在巴甫洛夫的实验室中，最为重要的动物自然莫过于狗了。巴甫洛夫训 练的狗一个个长得极为健壮，而这些狗身上，却带着巴甫洛夫安装的小管子。 巴甫洛夫无数次节省下自己的粮食来喂狗。据说，有一次高尔基访问巴甫洛 夫实验室了解这位著名科学家的需要时，巴甫洛夫迫不急待地喊道：“狗， 需要狗。”“情况已到了这种地步，我们自己跑到街上去找狗。”
在消化系统中，巴甫洛夫对胃的研究最为深入。巴甫洛夫绞尽脑汁，想 出了获得纯净胃液的“假饲”方法。他在狗的食管和胃部分别装上小管子， 狗吞食时，食物不断从食管的小管子掉出来，吃多少，掉多少，不断地吃， 不断地掉，永远吃不饱。而这种“假饲”开始不久，就会从接通胃部的小管 子滴出胃液来。将这些胃液与食物放在一起，就可看到它们的消化过程。
在此基础上，巴甫洛夫又发现胃液的分泌同样与某种神经活动有关。一 种神经 （现称为迷走神经）支配着胃液，甚至胰液、肠液、胆汁的分泌。而 迷走神经的活动，受着大脑的“宏观”控制。食物进入口腔后，味觉感到了 食物的刺激，经神经报告了大脑，大脑通过迷走神经，命令胃腺开始分泌胃 液。更有意思的是，巴甫洛夫发现，在给狗喂食前，只要让狗看到食物，也 会刺激消化腺活动。巴甫洛夫称之为“心理性分泌”。这也是巴甫洛夫创立 条件反射学说的缘起。
经过近20年坚韧不拔的努力，巴甫洛夫终于揭开了笼罩在消化秘密上的 帏幕，阐明了完整机体在正常生活条件下消化机能的内在规律。他的研究成 果，不仅使消化生理学焕然一新，亦大大促进了整个生理学的发展和进步。 1904年，巴甫洛夫因在消化生理学方面的成就而获得诺贝尔奖金，他是世界 上第一个领受诺贝尔奖金的生理学家，也是第一个领受此奖金的俄罗斯科学 家。
巴甫洛夫在实验中观察到“心理性消化腺分泌”这一有趣现象。俗称“馋 得流口水”到底是怎么一回事呢？从1903年起，巴甫洛夫开始了这种“心理 现象和大脑半球活动规律”的研究。
动物和人都具有反射活动。如婴儿生下来就会吮奶、吞咽，手指碰到烫 的东西会马上缩回，食物进口会分泌唾液，等等。这些都是人和动物的先天 本能，不需任何训练，就可一直保持下去的。巴甫洛夫将此称为“非条件反 射”。
此外，巴甫洛夫又发现了另一类情况。如只要给狗看到肉，虽然还没有 吃到嘴里，狗也会流口水。巴甫洛夫认为，这是狗在以前多次吃肉时，看到 肉的形状，嗅到了肉的气味，然后肉进入狗嘴时，味觉器官尝到了肉味，便 引起了非条件反射性唾液分泌。视觉、嗅觉、味觉器官所受到的刺激传入中 枢，在狗的大脑皮层的不同区域，形成三个兴奋灶。久而久之，三个兴奋灶 之间的联系渐渐加强，得以巩固，发展到肉的气味形状一出现在狗面前时， 就如同肉已进入嘴中一样，引起唾液分泌的反射。这种反射，是后天形成的， 不断训练，不断强化而不断巩固下来。巴甫洛夫称之为“条件反射”，也就 是所谓“心理性分泌”的生理过程。
条件反射不会生来就有。一只出生后只吃奶而从未吃过肉的狗，看到肉 后，不但不分泌唾液，仅用鼻子嗅嗅就走开了。
条件反射也不像非条件反射那样可以永存。环境条件变化了，旧的条件 反射会消退，新的条件反射就建立起来了。狗看到肉会流口水，但是反复只 给狗看到肉而不给它吃，狗的唾液就会一天天减少，直到一滴也没有了。
巴甫洛夫用灯光、脚步声、流水声等各种信号刺激狗，甚至用棍子打狗， 用烙铁烫狗，以针刺狗，只要在喂食前使狗获得相同刺激信号，便可形成条 件反射。一旦形成条件反射，狗在挨了打、烫和刺后，也会垂涎三尺。
巴甫洛夫在研究中进一步发现，动物或人在自然界中怎样从许多刺激中 找出具有信号意义的刺激。巴甫洛夫认为，这主要依靠大脑皮层的功能。大 脑两半球皮层好像一个灵敏度极高的分析器总体，它可将刺激的强度和性质 分析得非常精细，同时也能把不同部位、不同强度以及不同时间出现的刺激， 予以很好综合，形成一个总的复合刺激，因而也就能引起各种各样极其复杂 的反射。
条件反射学说具体地、科学地阐明了动物机体如何同它的外环境建立精 确的相互关系。在自然环境中，动物可根据食物的信号 （气味、颜色、形状 等）去寻找食物，不必等待食物送上门来，掉进自己嘴里；同样，动物也会 根据危险信号而避开危险，以保存自己的生命。特定环境条件下，形成动物 体特定的条件反射，环境条件变了，动物又随环境改变形成新的条件反射， 来适应新的环境，从而使动物机体本身更适于生存下去。这就是巴甫洛夫条 件反射学说重要的生物学意义。
巴甫洛夫致力于狗的大脑的研究，写了上百万字的科学论文。1923年， 巴甫洛夫出版了《动物高级神经活动 （行为）客观研究二十年经验》，1927 年，又出版了《大脑两半球机能讲义》。这两本书总结了巴甫洛夫及其同事 二十多年来在高级神经活动方面的研究成果，是他们给科学界留下的宝贵财 富。
巴甫洛夫有着超人的工作精力。在他70高龄时，又为自己设计了新的课 题，即在研究动物条件反射二十多年的基础上，开始探索人脑活动的奥秘。 通过长期努力，巴甫洛夫提出了关于高级神经活动类型的学说和两个信号系 统的学说。巴甫洛夫发现，人的高级神经活动比动物大大地发展。其显著标 志是：引起人类条件反射的信号刺激可分为两类：一类是现实的具体的信号， 如声、光、皮肤刺激等，这是与动物共有的，称为第一信号；另一类是抽象 信号，即词 （包括听到的语言和看到的文字，这并不指它们的声音或形象， 而是指它们所包括的意义），因为这是第一信号的信号，故称为第二信号。 动物只会对第一信号产生反应，它们的大脑皮层只具有第一信号系统；人类 的大脑皮层既具有第一信号系统，又具有第二信号系统。巴甫洛夫进一步根 据两个信号系统的相互关系将人类的神经类型分为三大类：一为艺术型，以 画家、音乐家、作家等为代表，他们的第一信号系统较占优势；二为思想型， 以数学家、语言学家、哲学家为代表，他们的第二信号系统比较占优势；三 为中间型，即两种信号系统都比较适当，没有哪一种特别发达。在每个型内 又有兴奋型、活泼型、安静型和抑制型之分。巴甫洛夫的这些理论，是有史 以来第一次对人类特有的高级神经活动所作的科学论述，它为研究人类大脑 皮层的活动开辟了新的途径。
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