En 1900 viajó a Europa y se relacionó con los más prestigiosos de sus colegas; en Berna trabajó con Kocher, y en Inglaterra con Sherrington y Horsley; asimiló las técnicas quirúrgicas europeas y, en contacto con estos maestros, aumentó su ya creciente pasión por la investigación científica.
Cuando regresó a Estados Unidos puso su mayor interés en la práctica clínica de las afecciones del encéfalo, realizando a gran escala operaciones de la cavidad craneal. "Ingrata tarea ésta, en aquel tiempo de escasas indicaciones y elevada letalidad" -indica su biógrafo Juan Antonio Paniagua-, y añade: "Pero el genio y la tenacidad de Cushing iría, paso a paso, mejorando procedimientos y estudiando afecciones neurológicas, en especial las tumorales."
En 1912 dio a conocer una trascendente monografía sobre las alteraciones de la hipófisis. Ese mismo año pasó a Harvard, donde le fue confiada una cátedra, a través de la cual pudo conformar un equipo científico de primer orden para las intervenciones quirúrgicas , que dirigió "con cierto autoritarismo".
Con motivo de la primera guerra mundial, de 1915 a 1919 sirvió como voluntario en Francia.De nuevo en su país, retornó a la investigación científica con nuevos bríos. Del laboratorio experimental de cirugía por él creado, salieron importantes comunicaciones médicas; a la clínica correspondiente llegaban discípulos y pacientes, unos para observar la práctica de intervenciones quirúrgicas sorprendentes, y otros para someterse a la operación, cada vez más segura y eficaz. Cushing logró reducir la tasa de mortalidad en estas operaciones de un 40 a un 5 por ciento.
Fruto de sus estudios sobre la hipófisis, fue la descripción en 1932, del síndrome que lleva su nombre. Dos mil extirpaciones de tumores encefálicos y una cuidadosa clasificación histológica de sus formas y evolución, quedaron reflejadas en el tratado de 1932 Tumores intercranealesy en la clásica monografía sobre meningiomas. Tras jubilarse en Harvard, pasó a la Universidad de Yale, mas tuvo que abandonarla en 1937 debido a problemas de salud.
En sus últimos años, la afición por los libros y las humanidades le orientó hacia estudios de historia de la medicina y lo llevó a crear una gran biblioteca que donó a Yale.
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