La neurophysiologie est un sujet d’étude depuis déjà 4 000 ans av. J.-C.
Au début des années av. J.-C., la plupart des études portaient sur différents sédatifs naturels comme l’alcool et les plantes de pavot. En 1700 avant J.-C., le papyrus chirurgical Edwin Smith a été écrit. Ce papyrus a été crucial pour comprendre comment les anciens Égyptiens comprenaient le système nerveux. Ce papyrus examine différentes études de cas de blessures sur différentes parties du corps, notamment la tête. Vers 460 avant J.-C., Hippocrate a commencé à étudier l’épilepsie et a émis l’hypothèse qu’elle trouvait son origine dans le cerveau. Hippocrate pensait également que le cerveau était impliqué dans les sensations et qu’il était à l’origine de l’intelligence. Hippocrate, ainsi que la plupart des Grecs de l’Antiquité, croyait que la relaxation et un environnement sans stress étaient essentiels pour aider à traiter les troubles neurologiques. En 280 avant J.-C., Erasistratus de Chios a théorisé qu’il y avait des divisions dans le traitement vestibulaire le cerveau, ainsi que de déduire de l’observation que la sensation était localisée là.
En 177 Galen a théorisé que la pensée humaine se produisait dans le cerveau, par opposition au cœur comme Aristote l’avait théorisé. Le chiasme optique, qui est crucial pour le système visuel, a été découvert vers l’an 100 de notre ère par Marinus. Vers l’an 1000, Al-Zahrawi, qui vivait en Ibérie, a commencé à écrire sur les différents traitements chirurgicaux des troubles neurologiques. En 1216, Mondino de Luzzi rédige le premier manuel d’anatomie en Europe, qui comprend une description du cerveau. En 1402, l’hôpital Sainte-Marie de Bethléem (connu plus tard sous le nom de Bedlam en Grande-Bretagne) est le premier hôpital utilisé exclusivement pour les malades mentaux.
En 1504, Léonard de Vinci poursuit son étude du corps humain avec un moulage en cire du système ventriculaire humain. En 1536, Nicolo Massa décrit les effets de différentes maladies, comme la syphilis, sur le système nerveux. Il a également remarqué que les cavités ventriculaires étaient remplies de liquide céphalo-rachidien. En 1542, le terme physiologie est utilisé pour la première fois par un médecin français, Jean Fernel, pour expliquer les fonctions corporelles en relation avec le cerveau. En 1543, Andreas Vesalius écrit De humani corporis fabrica, qui révolutionne l’étude de l’anatomie. Dans ce livre, il décrit la glande pinéale et ce qu’il croit être sa fonction, et il est capable de dessiner le corpus striatum qui est composé des ganglions de la base et de la capsule interne. En 1549, Jason Pratensis publie De Cerebri Morbis. Ce livre était consacré aux maladies neurologiques et traitait des symptômes, ainsi que des idées de Galien et d’autres auteurs grecs, romains et arabes. Il examine également l’anatomie et les fonctions spécifiques des différentes zones. En 1550, Andreas Vesalius a travaillé sur un cas d’hydrocéphalie, c’est-à-dire de liquide remplissant le cerveau. La même année, Bartolomeo Eustachi étudie le nerf optique, en se concentrant principalement sur son origine dans le cerveau. En 1564, Giulio Cesare Aranzio découvre l’hippocampe, le nommant ainsi en raison de sa ressemblance de forme avec un hippocampe.
En 1621, Robert Burton publie L’anatomie de la mélancolie, qui considère que la perte de personnages importants dans la vie d’une personne conduit à la dépression. En 1649, René Descartes a étudié la glande pinéale. Il croyait à tort qu’il s’agissait de l' »âme » du cerveau, et pensait que c’était là que se formaient les pensées. En 1658, Johann Jakob Wepfer a étudié un patient chez qui il pensait qu’un vaisseau sanguin cassé avait provoqué une apoplexie, ou un accident vasculaire cérébral.
En 1749, David Hartley a publié Observations on Man, qui se concentrait sur le cadre (neurologie), le devoir (psychologie morale) et les attentes (spiritualité) et comment ceux-ci s’intégraient les uns dans les autres. Ce texte est également le premier à utiliser le terme anglais psychology. En 1752, la Société des Amis a créé un asile à Philadelphie, en Pennsylvanie. L’asile avait pour but de fournir non seulement un traitement médical aux malades mentaux, mais aussi des soignants et des conditions de vie confortables. En 1755, Jean-Baptiste Le Roy a commencé à utiliser la thérapie électroconvulsive pour les malades mentaux, un traitement encore utilisé aujourd’hui dans des cas spécifiques. En 1760, Arne-Charles étudie comment différentes lésions du cervelet peuvent affecter les mouvements moteurs. En 1776, Vincenzo Malacarne étudie intensément le cervelet et publie un livre uniquement basé sur sa fonction et son aspect.
En 1784, Félix Vicq-d’Azyr, découvre une structure de couleur noire dans le mésencéphale. En 1791, Samuel Thomas von Sömmerring fait allusion à cette structure en l’appelant la substantia nigra. La même année, Luigi Galvani décrit le rôle de l’électricité dans les nerfs de grenouilles disséquées. En 1808, Franz Joseph Gall étudie et publie des travaux sur la phrénologie. La phrénologie est une science erronée qui consiste à examiner la forme de la tête pour déterminer différents aspects de la personnalité et du fonctionnement du cerveau. En 1811, Julien Jean César Legallois a étudié la respiration dans des dissections et des lésions d’animaux et a trouvé le centre de la respiration dans le bulbe rachidien. La même année, Charles Bell termine ses travaux sur ce qui sera plus tard connu sous le nom de loi de Bell-Magendie, qui compare les différences fonctionnelles entre les racines dorsales et ventrales de la moelle épinière. En 1822, Karl Friedrich Burdach distingue les corps géniculés latéraux et médians, et nomme le gyrus cingulaire. En 1824, F. Magendie étudie et apporte la première preuve du rôle du cervelet dans l’équilibre pour compléter la loi de Bell-Magendie. En 1838, Theodor Schwann commence à étudier la matière blanche et grise du cerveau et découvre la gaine de myéline. Ces cellules, qui recouvrent les axones des neurones du cerveau, portent le nom de cellules de Schwann en son honneur. En 1848, Phineas Gage, le patient classique de la neurophysiologie, a eu le cerveau percé par une barre de fer lors d’un accident de dynamitage. Il est devenu une excellente étude de cas sur le lien entre le cortex préfrontal et le comportement, la prise de décision et les conséquences. En 1849, Hermann von Helmholtz a étudié la vitesse des impulsions nerveuses des grenouilles tout en étudiant l’électricité dans le corps.
Bien qu’il ne s’agisse certainement pas de tous les développements en neurophysiologie avant 1849, ces développements ont été significatifs pour l’étude du cerveau et du corps.