Fils d'un charron, Jean-Martin Charcot accomplit ses études secondaires à Paris, au lycée Bonaparte (actuel lycée Condorcet), puis envisage de faire l'École des beaux-arts en raison de ses dons pour le dessin, avant de s'inscrire finalement à l'École de médecine en 1844. Brillant étudiant, il est reçu successivement interne des hôpitaux de Paris en 1848, puis chef de clinique en 1853 dans le service du professeur Rayer. Il est nommé médecin des hôpitaux en 1856. Ses premiers travaux portent sur le rhumatisme chronique dégénératif et il publie en 1859 un travail sur la claudication intermittente dans lequel il décrit chez l'homme une affection connue chez les chevaux depuis 1831. En 1859, il est chargé d'un cours de pathologie interne à l'école pratique. En 1862, il est nommé chef de service à la Salpêtrière, dans le quartier Vieilles-Femmes qui comporte près de cinq mille malades.
De 1862 à 1870, il donne des leçons théoriques et cliniques sur les maladies chroniques, les maladies des vieillards et les maladies du système nerveux. Charcot développe la méthode anatomo-pathologique qui repose sur la confrontation des symptômes cliniques présents lors de la maladie avec les lésions anatomiques retrouvées au cours de l'autopsie. Dans le cadre d'une étude anatomo-pathologique approfondie, Charcot étudie les fonctions de la moelle épinière et analyse les fonctions cérébrales. Il jette les bases d'un concept nouveau à l'époque selon lequel le cerveau n'est pas homogène mais est plutôt une association de territoires divers ayant des fonctions distinctes. Cette conception originale et novatrice a permis à la neurologie de faire un bond en avant. En 1861-1862, il décrit une observation de « paralysie agitant » connue maintenant sous le nom de maladie de Parkinson.
En 1863, il présente des travaux anatomo-pathologiques sur la goutte. En 1865, il réalise des travaux sur les maladies du poumon, du foie et sur la pathologie des hémorragies cérébrales. Il publie cette année-là Des amyotrophies spinales chronique […]
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