Teoretická neuromorfologie je studium a využití logických a matematických technik a pojmů umožňujících studium tvarů a konektivity v nervovém systému za účelem zlepšení jeho popisu a pochopení.
Racionální studium tvarů, které vznikaly dlouho. Při velkých pokrokech dosažených v minulém století je důležité rozlišovat morfogenezi (způsob tvorby forem) a morfologii (realizované formy).
Významné koncepční změny týkající se forem vzešly z d’Arcyho Thomsonova eseje (1917) zabývající se formami v přírodě. Ty nebyly považovány za statické, ale za výsledek morfogenetických faktorů. Forma není známá svou intimní povahou, je definována jako prostý výsledek sil. Thom (1974), zakladatel „teorie katastrof“ uznal, čemu vděčí za tuto práci. Řada různých větví nelineární matematiky teorie katastrof, fraktální teorie, teorie „rozptylujících struktur“, teorie chaosu vedla k tomu, co Boutot (1993) nazval „morfologickou revolucí“, která hluboce modifikovala pojetí forem v prostoru. Teoretická neuromorfologie se zbavuje morfogeneze (způsobu, jakým byly formy vytvořeny), aby omezila svůj účel na realizované formy.
Navzdory některým výsledkům nebyly prostor a tvary často považovány za náchylné k tomu, aby přinášely informace o fungování nervového systému. Neuromorfologie byla přesto intenzivně studována po objevu Golgiho metody umožňující vidět celé neurony. To dalo podnět k hojné literatuře s popisy a čísly. To umožnilo Ramonu y Cajalovi (1911) definitivně nalézt „teorii neuronů“ (mozek je tvořen oddělenými buňkami, které spolu komunikují) a formulovat zákon „dynamické polarizace“ (axonalwards). S dalšími poukázal na rozmanitost vzorů neuronů v závislosti na konkrétních mozkových místech a již vyslovil hypotézy o roli, která by mohla být splétána konkrétními formami. Později bylo učiněno několik pokusů. Jedním z kroků byla práce Mannena (1960) o uzavřených a otevřených jádrech, která se znovu opírá o dendritickou morfologii. Následovalo několik prací Ramona-Molinera definujících typy neuronů podle jejich dendritických arborizací.
Přístup k přírodním formám navrhl Stevens (1974), který se snažil racionálně klasifikovat formy a najít jejich specifické vlastnosti a výhody, pokud jde o přímočarost nebo hospodárnost způsobů. Od téměř jednoho století se ukázalo, že důležitý korpus teoretických nástrojů, dosud málo využívaných, je velmi užitečný pro pochopení nervového systému. Tyto nástroje, obecně , mohou být klasifikovány jako «logické » nebo úžeji jako «logiko-matematické ». Jak uvidíme, nejužitečnější pro teoretickou neuromorfologii, spolu s geometrií pro metrické parametry, jsou teorie množin, teorie systému, teorie grafů.
Klasické tradiční formy vycházely z euklidovské geometrie a mohly by být popsány použitím euklidovské geometrie například ve vztahu ke kartézskému triedru (jedna kolmá osa pro tři „rozměry“). Tyto formy mohou mít materiální realizace (krychle, koule..). Mnoho přírodních objektů však nemůže být uspokojivě popsáno pomocí euklidovské geometrie. Mnoho z nich jsou například fraktály (Mandelbrot,1983 ), protože jsou rozvětvené, mají otvory, nebo jsou příliš fraktovité, atd.. V jejich případě nejsou tři rozměry více spojeny lineárně. To platí zejména pro plochy a objemy. Jak již zdůraznil Stevens (1974), některé morfologické vzory mohou nabídnout přesné výhody. Příklad lze uvést ze dvou extrémů, kde je povrch objektů zásadní. Povrch je místo, kde se objekty vyměňují mezi vnitřkem a vnějškem. V případě, kdy je výhodnější mít minimální výměnu, je zvoleným tvarem zpravidla ovoid (jako jsou vejce, zrna, plody… kytovci atd. s koulí jako dokonalou hranicí), který pro daný objem omezuje povrch na minimum. Když je výměna zásadní, je důležitý povrch nutný náklady na aminimalový materiál. Binární větvení značně zvyšuje povrch, aniž by příliš zvětšovalo objem hmoty. To je případ rostlinných stromů a cévního, plicního, močového systému. Nervový systém může být vnímán jako systém výměn mezi vyzařováním a přijímáním binárních arborizací, který nabízí obrovský kombinatorický rozsah.
Jeden problém neuromorfologie je způsoben tím, že nemusí popisovat jeden objekt, mozek, ale průměrný mozek. To ospravedlňuje rozsáhlé používání statistik.
Tyner (1975) a Rowe a Stone (1977) analyzovali koncepční základy, které je třeba respektovat v procesu klasifikace neuronů. Trvali na nutnosti oddělit klasifikaci a identifikaci
Klasifikace musí být založena na multifaktoriálních technikách a musí být hierarchická (v návaznosti na dvousetletou zvířecí taxonomii).
Když bylo provedeno mnoho pojmenování nebo identifikací charakteristik somy, bylo zřejmé, že pouze kvantitativní studie kompletních dendritických arborizací byla schopna nabídnout prostředek pro neutrální neuronální taxonomii. Konkrétní druh skupiny neuronů v lokalizované části mozku u jednoho živočišného druhu se nazývá neuronální druh.Když jsou na stejném místě pozorovány neurony přibližně stejné morfologie u jiného živočišného druhu, jedná se o neuronální rod. Existuje také neuronální rodina a tak dále. Například ostnaté neurony striatum makaka jsou jedním druhem. Spolu s neurony člověka a/nebo jiných druhů tvoří rod. Statistická srovnání umožňují analyzovat, co zůstalo stejné nebo co se v evoluci změnilo.
«Teorie množiny je základem prakticky každého oboru matematiky» (Kahn, 1995). Velké změny ve způsobu analýzy a uvažování přinesla teorie množiny . Začíná to od jednoduchých pojmů. Například «množina je sbírka prvků» (Kahn, 1995), která je intuitivní a nemusí být prokázána. Prvky mají společné to, že jsou členy množiny. Konkrétní množina je definována společnými vlastnostmi jejích prvků. To vyvolává problémy podobností a nakonec typologie a klasifikace.
Neuronální množiny mohou být množiny celých neuronů nebo částí neuronů.
Naše schopnost myslet, reagovat a pamatovat si závisí na funkci nervového systému. Nemůžeme porozumět lidskému mozku, aniž bychom nejprve objasnili vlastnosti a funkci jeho hlavních jednotkových prvků, neuronů.
Jedná se o složité a specializované buňky. Lepší pochopení buněčné evoluce dosažené v posledních několika letech však odhalilo, že i ty nejdokonalejší a nejunikátnější vlastnosti nervových buněk představují adaptaci základních funkcí pozorovaných ve všech eukaryotických buňkách včetně jednobuněčných organismů. Buněčná neurobiologie se tak stala důležitou kapitolou buněčné biologie. Studie neuronů výrazně zúročují pokrok v základní buněčné biologii. Naopak výzkum specializovaných vlastností neuronů přináší velké výpadky v jiných oblastech biologie. Projekty buněčné neurobiologie na katedře se zaměřují na mechanismy membránového provozu v synapsi, na vývoj a udržování buněčné polarity a na mechanismy zodpovědné za heterogenní distribuci organel a makromolekul v rámci neuronální cytoplazmy. Zkoumá se také formování a plasticita synapsí. V tradici katedry se k otázkám v těchto oborech přistupuje multidisciplinárně pomocí genetiky, proteinové a lipidové biochemie, molekulární biologie a nejmodernějších světelných a elektronových mikroskopických zobrazovacích technik. Experimentální systémy zahrnují myší modely, kultivované neurony, velké modelové synapse, izolované synaptické preparáty a bezbuněčné systémy. Zvláštní důraz je kladen na rozhraní mezi tímto základním výzkumem a onemocněním.