Kiến thức y học về não nói chung được khám phá chậm hơn so với các hệ thống cơ thể khác, một phần là do vẻ ngoài trơ trọi, không đặc trưng của cơ quan này. Vào thế kỷ 19, nhận thức ngày càng tăng về vai trò của não bộ đối với hành vi đã khiến những người tiên phong thành lập một chuyên khoa mới – thần kinh học.

Cấu trúc đồng nhất của bộ não, ít đường ranh giới rõ ràng và thiếu các bộ phận chuyển động đã cho thấy rất ít manh mối về tầm quan trọng của các chức năng của nó. Việc tiếp cận rất khó khăn vì não được bảo vệ bởi hộp sọ. Tuy nhiên, trong quá trình lịch sử, các bác sĩ đã cố gắng điều trị các rối loạn thể chất bằng các phương pháp quyết liệt như những lỗ khoan trên hộp sọ.

Các dây thần kinh cũng vậy, chúng trông giống như những sợi dây màu nhạt không có dấu hiệu rõ ràng về cách chúng hoạt động. Các bệnh lý thần kinh như động kinh và đau nửa đầu thường được cho là do linh hồn ma quỷ hoặc thần thánh trừng phạt. Vào thế kỷ thứ 4 trước Công nguyên, Aristotle tuyên bố rằng trái tim là trung tâm của cảm xúc và trí thông minh, trong khi bác sĩ Galen liên kết bộ não với “linh hồn động vật” hoặc “khoa học tâm linh”, chẳng hạn như lý trí, suy nghĩ, nhận thức và trí nhớ.

Với sự hồi sinh của giải phẫu học như một môn khoa học vào thế kỷ 14, cấu trúc thô của não — những phần có thể nhìn thấy bằng mắt thường — trở nên rõ ràng hơn. Năm 1543, bác sĩ Andreas Vesalius đã mô tả các lớp bao phủ của não, hoặc màng não, bề mặt bên ngoài, các khoang bên trong, dây thần kinh và mạch máu của nó. Các khoang hoặc “tế bào” được phân bổ các chức năng theo vị trí: tưởng tượng cho vùng phía trước; lý do ở vùng giữa; và bộ nhớ ở vùng sau. Những vùng não thất này chứa dịch não tủy, không tham gia vào các quá trình tâm thần. Năm 1664, bác sĩ người Anh Thomas Willis xuất bản ấn phẩm Cerebri Anatome (Giải phẫu não), cung cấp giải phẫu chi tiết của não và dây thần kinh, đồng thời đưa ra thuật ngữ “thần kinh học” để nghiên cứu các dây thần kinh.

Trong suốt thế kỷ 18, đã có những tiến bộ lớn trong sự hiểu biết về não bộ, nhưng cũng có rất ít cơ sở khoa học liên quan đến tâm trí và hành vi. 𝐏𝐡𝐫𝐞𝐧𝐨𝐥𝐨𝐠𝐲, cách đọc các đường viền hộp sọ, phổ biến vào đầu những năm 1800. Phrenology được phát triển bởi một bác sĩ người Đức tên Franz Joseph Gall vào cuối những năm 1700. Gall nhận thấy vỏ não của con người lớn hơn nhiều so với động vật, mà ông tin là thứ khiến con người vượt trội về mặt trí tuệ. Cuối cùng, anh ta bị thuyết phục rằng các đặc điểm vật lý của vỏ não cũng có thể được nhìn thấy trong hình dạng và kích thước của hộp sọ. Nói cách khác, anh ta tin rằng những vết sưng trên bề mặt não có thể được phát hiện bằng cách cảm nhận những vết sưng trên bề mặt đầu của một cá nhân.

Sau khi kiểm tra đầu của một số kẻ móc túi trẻ tuổi, Gall phát hiện ra rằng nhiều người trong số họ có vết sưng trên hộp sọ ngay trên tai. Sau đó, ông cho rằng các vết sưng, vết lõm và hình dạng tổng thể của hộp sọ có thể được liên kết với các khía cạnh khác nhau trong tính cách, tính cách và khả năng của một người. Chẳng hạn, với những kẻ móc túi trẻ tuổi, anh ta cho rằng vết sưng sau tai họ có liên quan đến xu hướng ăn cắp, nói dối hoặc lừa dối. Gall tìm kiếm sự hỗ trợ cho ý tưởng của mình bằng cách đo hộp sọ của những người trong các nhà tù, bệnh viện và nhà tù, đặc biệt là những người có đầu hình kỳ lạ. Dựa trên những gì ông tìm thấy, Gall đã phát triển một hệ thống gồm 27 “khoa” khác nhau mà ông tin rằng có thể được chẩn đoán trực tiếp bằng cách đánh giá các bộ phận cụ thể của đầu. Vậy chính xác 27 khoa của Gall là gì?

1. Bản năng sinh sản

2. Tình yêu của con cháu

3. Tình cảm và tình bạn

4. Tự vệ, can đảm và chiến đấu

5. Bản năng giết người

6. Guile, nhạy bén; thông minh

7. Ý thức về tài sản; xu hướng ăn cắp

8. Tự hào, kiêu ngạo, kiêu căng, yêu chính quyền, cao thượng

9. Vanity, tham vọng, tình yêu vinh quang

10. Hoàn cảnh, suy nghĩ

11. Năng lực được giáo dục

12. Ý thức của địa phương và địa điểm

13. Hồi ức của mọi người

14. Bộ nhớ bằng lời nói

15. Khả năng ngôn ngữ

16. Ý nghĩa của màu sắc

17. Cảm nhận về tài năng âm thanh và âm nhạc

18. Khả năng toán học

19. Khả năng cơ khí

20. So sánh độ khó

21. Siêu hình học

22. Satire và hóm hỉnh

23. Tài năng thơ

24. Lòng tốt; thương hại; nhạy cảm; ý thức đạo đức

25. Bắt chước và bắt chước

26. Tôn giáo

27. Kiên trì, vững vàng

Sự phát triển của giải phẫu và bệnh học trong suốt thế kỷ 18 được hỗ trợ bởi kính hiển vi và mô học — môn nghiên cứu về giải phẫu vi mô của các mô và tế bào, thường sử dụng các phương pháp nhuộm staining hoặc nhuộm màu. Những tiến bộ này đã cho phép các bác sĩ lâm sàng thế kỷ 19 như giáo sư người Pháp Jean-Martin Charcot thiết lập thần kinh học như một nhánh chính của y học. Charcot là một bác sĩ lâm sàng tài năng, hỏi và khám bệnh, chẩn đoán bệnh và kê toa điều trị. Trong hơn 40 năm làm nghề, ông đã ghi lại các mẫu triệu chứng ở bệnh nhân và liên kết các phát hiện lâm sàng của mình với các kết quả khám nghiệm tử thi bằng cách sử dụng các công cụ giải phẫu, bệnh lý và kính hiển vi. Ông đã xác định nhiều tình trạng thần kinh: có tới 20 bệnh hoặc triệu chứng vẫn mang tên ông. Charcot có ảnh hưởng trong việc phân biệt giữa thần kinh học và tâm thần học. Trong khi thần kinh học chủ yếu quan tâm đến não bộ và cách các vấn đề về giải phẫu và sinh lý gây ra các tình trạng như đột quỵ và đa xơ cứng, thì tâm thần học được phát triển để tập trung vào sức khỏe tâm thần và các rối loạn về tâm trạng, cảm xúc và suy nghĩ như lo lắng, trầm cảm và tâm thần phân liệt có ít hoặc không có dấu hiệu bên ngoài. Charcot coi bác sĩ người Pháp Guillaume-Benjamin Amand Duchenne, người đầu tiên mô tả và đưa ra phương pháp điều trị cho một số chứng rối loạn thần kinh và cơ bắp, là “người thầy về thần kinh học” của mình. Đến lượt mình, Charcot lại truyền cảm hứng cho những người khác, bao gồm người sáng lập phân tâm học Sigmund Freud; Pierre Janet, người thành lập ngành tâm lý học ở Pháp; và các nhà thần kinh học đáng chú ý như Gilles de la Tourette (hội chứng Tourette). Bản thân Charcot bắt đầu quan tâm đến thuật thôi miên và mối liên hệ của nó với các trạng thái tinh thần cuồng loạn, sử dụng nó trong các bài giảng và như một phương pháp chữa bệnh khả thi. Vào cuối thế kỷ 19, các hoạt động tiên phong trong lĩnh vực phẫu thuật thần kinh bao gồm phẫu thuật cắt bỏ khối u màng não bởi bác sĩ phẫu thuật người Scotland William Macewen vào năm 1878, và cắt bỏ khối u tủy sống vào năm 1887 bởi bác sĩ phẫu thuật và bệnh học người Anh Victor Horsley.