人們知道，動物僅有第一信號系統高級神經活動，也就是由現實的具體刺激引起的條件反射。而人類則兼具第一和第二信號系統（語言）兩種形式的高級神經活動。是誰最先發現高級神經活動規律的呢?他就是「生理學無冕之王」巴甫洛夫。這位俄羅斯生理學家有句名言：「要做科學的苦工!」因此，人們又充滿敬意地稱他為「科學的苦工」。
1849年，巴甫洛夫出生於俄國中部梁贊城的一個貧苦的家庭，父親是個傳教士。1870年，21歲的巴甫洛夫帶著一張「貧困證明書」，進入了彼得堡大學攻讀生理學。他刻苦學習，閱讀了大量的書籍。大學畢業時，獲得了金質獎章。後來，又轉到軍醫學院深造，並在這所學院中度過了40多個年頭。
巴甫洛夫生活的年代，科技發展突飛猛進，人類對於自身各個部分的構造已經相當清楚。不過，統一指揮協調軀體各部位運動的「司令部」——大腦，卻仍像一個謎團，人們急於知道人體內的大腦和內臟器官的工作原理，瞭解高級神經活動的規律，卻苦於無從觀察而進展甚微。
如何才能透過體表，直視內臟器官的活動呢?一次偶發的事件，讓巴甫洛夫大受啟發。原來，有個獵人槍支走火，子彈射進了自己的腹部。醫生救了獵人一命，但令人遺憾的是傷口長期不能癒合，只好用消毒紗布蓋著腹部，留下一個通向胃部的小洞，透過這個瘺管，醫生可以清楚地觀察到獵人胃的活動情況。為什麼不通過瘺管來觀察動物的器官活動呢?巴甫洛夫開始了生理學發展史上最有意義的實驗。
首先，他將狗的胃切開，做成一個通向體外的胃瘺管。接著，又在狗的脖子上開一個口子，將食管切斷，然後把兩個斷頭都接到體外。實驗開始後，飢餓的狗像往常那樣狼吞虎嚥起來，可是嚥下去的食物卻從食管切口處掉出來。狗不停地吃著，可胃卻始終空空如也。這時，有趣的現象發生了，食物雖然沒有進入這只帶瘺管的狗胃裡，但狗的嘴巴一咀嚼食物，胃就開始分泌胃液。由於胃裡沒有雜物，胃部瘺管中就一滴一滴地滴下透明的胃液，流入預先備好的試管中。這個被稱做「假飼」的實驗結果顯示：食物雖然沒有到胃裡，但胃已開始分泌胃液。說明胃液的分泌是大腦通過神經所下的命令，而不是食物直接刺激胃的結果。原來，大腦是指揮全身各器官協調工作的司令部，它控制著胃的消化活動。於是，巴甫洛夫瞄準了下一個目標：研究大腦活動規律，認識人體的「司令部」。
為了更加方便地觀察研究狗的神經活動，巴甫洛夫在狗的面頰上切開一個小口，用導管將唾液腺分泌出的唾液引到體外，流到掛在面頰上的漏斗中，再滴入試驗用的量杯裡。在給狗餵食之前，巴甫洛夫先打開電燈。因為燈光與食物沒有任何聯繫，狗根本沒有理會，也沒有唾液流出來。開燈後立即給狗餵食，狗的唾液就流了出來。以後，給狗餵食時總是打開電燈。經過多次重複，一個奇特的現象出現了：只要燈光一亮，即使不餵食物，狗也會流口水。由此可見，燈光已經和食物一起成為固定的信號出現在狗的大腦中，因此狗一見燈光，就做出消化食物的反應，流出唾液。
巴甫洛夫將他發現的這種實驗現象稱作「條件反射」。後來的實驗證明，動物的條件反射只是一種暫時的現象。因為對於在實驗室裡對燈光與食物建立了條件反射的狗來說，一旦只有燈光而不餵食物，狗的唾液就會漸次減少，直到完全不分泌，暫時建立起來的條件反射也逐漸消失。
巴甫洛夫通過一系列科學實驗，創立了非凡的學說，在人類歷史上第一次對高級神經活動做了準確客觀的描述，並由此開啟了探索神經活動的一扇「窗口」，為研究人類大腦皮層複雜的高級神經活動開拓了全新的思路。1904年，諾貝爾獎基金會將該年度的生理學和醫學獎金，授予了巴甫洛夫教授，以獎勵他在生物學研究中取得的卓越成果。要知道，巴甫洛夫是世界生理學家中第一個享有這種榮譽的科學家。