假饲
在实验台上，在带瘘管的狗面前摆着一个食盘，饥饿的狗狼吞虎咽地吃了起来，可是咽下去的食物半路上从食管切口处掉了出来，又落在食盘里。狗虽然不停地吃，胃却始终大唱“空城计”。有趣的是，食物虽然没有进入胃里，但狗的嘴巴一动，一咀嚼食物，胃就开始分泌胃液，因为胃内没有杂物，透明纯净的胃液就从胃部瘘管中一滴一滴地流入外面接着的试管里。
这个“假饲”实验告诉我们：食物并没有到胃里，而胃已开始分泌胃液，说明胃液的分泌不是食物刺激胃的结果，而是大脑通过神经下达了命令。食物一进入嘴里，味觉神经就向大脑报告：食物来了，叫胃准备消化。信号从大脑传到胃，胃液就分泌出来了。
不仅如此，巴甫洛夫在实验中还观察到好些耐人寻味的现象：当狗一看见食物，还没叼进嘴里，瘘管里就已开始滴出胃液，这说明不仅口腔可以向大脑报告“食物来了”的消息，眼睛看见食物后，也可向大脑发出报告。甚至不让狗看到食物，只是把香肠、火腿等藏在口袋里，灵敏的狗鼻子闻到了香味，也会有胃液滴出，这证明大脑已收到了鼻子发出的“准备消化”的信息。
综合这些现象。巴甫洛夫得出结论：大脑控制、支配着胃的消化活动，它是指挥全身各器官协调工作的司令部。“研究大脑活动规律，认识人体的司令部”成了巴甫洛夫下一个攀登的目标。
巴甫洛夫已打开了观察胃的“窗口”，有了研究消化的经验。他注意到：当狗看到食物，或闻到食物的香味时不仅能分泌胃液，嘴角也会流出口水。对了，通过唾液分泌去研究大脑，不是更方便吗？
这一次，他在狗的面颊上切开一个小口，使唾液腺的导管经过它通向体外。这样，狗的唾液不是往嘴中流，而是流到挂在面颊上的漏斗中，滴入下面的量筒里。
给站在实验台上的狗喂食物，唾液马上流了出来。这属于天生的反射，不需要任何训练就会产生，无论动物和人都是这样。
但是，巴甫洛夫构想了一个奇特的实验。在给狗喂食之前，打开电灯。因为灯光与食物没有任何联系，狗根本不理会，也不流唾液；而开灯后立即给狗喂食，狗的唾液就流出来了。
从此，凡是喂狗的时候，灯光和食物总是先后同时出现。这样重复多次后，一个奇怪的现象出现了：只要灯光一亮，即使不喂食物，狗也会流出口水。可见，在狗的大脑里，灯光已经变成了食物的信号，所以狗一看见灯光，就作出消化食物的反应，流出唾液。巴甫洛夫把这称之为“条件反射”。
条件反射是暂时的。对一条建立了条件反射的狗，如果总是只亮灯光，不给食物，狗的口水就会一次比一次少，最后就不再流口水了。暂时建立起来的神经联系也就消退了。
人类的心理活动，巴甫洛夫认为也是一种复杂的条件反射，但同动物的行为有本质上的差别。因为人类在进化过程中学会了劳动，同时产生了语言，巴甫洛夫把语言叫做第二信号，由语言引起的活动，叫做第二信号系统活动。这是人类特有的高级神经活动。巴甫洛夫通过20多年的研究，证明动物只有第一信号系统这一种高级神经活动，就是由现实的具体刺激引起的条件反射；而人类则具有第一和第二信号系统，两种形式的高级神经活动。
巴甫洛夫创立的学说，有史以来第一次对人类高级神经活动作出了科学论述。他的非凡实验，为观察神经活动安下了一个明亮的“窗口”，为研究人类大脑皮层的一系列复杂问题，开辟了新的途径。
