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公元前5000年，南美洲部落为寻求与神灵沟通的途径，在活人头上开凿去骨，有可能是最早的神经外科手术行为。公元前2600年，古埃及的伊姆霍特普为了更好的保存木乃伊，而采取经鼻取脑，成为现代经鼻蝶手术的雏形。古希腊时期的解剖学为神经外科奠定了基础。500—1500年，宗教的兴起以及战争的发生，促使大量的颅脑外伤出现，使神经外科开始成为一门独立的学科。1861年，布罗卡发现运动语言区，对大脑的认识开始从形态学向功能转变。1878年，麦克文实施了第1例插管麻醉下的脑膜瘤切除术，标志现代神经外科的开始。而真正将神经外科手术推到一个新高度的，是美国神经外科医生哈维·库欣。发明了脑血管成像技术的葡萄牙人莫里茨，通过手术治疗精神分裂症患者的方法获得了1949年诺贝尔生理及医学奖。1968年，瑞士学者亚萨吉尔首先开展显微镜下神经外科手术操作。中国的神经外科于1952年由赵以成在天津创建，经过60年发展，中国与国外的差距逐渐缩小。