Les neurosciences sont les études scientifiques du système nerveux, de sa structure et de son fonctionnement, depuis l'échelle moléculaire jusqu'au niveau des organes, pour exemple le cerveau, aussi bien que de l'organisme nerveux entier.
Le champ de la recherche en neurosciences est un champ transdisciplinaire : la biologie, la chimie, les mathématiques, la bio-informatique ainsi que la neuropsychologie sont utilisées en neurosciences. L'arsenal conceptuel et méthodologique des neurosciences va de pair avec une diversité d'approches dans l'étude des aspects moléculaires, cellulaires, développementaux, neuroanatomiques, neurophysiologiques, cognitifs, génétiques, évolutionnaires, computationnels ou neurologiques du système nerveux.
Les neurosciences sont souvent présentées sous l'angle des neurosciences cognitives, tout particulièrement les travaux utilisant l'imagerie cérébrale : certaines applications des neurosciences cognitives peuvent être employées en économie, en élevage, finance, marketing, droit et intelligence artificielle.
Depuis son origine, l’histoire des neurosciences a été dominée par l’étude des neurones, alors que le cerveau est composé de deux grandes populations cellulaires : neurones (50 %) et cellules gliales (50 %). Les cellules gliales, cette autre moitié du cerveau, jouent en réalité un rôle essentiel dans le fonctionnement cérébral et les comportements qui en résultent.
Histoire
Le terme de neurosciences apparaît (dans la langue anglaise) à la fin des années 1960 pour désigner la branche des sciences biologiques qui s'intéresse à l'étude du système nerveux et plus particulièrement du point de vue électrophysiologique, comme l'illustrent les travaux des futurs prix Nobel, David Hunter Hubel et Torsten Wiesel qui enregistrent les réponses électriques des neurones du cortex visuel du chat en fonction des images qu'on lui présente. Néanmoins, en tant que discipline scientifique, les neurosciences se situent dans la lignée d'une démarche scientifique bien plus ancienne qui a reçu diverses étiquettes suivant les époques et les méthodes qu'elle a employées.
Bien que le terme date du , l'étude anatomique du système nerveux hérite directement des travaux des médecins anatomistes de la Renaissance, tel André Vésale. Avant cela, de nombreux médecins s'étaient intéressés au fonctionnement du système nerveux et de son lien avec la pensée. Si le nom du « père » de la médecine Hippocrate reste associé à la découverte du rôle du cerveau dans les fonctions mentales, l'histoire de ce qu'on désigne aujourd'hui comme la neurologie et la psychiatrie prend ses origines dans les traités médicaux de l'Égypte antique et passe par les écrits des médecins romains (Galien), puis arabo-musulmans (Averroès), pour arriver aux travaux de Descartes. Ces derniers annonceront une époque de progrès scientifiques qui établiront un pont entre la psychologie, l'anatomie et la physiologie, avec des conséquences très directes sur la réflexion philosophique des Lumières.
L'étude du fonctionnement du système nerveux sera en effet véritablement lancée au par la découverte de la « bioélectricité » dont le médecin et physicien Luigi Galvani fut l'un des pionniers. Au cours du , ces travaux sur l'« électricité animale » connaîtront de grands progrès. Et à la fin du siècle, en 1875, les premières observations de l'activité électrique en lien avec le comportement seront décrites par un médecin anglais, Richard Caton.
Parallèlement, à la fin du , ce seront les progrès dans l'optique et la chimie qui permettront de découvrir grâce à la coloration des coupes histologiques du tissu nerveux et leur observation au microscope, la structure et l'organisation des neurones. Deux figures incontournables de cette découverte, Camillo Golgi et Santiago Ramón y Cajal partageront ainsi tous les deux le prix Nobel de physiologie et médecine en 1906.
Enfin, toujours en cette deuxième moitié du , l'étude scientifique des patients souffrant de lésions cérébrales par les médecins Broca et Wernicke formera les prémices de la « neurologie expérimentale » et de l'étude des fonctions mentales (on dirait aujourd'hui cognitives) du système nerveux, future neuropsychologie. La découverte de l'aire de Broca en 1861 est ainsi la première démonstration du rôle du système nerveux dans une fonction dite supérieure, à savoir le langage articulé. Et c'est à l'époque où Charles Darwin propose sa théorie de l'évolution que le même Broca s'intéresse de près aux homologies entre le cerveau humain et celui des autres primates.
Historiquement, les neurosciences ont donc d'abord émergé comme une branche de la biologie et de la médecine, philosophiquement inspirée par le scientisme du et postulant l'absence de toute cause endogène (auto-générée) du comportement humain.
Avec l'évolution des connaissances scientifiques et des méthodes, la chimie, la psychologie, l'informatique et la physique ont par la suite amplement contribué aux progrès de cette discipline. Par ailleurs, il ne faut pas oublier une branche moderne de la philosophie qui a eu et, qui a encore, un impact important sur la façon d'approcher les neurosciences, notamment au travers de ce qu'on appelle les sciences cognitives. Un exemple des plus célèbres de la confrontation entre philosophie et neuroscience est la quête d'une localisation de l'âme dans le cerveau. Ainsi, au , le philosophe René Descartes utilisait un argument neuroscientifique pour faire de la glande pinéale le siège de l'âme (tout en accordant à cette dernière une existence distincte) : alors que les différentes structures du cerveau possèdent chacune un symétrique dans l'autre moitié du cerveau, ce n'est pas le cas de la glande pinéale. Si les termes de cette question particulière sont aujourd'hui dépassés, l'approche philosophique du scientisme continue de jouer un rôle important sur les paradigmes mis en œuvre dans les neurosciences.
Depuis son origine, la recherche sur le cerveau a connu principalement trois phases: phase philosophique, phase expérimentale et phase théorique. La prochaine phase a été prédite comme la phase de simulation ― le futur des neurosciences.
Depuis les années 1980 des biologistes utilisent la métaphore de neurobiologie végétale pour décrire le traitement des informations internes et externes (environnementales) par les plantes ou communautés de plantes. Ces dernières utilisent en effet un , .
Organisation du champ des neurosciences Les neurosciences couvrant plusieurs ordres de grandeurs de complexité, on peut les diviser en fonction de cette caractéristique. : quelques μm : synapses ; : neurones ; : réseaux élémentaires ; : « cartes » (maps) ; : ensemble cognitif et moteur spécialisé.
Les frontières des diverses disciplines restent relativement floues. Les principales sont données ci-dessous : la neuroanatomie caractérise la structure anatomique (morphologie, connectivité…) du système nerveux ; la neuroendocrinologie étudie les liens entre le système nerveux et le système hormonal ; la neurophysiologie étudie le fonctionnement physiologique des unités constitutives du système nerveux que sont les neurones ; les neurosciences cognitives cherchent à établir les liens entre le système nerveux et la cognition ; la neurologie est la branche de la médecine s'intéressant aux conséquences cliniques des pathologies du système nerveux et à leurs traitements ; la neuropsychologie s'intéresse aux conséquences cliniques des pathologies du système nerveux sur la cognition, l'intelligence et les émotions ; les neurosciences computationnelles cherchent à modéliser le fonctionnement du système nerveux au moyen de simulations informatiques ; les neurosciences sociales étudient des mécanismes physiologiques, neurobiologiques et hormonaux qui sous-tendent les comportements sociaux et les relations interpersonnelles ; la neuroéconomie et la neurofinance s'intéressent aux processus de décision des agents économiques, et notamment l'étude des rôles respectifs des émotions et de la cognition dans ceux-ci. Ces branches sont liées à l'économie comportementale et la finance comportementale.
Les tableaux ci-dessous présentent de manière détaillée les disciplines des neurosciences, regroupées en grandes familles : les sciences biologiques des neurosciences ; les sciences cognitives ; les sciences médicales ; l'ingénierie et la technologie des neurosciences ; les disciplines récentes.
Les sciences biologiques des neurosciences :
Disciplines Sujets majeurs Méthodes expérimentales et théoriques Neurobiologie L'étude biologique du système nerveux Toutes les méthodes ci-dessous Neurodéveloppement Prolifération cellulaire, Neurogenèse, Guidage axonal, Développement dendritique, Migration neuronale, Facteur de croissance, Jonction neuromusculaire, Neurotrophine, Apoptose, Synaptogenèse Ovocyte de Xénope, Chimie des protéines, Génomique, Drosophile, Gènes HOX Neurobiologie moléculaire Biosynthèse des protéines, Transport des protéines, Canal ionique Neurohistologie Neurocytologie, Glie (Astrocyte, Cellule de Schwann, Oligodendrocyte, Microglie) Immunohistochimie, Microscopie électronique Neurophysiologie Potentiel d'action, Synapse, Transmission synaptique, Neurotransmetteurs, Photorécepteurs, Neuroendocrinologie, Neuroimmunologie PCR, Patch-clamp, Clonage moléculaire, Dosage biochimique, Hybridation in situ en fluorescence, Southern blots, Puce à ADN, Protéine fluorescente verte, Imagerie calcique, Chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC), Microdialyse, Génomique fonctionnelle Neuroanatomie Système somatosensoriel, Système visuel humain, Cortex visuel primaire, Système auditif, Système vestibulaire Dissection, Microscopie optique, Traçage neuronal Neuroanatomie fonctionnelle Audition, Intégration sensorielle, Nociception, Vision des couleurs, Olfaction, Système moteur, Moelle spinale, Sommeil, Homéostasie, Vigilance, Attention Neuropharmacologie Canal ionique, Transduction de signal Psycho(neuro)pharmacologie Psychophysiologie Rythmes circadiens Potentiel évoqué
Les sciences cognitives des neurosciences :
Disciplines Sujets majeurs Méthodes expérimentales et théoriquesSciences affectives Émotions, Motivation, Douleur méthodes expérimentales de Génétique humaine Neurosciences comportementales Génétique comportementale, Neurosciences comportementales, Équilibre (comportement), Comportement d'agression, Comportement maternel, Comportement sexuel, Hoéeostasie, Commande et régulation motrices, Stéroïde sexuel Modèle animal, Souris knock-out Neurosciences cognitives Vigilance, Attention, Perception humaine, Vision humaine, Audition, Olfaction, Goût, Prise de décision, Langage, Mémoire, Apprentissage moteur EEG, MEG, IRMf, TEP, SPECT, Stimulation magnétique transcrânienne, méthodes expérimentales de Psychologie cognitive, Psychométrie Neurosciences sociales Cognition, Émotions, Motivation, Perception sociale, Raisonnement moral, Empathie modèles théoriques de la Psychologie sociale, Sciences cognitives, et Biologie ; méthodes expérimentales des Neurosciences, Génétique comportementale, Endocrinologie. Neurolinguistique Langage, Aire de Broca, Acquisition du langage, Perception de la parole modèles théoriques de Psycholinguistique, Sciences cognitives, et Informatique ; méthodes expérimentales de Neurosciences cognitives
Les sciences médicales des neurosciences :
Disciplines Sujets majeurs Méthodes expérimentales et théoriques Neuropathologie Neurologie Démence, Neuropathie périphérique, Traumatisme médullaire, Traumatisme crânien, Système nerveux autonome, Maladie de Parkinson, Amnésie Essai clinique, Neuropharmacologie, Stimulation cérébrale profonde, Neurochirurgie Neuropsychologie Aphasie, Apraxie Psychiatrie Schizophrénie, Dépression, Addiction, Anxiété
Ingénierie et technologie :