L’neurofisiologia è stata oggetto di studio fin dal 4.000 a.C.
Nei primi anni a.C., la maggior parte degli studi erano su diversi sedativi naturali come l’alcol e le piante di papavero. Nel 1700 a.C. fu scritto il papiro chirurgico di Edwin Smith. Questo papiro era cruciale per capire come gli antichi egizi capivano il sistema nervoso. Questo papiro esaminava diversi casi di studio su lesioni a diverse parti del corpo, in particolare la testa. A partire dal 460 a.C. circa, Ippocrate iniziò a studiare l’epilessia e teorizzò che avesse le sue origini nel cervello. Ippocrate teorizzò anche che il cervello fosse coinvolto nelle sensazioni e che fosse il luogo da cui derivava l’intelligenza. Ippocrate, così come la maggior parte degli antichi greci, credeva che il rilassamento e un ambiente privo di stress fosse fondamentale per aiutare a trattare i disturbi neurologici. Nel 280 a.C., Erasistrato di Chio teorizzò che c’erano divisioni nell’elaborazione vestibolare del cervello, oltre a dedurre dall’osservazione che la sensazione era situata lì.
Nel 177 Galeno teorizzò che il pensiero umano avveniva nel cervello, al contrario del cuore come aveva teorizzato Aristotele. Il chiasmo ottico, che è cruciale per il sistema visivo, fu scoperto intorno al 100 d.C. da Marino. Circa 1000, Al-Zahrawi, che viveva in Iberia, cominciò a scrivere su diversi trattamenti chirurgici per i disturbi neurologici. Nel 1216, il primo libro di testo di anatomia in Europa, che includeva una descrizione del cervello, fu scritto da Mondino de Luzzi. Nel 1402, il St Mary of Bethlehem Hospital (più tardi conosciuto come Bedlam in Gran Bretagna) fu il primo ospedale usato esclusivamente per i malati di mente.
Nel 1504, Leonardo da Vinci continuò il suo studio del corpo umano con un calco in cera del sistema ventricolare umano. Nel 1536, Nicolo Massa descrisse gli effetti di diverse malattie, come la sifilide sul sistema nervoso. Notò anche che le cavità ventricolari erano piene di liquido cerebrospinale. Nel 1542, il termine fisiologia fu usato per la prima volta da un medico francese chiamato Jean Fernel, per spiegare la funzione corporea in relazione al cervello. Nel 1543, Andreas Vesalius scrisse De humani corporis fabrica, che rivoluzionò lo studio dell’anatomia. In questo libro, descrisse la ghiandola pineale e quale credeva fosse la sua funzione, e fu in grado di disegnare il corpo striato che è composto dai gangli della base e dalla capsula interna. Nel 1549, Jason Pratensis pubblicò De Cerebri Morbis. Questo libro era dedicato alle malattie neurologiche, e discuteva i sintomi, così come le idee di Galeno e di altri autori greci, romani e arabi. Ha anche esaminato l’anatomia e le funzioni specifiche delle diverse aree. Nel 1550, Andreas Vesalius lavorò su un caso di idrocefalo, o liquido che riempiva il cervello. Nello stesso anno, Bartolomeo Eustachi studiò il nervo ottico, concentrandosi principalmente sulla sua origine nel cervello. Nel 1564, Giulio Cesare Aranzio scoprì l’ippocampo, chiamandolo così per la sua somiglianza di forma con un cavalluccio marino.
Nel 1621, Robert Burton pubblicò The Anatomy of Melancholy, che considerava la perdita di personaggi importanti nella propria vita come causa della depressione. Nel 1649, René Descartes studiò la ghiandola pineale. Credeva erroneamente che fosse l'”anima” del cervello, e credeva che fosse il luogo dove si formavano i pensieri. Nel 1658, Johann Jakob Wepfer studiò un paziente in cui credeva che un vaso sanguigno rotto avesse causato un’apoplessia, o un ictus.
Nel 1749, David Hartley pubblicò Observations on Man, che si concentrava sul telaio (neurologia), il dovere (psicologia morale) e le aspettative (spiritualità) e come questi si integravano l’uno nell’altro. Questo testo fu anche il primo ad usare il termine inglese psychology. Nel 1752, la Società degli Amici creò un manicomio a Philadelphia, Pennsylvania. Il manicomio intendeva dare non solo un trattamento medico ai malati di mente, ma anche fornire con custodi e condizioni di vita confortevoli. Nel 1755, Jean-Baptiste Le Roy iniziò ad utilizzare la terapia elettroconvulsivante per i malati di mente, un trattamento utilizzato ancora oggi in casi specifici. Nel 1760, Arne-Charles studiò come diverse lesioni nel cervelletto potessero influenzare i movimenti motori. Nel 1776, Vincenzo Malacarne studiò intensamente il cervelletto, e pubblicò un libro basato unicamente sulla sua funzione e il suo aspetto.
Nel 1784, Félix Vicq-d’Azyr, scoprì una struttura di colore nero nel mesencefalo. Nel 1791 Samuel Thomas von Sömmerring alluse a questa struttura, chiamandola substantia nigra. Nello stesso anno, Luigi Galvani descrisse il ruolo dell’elettricità nei nervi di rane sezionate. Nel 1808, Franz Joseph Gall studiò e pubblicò un lavoro sulla frenologia. La frenologia era la scienza errata di guardare la forma della testa per determinare diversi aspetti della personalità e della funzione del cervello. Nel 1811, Julien Jean César Legallois studiò la respirazione nella dissezione e nelle lesioni degli animali e trovò il centro della respirazione nel midollo allungato. Nello stesso anno, Charles Bell terminò il lavoro su quella che sarebbe poi diventata nota come la legge Bell-Magendie, che confrontava le differenze funzionali tra le radici dorsali e ventrali del midollo spinale. Nel 1822, Karl Friedrich Burdach distingue tra i corpi genicolati laterali e mediali, così come il nome del giro cingolato. Nel 1824, F. Magendie studiò e produsse la prima prova del ruolo del cervelletto nell’equilibrio per completare la legge di Bell-Magendie. Nel 1838, Theodor Schwann iniziò a studiare la materia bianca e grigia del cervello e scoprì la guaina mielinica. Queste cellule, che coprono gli assoni dei neuroni nel cervello, sono chiamate cellule di Schwann in suo onore. Nel 1848, Phineas Gage, il classico paziente di neurofisiologia, ebbe il cervello trafitto da un’asta di ferro in un incidente di esplosione. Divenne un eccellente caso di studio sulla connessione tra la corteccia prefrontale e il comportamento, il processo decisionale e le conseguenze. Nel 1849, Hermann von Helmholtz studiò la velocità degli impulsi nervosi delle rane mentre studiava l’elettricità nel corpo.
Sebbene questi non siano certamente tutti gli sviluppi della neurofisiologia prima del 1849, questi sviluppi furono significativi per lo studio del cervello e del corpo.