L'ischémie cérébrale (IC) représente 80 % des accidents vasculaires cérébraux (AVC), deuxième cause de mortalité dans le monde. Elle fait suite à l'interruption du flux sanguin dans une artère cérébrale. Elle se définit comme une diminution de la pression de perfusion cérébrale en dessous du seuil d'autorégulation physiologique du débit sanguin cérébral conduisant à une insuffisance d'apport en oxygène et en énergie. Il s'agit d'un phénomène évoluant très rapidement dans le temps et l'espace, allant du « silence électrophysiologique » de neurones encore viables (pénombre) à la nécrose irréversible (infarctus). L'imagerie par résonance magnétique ou la tomodensitométrie de perfusion permettent de visualiser en urgence ces zones d'IC. Les mécanismes entraînant la mort cellulaire (homéostasie du Ca²⁺, Na⁺/Cl^-, K⁺ et excitotoxicité, dépolarisation péri-infarctus, stress oxydatif, inflammation, etc.) ne sont pas limités aux neurones. Ils impliquent l'ensemble de l'unité neurovasculaire, les oligodendrocytes et la microglie. De plus, l'immunodépression systémique induite par l'AVC est responsable d'infections aggravant le pronostic fonctionnel. Une meilleure compréhension intégrative « au-delà du neurone » de ces phénomènes est nécessaire pour développer des traitements limités, à ce jour, à la prise en charge spécialisée des AVC, à la reperfusion par thrombolyse et à l'hémicrâniectomie décompressive pour les infarctus étendus. En parallèle des mécanismes délétères, il existe une neuroprotection endogène initiale puis une récupération durant plusieurs mois. Cette récupération, favorisée par la rééducation, est liée à une compensation des déficits et à la plasticité cérébrale : réorganisation des circuits lésés et neurosynaptogenèse en relation avec la glie et les microvaisseaux au sein de « niches neuro-oligo-vasculaires » périlésionnelles. L'optimisation de cette plasticité multicellulaire est aujourd'hui l'objectif de traitements prometteurs de médecine régénérative basée sur l'utilisation de facteurs de croissance et de cellules souches ou différenciées (thérapie cellulaire).