thumb|right|Imagen combinada de IRM y PET del cerebro humano.
La neurobiología es un campo de estudio de la Neurociencia centrado en su aspecto biológico, es decir, es el estudio de las células del sistema nervioso y la organización de estas células dentro de circuitos funcionales que procesan la información y median en el comportamiento.Shepard, G. M. (1994). Neurobiology. 3rd Ed. Oxford University Press. ISBN 0-19-508843-3 Es una subdisciplina tanto de la biología como de la neurociencia. La neurobiología difiere de la neurociencia, un campo mucho más amplio relacionado con cualquier estudio científico del sistema nervioso. La neurobiología tampoco debe ser confundida con otras subdisciplinas de la neurociencia como la neurociencia computacional, la neurociencia cognitiva, la neurociencia del comportamiento, la psiquiatría biológica, la neurología y la neuropsicología a pesar del solapamiento que se da entre estas subdisciplinas. Los científicos que estudian la neurobiología se llaman neurobiólogos.
Las propiedades básicas, la actividad, y la regulación de las corrientes de membrana, la plasticidad sináptica, la neurotransmisión, la neurogénesis, la sinaptogénesis y los canales iónicos de las células son algunos campos estudiados por los neurobiólogos. La anatomía celular y la subcelular se estudian para dar una visión del retraso mental en el Mental Retardation Research Center (MRRC). Revistas como Frontiers in Cellular Neuroscience y Molecular and Cellular Neuroscience publican sobre temas de neurobiología.
Historia right|thumb|250px|Ilustración de Anatomía de Gray mostrando una vista lateral del cerebro humano, señalando el hipocampo entre otras características neuroanatómicas. El estudio del sistema nervioso se remonta al antiguo Egipto. La evidencia de trepanación, la práctica quirúrgica que consiste en perforar el cráneo con el objetivo de curar dolores de cabeza, trastornos mentales o aliviar la presión craneal, ha sido practicada en pacientes desde el neolítico y se ha encontrado en varias culturas alrededor del mundo. Manuscritos que datan del año 1700 A. C. indicarían que los egipcios poseían cierto conocimiento acerca de los síntomas que presenta el daño cerebral.
Algo así como "un relleno craneal" fueron las primeras observaciones hechas acerca del papel que desempeñaría el cerebro. En Egipto, desde finales del Imperio Medio en adelante, el cerebro era removido de forma regular para la momificación. Se pensaba, en ese entonces, que la inteligencia residía en el corazón y que sería este la fuente de la conciencia, pero esta creencia no sería rebatida sino hasta la llegada de Hipócrates de Cos, padre de la medicina.Useful known and unknown views of the father of modern medicine, Hippocrates and his teacher Democritus., U.S. National Library of MedicineHippocrates, Microsoft Encarta Online Encyclopedia 2006. Microsoft Corporation. 31-10-2009. Él creía que el cerebro no solo estaba involucrado con la sensación—dado que la mayoría de los órganos especializados (los ojos, las orejas, la lengua) se hallan localizados en la cabeza cerca del cerebro—sino que también en él radicaría la inteligencia. Platón también especuló con la posibilidad de que el cerebro fuera el origen de la parte racional del alma. Aristóteles, sin embargo, creía que el corazón era el centro de la inteligencia y que el cerebro servía para enfriar la sangre. Esta opinión fue generalmente aceptada hasta que Galeno, médico de los Gladiadores romanos y seguidor de Hipócrates, observó como sus pacientes perdían ciertas facultades mentales al sufrir daños en el cerebro.
En Al-Ándalus, Abulcasis, el padre de la cirugía moderna, desarrolla materiales y diseños técnicos que todavía se utilizan en neurocirugía. Averroes sugiere la existencia de la enfermedad de Parkinson y atribuye propiedades fotorreceptoras a la retina. Ibn Zuhr describe la meningitis, tromboflebitis intracraneal, tumores del mediastino y realiza importantes contribuciones a la neurofarmacología moderna. Maimónides escribe acerca de los trastornos neuropsiquiátricos, describe la rabia y la intoxicación por belladona. Vesalio (1514-1564) rechaza la idea de sus contemporáneos que sostienen que los ligamentos, las aponeurosis y los tendones son tres tipos de unidades nerviosas, pues afirma que el nervio es el modo de la transmisión de la sensación y el movimiento. Comparte la creencia aristotélica: los nervios no se originan en el corazón, sino que provienen del cerebro. René Descartes observa que la glándula pineal se encuentra cerca de los ventrículos. Afirmaba que el líquido cefalorraquídeo de los ventrículos actuaba a través de los nervios para controlar el cuerpo, y que la glándula pineal, intervenía en este proceso.
Los estudios del cerebro se tornaron más sofisticados con la invención del microscopio y el desarrollo de un procedimiento de tinción por parte de Camilo Golgi a finales de la década de 1890. Tal procedimiento utiliza cromato de plata para revelar la intrincadas estructuras de las neuronas individuales. Su técnica fue utilizada por Santiago Ramón y Cajal y dio lugar a la formación de la doctrina de la neurona, la hipótesis de que la unidad funcional del cerebro es la neurona. Golgi y Ramón y Cajal compartieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1906 por sus extensas observaciones, descripciones y clasificaciones de las neuronas en el cerebro. La doctrina de la neurona fue apoyada por diversos experimentos a partir del trabajo pionero de Galvani en la excitabilidad eléctrica de los músculos y neuronas. En el , Emil du Bois-Reymond, Johannes Peter Müller y Hermann von Helmholtz demostraron que las neuronas son eléctricamente excitables y que su actividad era previsible a la situación eléctrica de las neuronas adyacentes.
En el año 1921 Otto Loewi explicó que la transmisión de estímulo nervioso no era solamente eléctrica. Perfundiendo solución fisiológica tibia en corazones extirpados de rana lo mantenía latiendo. Estimulando el nervio vago de uno los corazones produjo una reducción de la frecuencia cardíaca, y el corazón no estimulado mantenía su frecuencia normal. Entonces realizó algo científicamente excepcional: extrajo el líquido del corazón estimulado y lo inyectó al corazón no estimulado y observó que este segundo corazón comenzaba a latir más lentamente. Descubrió que había algo que se producía en la estimulación que no era eléctrico, que era químico, porque se disolvía en la solución fisiológica inyectada y mantenía su efecto. Otto Loewi había descubierto los neurotransmisores, por lo que le dieron el Premio Nobel de medicina en 1936.
En paralelo con esta investigación, el trabajo con pacientes con daño cerebral realizado por Paul Broca sugirió que ciertas regiones del cerebro son responsables de determinadas funciones. En ese momento, los hallazgos de Broca fueron vistos como una confirmación de la teoría de Franz Joseph Gall de que el lenguaje se encontraba localizado en un área específica y ciertas funciones psicológicas se encontrarían localizadas en la corteza cerebral. La hipótesis de la localización de función fue apoyada por las observaciones de los pacientes epilépticos llevada a cabo por John Hughlings Jackson, quien dedujo correctamente la organización de la corteza motora viendo la progresión de las convulsiones en el cuerpo humano. Más adelante Wernicke desarrolla la teoría de la especialización de las estructuras específicas del cerebro en la comprensión del lenguaje y la producción. La investigación moderna sigue utilizando el mapa de citoarquitectura cerebral de Brodmann (en referencia al estudio de la estructura celular) para demostrar que las distintas áreas de la corteza se activan en la ejecución de tareas específicas.
En 1952, Alan Lloyd Hodgkin y Andrew Huxley presentaron un modelo matemático para la transmisión de señales eléctricas en las neuronas del axón gigante de calamar, los potenciales de acción, y cómo se inician y propagan, conocido como el modelo de Hodgkin-Huxley. En 1961-2, Richard Fitzhugh y J. Nagumo simplificaron a Hodgkin y Huxley en lo que se llama el modelo de Fitzhugh-Nagumo. En 1962, Bernard Katz modeló la neurotransmisión a través del espacio entre las neuronas conocida como sinapsis. En 1981 Catherine Morris y Harold Lecar combinaron estos modelos en el modelo de Morris-Lecar. En 1984, J. L. Hindmarsh y R. M. Rose aumentaron aún más el modelo neurotransmisión en el modelo de Hindmarsh-Rose.
A partir de 1966, Eric Kandel y James Schwartz examinaron el análisis bioquímico de los cambios en las neuronas asociadas con el aprendizaje y el almacenamiento de memoria.
Neuronas, neuronas especulares y células gliales
thumb|Uno de los dibujos de Santiago Ramón y Cajal, que muestra a las neuronas observadas bajo el microscopio. En este caso las células de Purkinje del cerebelo. Las neuronas son células especializadas en recibir, propagar y transmitir impulsos electroquímicos. Solamente en el cerebro humano, hay más de cien mil millones de neuronas. Las neuronas son diversas en cuanto a morfología y función. Por lo tanto, no todas las neuronas corresponden a las estereotipadas neuronas motoras con dendritas y axones mielinizados que conducen potenciales de acción. Algunas neuronas como las fotorreceptoras, por ejemplo, no tienen axones mielinizados que conduzcan potenciales de acción. Otras neuronas unipolares que se encuentran en invertebrados no tienen ni siquiera procesos distintivos tales como las dendritas. Por otra parte, las distinciones basadas en la función entre las neuronas y otras células, tales como las células cardíacas y las musculares no son útiles. Así, la diferencia fundamental entre una neurona y una célula no neuronal es una cuestión de grado.
Otra clase importante de células que se encuentran en el sistema nervioso son las células gliales. Estas células están solo recientemente comenzando a recibir atención de los neurobiólogos por participar no solo en la alimentación y el mantenimiento de las neuronas, sino también en la modulación sináptica. Por ejemplo, las células de Schwann, que son un tipo de células gliales que se encuentran en el sistema nervioso periférico, modulan las conexiones sinápticas entre las terminales presinápticas de las placas terminales de la neurona motora y las fibras musculares en las uniones neuromusculares.
A principios de los años 90, se descubrió la neurona especular por Giacomo Rizzolatti. Recibió el Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica 2011 , compartido con Joseph Altman (Su labor investigadora certificó, utilizando la técnica de autorradiografía con timidina tritiada para marcar células en división, la existencia de neurogénesis en algunas áreas del cerebro postnatal y adulto de la rata, especialmente en el bulbo olfativo y el giro dentado. Asimismo, sugirió que estas nuevas neuronas desempeñan un papel crucial en los procesos de la memoria y el aprendizaje.) y con Arturo Álvarez-Buylla (por sus investigaciones en el origen de la neurogénesis de células olfativas en el adulto y la migración en cadena de estas células para alcanzar el bulbo olfativo, siguiendo una vía específica denominada rostral migratory stream).
Función neuronal