La formación inicial de Leonardo sobre anatomía humana comenzó mientras aprendía con Andrea del Verrocchio, quien insistía en que todos sus alumnos tuvieran conocimientos de anatomía.
Como artista, pronto fue un maestro de la anatomía topográfica, realizando numerosos estudios sobre músculos, tendones y otras características anatómicas visibles.
Las condiciones de trabajo fueron particularmente penosas debido a los problemas de higiene y conservación de los cuerpos. Como artista reconocido, recibió la autorización para disecar cadáveres humanos en el hospital de Santa María Nuova de Florencia y, más tarde, en los hospitales de Milán y de Roma.
De 1510 a 1511, colaboró con el médico Marcantonio della Torre y, juntos, compilaron un conjunto de investigaciones sobre anatomía con más de doscientos dibujos hechos por Leonardo; los cuales fueron publicados bajo el título engañoso de Tratado de pintura, en 1680.
Realizó muchos dibujos sobre anatomía humana, de huesos, músculos y tendones, del corazón y el sistema vascular, del sistema reproductivo y otros órganos internos, y gráficos sobre la acción del ojo.
Estas observaciones contienen a veces inexactitudes debidas a los conocimientos de la época, por ejemplo un estudio hecho por él sobre el flujo sanguíneo. Realizó uno de los primeros dibujos de un feto dentro del útero, y la primera comprobación científica conocida de la rigidez de las arterias en respuesta a una crisis cardiaca.
Como artista, Leonardo observó de cerca los efectos de la edad y de la emoción humana sobre la fisiología, estudiando en particular los efectos de la rabia. Dibujó igualmente numerosos modelos, algunos de ellos con importantes deformaciones faciales o signos visibles de enfermedad.
También estudió la anatomía de numerosos animales. Disecó vacas, pájaros, monos, osos y ranas, con el único fin de comparar la estructura anatómica de estos animales con la del hombre. También hizo estudios sobre los caballos.
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