L'un des plus grands physiologistes américains, dont le nom reste surtout attaché à la théorie de l'homéostasie. Né dans le Wisconsin à Prairie-du-Chien, Cannon entre à Harvard en 1896. Docteur en médecine en 1900, il reste dans cette université où se déroulera sa carrière ; professeur de physiologie de 1906 à 1942, il séjourne à Paris de 1929 à 1930.
Encore étudiant en médecine, il est vivement intéressé par la découverte des rayons X faite par Roentgen vers 1895. Il en devine le premier l'immense portée en physiologie et l'applique en 1897 à ses propres recherches sur le mécanisme de la digestion chez l'animal : pour améliorer la qualité de l'image obtenue, il fait ingurgiter à des chats une bouillie au bismuth. Cette technique permettra ensuite de déceler les anomalies de l'estomac, les tumeurs, etc.
Il observe les contractions en vagues de l'estomac pendant la digestion et remarque les modifications, allant parfois jusqu'à la disparition, des mouvements de cet organe ou de l'intestin lorsque l'animal est en proie à la crainte ou à la frayeur ; bientôt, il montre que celles-ci provoquent également d'autres dérèglements : accélération du rythme cardiaque, augmentation de la sécrétion gastrique. Dès lors, Cannon va consacrer sa vie et ses recherches à éclairer les liens entre psychisme et fonctions.
Montrant, dans Bodily Changes in Pain, Hunger, Fear and Rage (1915), que les modifications du corps sous l'effet de la douleur, de la faim, de la peur ou de la colère sont comparables à une réaction de fuite, il énonce la théorie de l'homéostasie, selon laquelle les mécanismes fonctionnels maintiennent entre eux un état d'équilibre, en particulier au niveau des éléments du « milieu intérieur » de Claude Bernard, et tendent à en rétablir l'harmonie lorsque celle-ci a été rompue. Il prouve par une série d'expériences sur l'animal que, lorsque le système nerveux est excité par une émotion violente, la sécrétion d'adrénaline s'élève et il en cherche le stimulant chimique : en 1931, il découvre la sympathine (noradrénaline). Ses travaux sur l'homéostasie et les fonctions du système nerveux sympathique figurent également dans The Wisdom of the Body (1932).
Ses travaux sur les mouvements de l'estomac et de l'intestin ont été publiés dans de nombreux articles ainsi que dans The Mechanical Factors of Digestion (1911) et dans Digestion and Health (1936). Durant la Première Guerre mondiale, il étudie les effets du choc hémorragique sur les glandes endocrines et publie Traumatic Shock (1923) et, enfin, Autonomic Neuro-Effector System (1937). Ses souvenirs, The Way of an Investigator (1945), paraissent l'année même de sa mort, survenue à Franklin (New Hampshire).
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