В 1907 г. он был избран членом Российской Академии наук. В этот период времени он проводил работы по физиологии высшей нервной системы.
Ученый неоднократно обращался к общественности и просветительским обществам с призывом о частной поддержке его лабораторий. Такая помощь иногда оказывалась. Например, благодаря субсидии московского мецената X. С. Леденцова удалось начать строительство знаменитой «башни молчания» – специальной лаборатории для изучения условно-рефлекторной деятельности у собак. Это была единственная в мире лаборатория по изучению высшей нервной деятельности. Она представляла собой особое помещение, позволяющее поместить подопытное животное в полную изоляцию от внешнего мира.
Проводя свои опыты, ученый заметил, что выделение слюны у собаки может происходить даже в ответ на шаги человека, приносящего ей пищу в одно и то же время. Значит, у собаки вырабатывалась условная связь между звуком шагов и получением еды. Таким образом, пища – безусловный, врожденный раздражитель, вызывавший слюноотделение. Шаги же – условный раздражитель. Сама связь, образующаяся в коре головного мозга, получила название условного рефлекса. Условным раздражителем могут служить и звонок, и свет, и тепло, и холод, и много другое.
В одной из своих работ И. П. Павлов отмечал: «Всю совокупность высшей нервной деятельности я представляю себе отчасти для систематизации повторяя уже сказанное выше, так. У высших животных, до человека включительно, первая инстанция для сложных соотношений организма с окружающей средой есть ближайшая к полушариям подкорка с ее сложнейшими безусловными рефлексами, инстинктами, влечениями, аффектами, эмоциями… Вызываются эти рефлексы относительно немногими безусловными, т. е. с рождения действующими, внешними агентами. Отсюда ограниченная ориентировка в окружающей среде и вместе с тем слабое приспособление. Вторая инстанция – большие полушария, но без лобных долей. Тут возникают при помощи условной связи ассоциации, новый принцип деятельности: сигнализация немногих безусловных внешних агентов бесчисленной массой других объектов, постоянно вместе с тем анализируемых и синтезируемых, дающих возможность очень большой ориентировки в той же среде и тем уже гораздо большего приспособления».
Выработка разнородных и разностепенных условных рефлексов – одна из существенных функций коры больших полушарий мозга. Эти рефлексы лежат в основе простых и сложных поведенческих актов и составляют основной фонд высшей нервной или психической деятельности высших животных и человека. По мнению ученого, «с фактом условного рефлекса отдается в руки физиолога огромная часть высшей