiquité

Hiéroglyphe désignant le cerveau ou le crâne dans le papyrus Edwin Smith .

La première référence au cerveau se trouve dans le Papyrus chirurgical d'Edwin Smith , écrit au 17ème siècle avant JC. Le hiéroglyphe pour le cerveau, apparaissant huit fois dans ce papyrus, décrit les symptômes, le diagnostic et le pronostic de deux patients, blessés à la tête, qui avaient des fractures complexes du crâne. Les évaluations de l'auteur (un chirurgien du champ de bataille) du papyrus font allusion aux anciens Égyptiens ayant une vague reconnaissance des effets d'un traumatisme crânien. Bien que les symptômes soient bien écrits et détaillés, l'absence de précédent médical est apparente. L'auteur du passage note "les pulsations du cerveau exposé" et a comparé la surface du cerveau à la surface ondulante du laitier de cuivre (qui a en effet un motif gyral-sulcal). La latéralité de la blessure était liée à la latéralité du symptôme, et à la fois une aphasie (« il ne te parle pas ») et des convulsions (« il frissonne excessivement ») après un traumatisme crânien ont été décrites. Les observations par les civilisations anciennes du cerveau humain suggèrent seulement une compréhension relative de la mécanique de base et de l'importance de la sécurité crânienne. De plus, étant donné que le consensus général de la pratique médicale relative à l'anatomie humaine était basé sur des mythes et des superstitions, les pensées du chirurgien du champ de bataille semblent être empiriques et basées sur une déduction logique et une simple observation.

Dans la Grèce antique , l'intérêt pour le cerveau a commencé avec les travaux d' Alcméon , qui semblait avoir disséqué l'œil et lié le cerveau à la vision. Il a également suggéré que le cerveau, et non le cœur, était l'organe qui régissait le corps (ce que les stoïciens appelleraient l' hégémonikon ) et que les sens dépendaient du cerveau. Selon les anciennes autorités, Alcmaeon croyait que le pouvoir du cerveau de synthétiser les sensations en faisait également le siège des souvenirs et de la pensée. L'auteur de De la maladie sacrée , qui fait partie du corpus hippocratique, croyait également que le cerveau était le siège de l'intelligence.

Le débat concernant l' hégémonikon a persisté parmi les philosophes et les médecins de la Grèce antique pendant très longtemps. Déjà au 4ème siècle avant JC, Aristote pensait que le cœur était le siège de l' intelligence , tandis que le cerveau était un mécanisme de refroidissement pour le sang. Il a estimé que les humains sont plus rationnels que les bêtes parce que, entre autres raisons, ils ont un cerveau plus gros pour refroidir leur sang chaud. À l'opposé, au cours de la période hellénistique , Hérophile et Érasistrate d'Alexandrie se sont engagés dans des études impliquant la dissection de corps humains, fournissant la preuve de la primauté du cerveau. Ils ont affirmé la distinction entre le cerveau et le cervelet , et l'identification des ventricules et de la dure-mère . Leurs œuvres sont maintenant pour la plupart perdues, et nous connaissons leurs réalisations principalement grâce à des sources secondaires. Certaines de leurs découvertes ont dû être redécouvertes un millénaire après leur mort.

Pendant l' Empire romain , le médecin et philosophe grec Galien a disséqué le cerveau des bœufs , des singes de Barbarie , des porcs et d'autres mammifères non humains. Il a conclu que, comme le cervelet était plus dense que le cerveau, il devait contrôler les muscles , tandis que comme le cerveau était mou, il devait être là où les sens étaient traités. Galien a en outre théorisé que le cerveau fonctionnait par le mouvement des esprits animaux à travers les ventricules. Il a également noté que des nerfs rachidiens spécifiques contrôlaient des muscles spécifiques et avaient l'idée de l'action réciproque des muscles. Ce n'est qu'au XIXe siècle, dans les travaux de François Magendie et de Charles Bell , que la compréhension de la fonction spinale dépassera celle de Galien.

Médiéval au début de l'époque moderne

La médecine islamique au moyen-âge se concentrait sur la façon dont l'esprit et le corps interagissaient et soulignait le besoin de comprendre la santé mentale. Vers 1000, Al-Zahrawi , vivant dans la péninsule ibérique islamique , a évalué des patients neurologiques et effectué des traitements chirurgicaux de traumatismes crâniens, de fractures du crâne, de traumatismes médullaires, d'hydrocéphalie, d'épanchements sous-duraux et de maux de tête. En Perse , Avicenne (Ibn-Sina) a présenté des connaissances détaillées sur les fractures du crâne et leurs traitements chirurgicaux. Avicenne est considéré par certains comme le père de la médecine moderne. Il a écrit 40 articles sur la médecine, le plus remarquable étant le Qanun, une encyclopédie médicale qui deviendra un incontournable dans les universités pendant près de cent ans. Il a également expliqué des phénomènes tels que l'insomnie, la manie, les hallucinations, les cauchemars, la démence, l'épilepsie, les accidents vasculaires cérébraux, la paralysie, les vertiges, la mélancolie et les tremblements. Il a également découvert une maladie similaire à la schizophrénie, qu'il a appelée Junun Mufrit, caractérisée par de l'agitation, des troubles du comportement et du sommeil, des réponses inappropriées aux questions et une incapacité occasionnelle de parler. Avicenne a également découvert le vermis cérébelleux, qu'il a simplement appelé le vermis, et le noyau caudé. Les deux termes sont encore utilisés en neuroanatomie aujourd'hui. Il a également été la première personne à associer des déficits mentaux à des déficits du ventricule moyen ou du lobe frontal du cerveau. Abulcasis , Averroes , Avenzoar et Maimonides , actifs dans le monde musulman médiéval, ont également décrit un certain nombre de problèmes médicaux liés au cerveau.

Entre les XIIIe et XIVe siècles, les premiers manuels d' anatomie en Europe, qui comprenaient une description du cerveau, ont été écrits par Mondino de Luzzi et Guido da Vigevano .

Renaissance

L'un des croquis de Léonard de Vinci du crâne humain

Les travaux d' Andreas Vesalius sur des cadavres humains ont révélé des problèmes avec la vision galénique de l'anatomie. Vésale a noté de nombreuses caractéristiques structurelles du cerveau et du système nerveux général au cours de ses dissections. En plus d'enregistrer de nombreuses caractéristiques anatomiques telles que le putamen et le corps calleux , Vesalius a proposé que le cerveau soit composé de sept paires de «nerfs cérébraux», chacun ayant une fonction spécialisée. D'autres chercheurs ont fait avancer le travail de Vésale en ajoutant leurs propres croquis détaillés du cerveau humain.

Révolution scientifique

Au 17ème siècle, René Descartes a étudié la physiologie du cerveau, proposant la théorie du dualisme pour aborder la question de la relation du cerveau à l'esprit. Il a suggéré que la glande pinéale était l'endroit où l'esprit interagissait avec le corps après avoir enregistré les mécanismes cérébraux responsables de la circulation du liquide céphalo-rachidien . Jan Swammerdam PLACÉ sectionné grenouille cuisse muscle dans une seringue étanche à l' air avec une petite quantité d'eau dans la pointe et quand il a fait le muscle à se contracter en irritant le nerf, le niveau d'eau n'a pas augmenté mais a été abaissée par une quantité infime démystification théorie des aérostiers . L'idée que la stimulation nerveuse conduisait au mouvement a eu des implications importantes en avançant l'idée que le comportement est basé sur des stimuli. Thomas Willis a étudié le cerveau, les nerfs et le comportement pour développer des traitements neurologiques. Il a décrit en détail la structure du tronc cérébral , du cervelet, des ventricules et des hémisphères cérébraux.

Période Moderne

Le rôle de l'électricité dans les nerfs a été observé pour la première fois chez des grenouilles disséquées par Luigi Galvani , Lucia Galeazzi Galvani et Giovanni Aldini dans la seconde moitié du XVIIIe siècle. En 1811, César Julien Jean Legallois définit pour la première fois une fonction spécifique d'une région du cerveau. Il a étudié la respiration dans la dissection et les lésions animales, et a trouvé le centre de la respiration dans la moelle allongée . Entre 1811 et 1824, Charles Bell et François Magendie ont découvert par dissection et vivisection que les racines ventrales de la colonne vertébrale transmettent des impulsions motrices et que les racines postérieures reçoivent des informations sensorielles ( loi de Bell-Magendie ). Dans les années 1820, Jean Pierre Flourens est le pionnier de la méthode expérimentale consistant à réaliser des lésions localisées du cerveau chez l'animal décrivant leurs effets sur la motricité, la sensibilité et le comportement. Au milieu du siècle, Emil du Bois-Reymond , Johannes Peter Müller et Hermann von Helmholtz ont montré que les neurones étaient électriquement excitables et que leur activité affectait de manière prévisible l'état électrique des neurones adjacents.

En 1848, John Martyn Harlow a décrit que Phineas Gage avait son lobe frontal percé par une tige de bourrage en fer dans un accident de dynamitage. Il est devenu une étude de cas sur le lien entre le cortex préfrontal et les fonctions exécutives . En 1861, Broca entend parler d'un patient de l' hôpital de Bicêtre qui souffre depuis 21 ans d'une perte progressive de la parole et d'une paralysie, mais sans perte de compréhension ni de fonction mentale. Broca a effectué une autopsie et a déterminé que le patient avait une lésion dans le lobe frontal de l' hémisphère cérébral gauche . Broca a publié ses découvertes sur les autopsies de douze patients en 1865. Son travail a inspiré d'autres à effectuer des autopsies minutieuses dans le but de relier davantage de régions du cerveau aux fonctions sensorielles et motrices. Un autre neurologue français, Marc Dax , a fait des observations similaires une génération plus tôt. L'hypothèse de Broca a été soutenue par Gustav Fritsch et Eduard Hitzig qui ont découvert en 1870 que la stimulation électrique du cortex moteur provoquait des contractions musculaires involontaires de parties spécifiques du corps d'un chien et par des observations de patients épileptiques menées par John Hughlings Jackson , qui a correctement déduit dans les années 1870 le organisation du cortex moteur en observant la progression des crises dans le corps. Carl Wernicke a développé plus avant la théorie de la spécialisation de structures cérébrales spécifiques dans la compréhension et la production du langage. Richard Caton a présenté ses découvertes en 1875 sur les phénomènes électriques des hémisphères cérébraux des lapins et des singes. En 1878, Hermann Munk découvrit chez les chiens et les singes que la vision était localisée dans la région corticale occipitale, David Ferrier découvrit en 1881 que l'audition était localisée dans le gyrus temporal supérieur et Harvey Cushing découvrit en 1909 que le sens du toucher était localisé dans la région postcentrale. gyrus. La recherche moderne utilise encore les définitions anatomiques cytoarchitectoniques de Korbinian Brodmann (se référant à l'étude de la structure cellulaire) de cette époque pour continuer à montrer que des zones distinctes du cortex sont activées dans l'exécution de tâches spécifiques.

Les études sur le cerveau sont devenues plus sophistiquées après l'invention du microscope et le développement d'une procédure de coloration par Camillo Golgi à la fin des années 1890 qui utilisait un sel de chromate d'argent pour révéler les structures complexes de neurones uniques. Sa technique a été utilisée par Santiago Ramón y Cajal et a conduit à la formation de la doctrine du neurone , l'hypothèse selon laquelle l'unité fonctionnelle du cerveau est le neurone. Golgi et Ramón y Cajal ont partagé le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1906 pour leurs nombreuses observations, descriptions et catégorisations des neurones dans le cerveau. Les hypothèses de la doctrine des neurones ont été étayées par des expériences faisant suite aux travaux pionniers de Galvani sur l' excitabilité électrique des muscles et des neurones. En 1898, le scientifique britannique John Newport Langley a inventé le terme « autonome » pour classer les connexions des fibres nerveuses aux cellules nerveuses périphériques. Langley est connu comme l'un des pères de la théorie des récepteurs chimiques et comme l'origine du concept de "substance réceptrice". Vers la fin du XIXe siècle, Francis Gotch a mené plusieurs expériences sur le fonctionnement du système nerveux. En 1899, il a décrit la "phase inexcitable" ou "réfractaire" qui a lieu entre les impulsions nerveuses . Son objectif principal était de savoir comment l'interaction nerveuse affectait les muscles et les yeux.

Heinrich Obersteiner a fondé en 1887 le ''Institut d'anatomie et de physiologie du SNC'', appelé plus tard Institut neurologique ou Obersteiner de l' École de médecine de l' Université de Vienne . C'était l'une des premières institutions de recherche sur le cerveau au monde. Il étudia le cortex cérébelleux, décrivit la zone de Redlich-Obersteiner et écrivit l'un des premiers livres sur la neuroanatomie en 1888. Róbert Bárány , qui travailla sur la physiologie et la pathologie de l'appareil vestibulaire, fréquenta cette école et obtint son diplôme en 1900. Obersteiner fut plus tard remplacé par Otto Marburg .

XXe siècle

Au cours du vingtième siècle, les neurosciences ont commencé à être reconnues comme une discipline universitaire unifiée distincte, plutôt que comme des études du système nerveux étant un facteur de science appartenant à une variété de disciplines.

Ivan Pavlov a contribué à de nombreux domaines de la neurophysiologie. La plupart de ses travaux impliquaient des recherches sur le tempérament , le conditionnement et les actions réflexes involontaires . En 1891, Pavlov a été invité à l' Institut de médecine expérimentale de Saint-Pétersbourg pour organiser et diriger le département de physiologie. Il publie The Work of the Digestive Glands en 1897, après 12 ans de recherche. Ses expériences lui ont valu le prix Nobel de physiologie et médecine en 1904. Au cours de la même période, Vladimir Bekhterev a découvert 15 nouveaux réflexes et est connu pour sa compétition avec Pavlov concernant l'étude des réflexes conditionnés. Il a fondé l'Institut psychoneurologique de l' Académie médicale d'État de Saint-Pétersbourg en 1907 où il a travaillé avec Alexandre Dogiel . Dans l'institut, il a tenté d'établir une approche multidisciplinaire de l'exploration du cerveau. L' Institut de l'activité nerveuse supérieure à Moscou , en Russie, a été créé le 14 juillet 1950.

Les travaux de Charles Scott Sherrington se sont fortement concentrés sur les réflexes et ses expériences ont conduit à la découverte des unités motrices . Ses concepts étaient centrés sur le comportement unitaire des cellules activées ou inhibées au niveau de ce qu'il appelait les synapses . Sherrington a reçu le prix Nobel pour avoir montré que les réflexes nécessitent une activation intégrée et démontré l'innervation réciproque des muscles ( loi de Sherrington ). Sherrington a également travaillé avec Thomas Graham Brown qui a développé l'une des premières idées sur les générateurs de motifs centraux en 1911. Brown a reconnu que le motif de base du pas peut être produit par la moelle épinière sans avoir besoin de commandes descendantes du cortex.

L'acétylcholine a été le premier neurotransmetteur identifié. Il a été identifié pour la première fois en 1915 par Henry Hallett Dale pour ses actions sur le tissu cardiaque. Il a été confirmé comme neurotransmetteur en 1921 par Otto Loewi à Graz . Loewi a démontré le ″humorale Übertragbarkeit der Herznervenwirkung″ d'abord chez les amphibiens . Il lui donna d'abord le nom de Vagusstoff car il était libéré du nerf vague et en 1936 il écrivit : « Je n'hésite plus à identifier le Sympathicusstoff avec l'adrénaline. »

Un graphique montrant le seuil de réponse du système nerveux.

Une question majeure pour les neuroscientifiques au début du XXe siècle était la physiologie de l'influx nerveux. En 1902 et à nouveau en 1912, Julius Bernstein a avancé l'hypothèse que le potentiel d'action résultait d'un changement de la perméabilité de la membrane axonale aux ions. Bernstein a également été le premier à introduire l' équation de Nernst pour le potentiel de repos à travers la membrane. En 1907, Louis Lapicque a suggéré que le potentiel d'action était généré lorsqu'un seuil était franchi, ce qui serait plus tard montré comme un produit des systèmes dynamiques de conductances ioniques. De nombreuses études sur les organes sensoriels et la fonction des cellules nerveuses ont été menées par le physiologiste britannique Keith Lucas et son protégé Edgar Adrian . Les expériences de Keith Lucas au cours de la première décennie du vingtième siècle ont prouvé que les muscles se contractent entièrement ou pas du tout, c'est ce qu'on appelait le principe du tout ou rien . Edgar Adrian a observé des fibres nerveuses en action lors de ses expériences sur des grenouilles. Cela a prouvé que les scientifiques pouvaient étudier le fonctionnement du système nerveux directement, pas seulement indirectement. Cela a conduit à une augmentation rapide de la variété des expériences menées dans le domaine de la neurophysiologie et à l'innovation dans la technologie nécessaire à ces expériences. Une grande partie des premières recherches d'Adrian a été inspirée par l'étude de la façon dont les tubes à vide interceptaient et amélioraient les messages codés. Parallèlement, Josepht Erlanger et Herbert Gasser ont pu modifier un oscilloscope pour qu'il fonctionne à basse tension et ont pu observer que les potentiels d'action se produisaient en deux phases : un pic suivi d'un post-pic. Ils ont découvert que les nerfs se présentaient sous de nombreuses formes, chacune avec son propre potentiel d'excitabilité. Avec cette recherche, le couple a découvert que la vitesse des potentiels d'action était directement proportionnelle au diamètre de la fibre nerveuse et a reçu un prix Nobel pour leurs travaux.

Kenneth Cole a rejoint l'Université de Columbia en 1937 et y est resté jusqu'en 1946, où il a fait des avancées pionnières en modélisant les propriétés électriques du tissu nerveux. L'hypothèse de Bernstein sur le potentiel d'action a été confirmée par Cole et Howard Curtis, qui ont montré que la conductance membranaire augmente pendant un potentiel d'action. David E. Goldman a travaillé avec Cole et a dérivé l' équation de Goldman en 1943 à l'Université de Columbia. Alan Lloyd Hodgkin a passé un an (1937-1938) à l' Institut Rockefeller , au cours duquel il a rejoint Cole pour mesurer la résistance CC de la membrane de l' axone géant du calmar à l'état de repos. En 1939, ils ont commencé à utiliser des électrodes internes à l'intérieur de la fibre nerveuse géante du calmar et Cole a développé la technique du voltage imposé en 1947. Hodgkin et Andrew Huxley ont ensuite présenté un modèle mathématique pour la transmission de signaux électriques dans les neurones de l'axone géant d'un calmar et comment ils sont initiés et propagés, connus sous le nom de modèle Hodgkin-Huxley . En 1961-1962, Richard FitzHugh et J. Nagumo ont simplifié Hodgkin-Huxley, dans ce qu'on appelle le modèle FitzHugh-Nagumo . En 1962, Bernard Katz a modélisé la neurotransmission à travers l'espace entre les neurones appelés synapses . À partir de 1966, Eric Kandel et ses collaborateurs ont examiné les changements biochimiques dans les neurones associés à l'apprentissage et au stockage de la mémoire dans Aplysia . En 1981, Catherine Morris et Harold Lecar ont combiné ces modèles dans le modèle Morris-Lecar . Ces travaux de plus en plus quantitatifs ont donné naissance à de nombreux modèles de neurones biologiques et à des modèles de calcul neuronal .

Eric Kandel et ses collaborateurs ont cité David Rioch , Francis O. Schmitt et Stephen Kuffler comme ayant joué un rôle essentiel dans l'établissement du domaine. Rioch est à l'origine de l'intégration de la recherche anatomique et physiologique de base avec la psychiatrie clinique au Walter Reed Army Institute of Research , à partir des années 1950. Au cours de la même période, Schmitt a établi un programme de recherche en neurosciences au sein du département de biologie du Massachusetts Institute of Technology , rassemblant 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 à Irvine par James L. McGaugh . Stephen Kuffler a fondé le département de neurobiologie de la Harvard Medical School en 1966. La première utilisation officielle du mot « neurosciences » date peut-être de 1962 avec le « programme de recherche en neurosciences » de Francis O. Schmitt , hébergé par le Massachusetts Institute of Technology. .

Au fil du temps, la recherche sur le cerveau est passée par des phases philosophiques, expérimentales et théoriques, les travaux sur la simulation du cerveau devant être importants à l'avenir.

Instituts et organisations de neurosciences

En raison de l'intérêt croissant pour le système nerveux, plusieurs instituts et organisations de neurosciences de premier plan ont été formés pour fournir un forum à tous les neuroscientifiques. La plus grande organisation professionnelle de neurosciences est la Society for Neuroscience (SFN), qui est basée aux États-Unis mais comprend de nombreux membres d'autres pays.

En 2013, l' initiative BRAIN a été annoncée aux États-Unis. Une initiative internationale sur le cerveau a été créée en 2017, actuellement intégrée par plus de sept initiatives de recherche sur le cerveau au niveau national (États-Unis, Europe , Allen Institute , Japon , Chine , Australie , Canada , Corée , Israël ) couvrant quatre continents.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

• Rousseau, George S. (2004). Actes nerveux : Essais sur la littérature, la culture et la sensibilité. Basingstoke : Palgrave Macmillan. ISBN  1-4039-3454-1 (Broché) ISBN  1-4039-3453-3
• Wickens, Andrew P. (2015) Une histoire du cerveau : de la chirurgie de l'âge de pierre aux neurosciences modernes. Londres : Presse de psychologie. ISBN  978-1-84872-365-8 (Broché), 978-84872-364-1 (Broché), 978-1-315-79454-9 (Ebook)

Liens externes

• Médias liés à l' histoire des neurosciences à Wikimedia Commons
• Une série d'émissions de radio de la BBC en dix parties sur l' histoire du cerveau