К изучению физиологии головного мозга Павлов перешел на пороге XX в. и работал в этой области до конца своих дней. В течение 35 лет он создал гениальное материалистическое учение о высшей нервной деятельности, являющееся венцом всего его многогранного научного творчества и одним из наиболее крупных достижений отечественной и мировой науки.
Весьма поучительна история постепенного перехода Павлова от изучения физиологии пищеварительной системы к изучению физиологии большого мозга. Но представляется целесообразным перед кратким рассказом о наиболее интересных моментах этой истории дать эскизную характеристику длительного и извилистого пути развития знаний о деятельности мозга до Павлова, приведшего естествознание к концу XIX в. к ближайшим подступам этой прежде неприступной крепости.
Еще некоторые из великих мыслителей древнего мира в поисках разгадки таинственной для них проблемы тела и души высказывали смелую идею о какой-то связи между мозгом и духовной деятельностью. В те отдаленные времена, когда знания о явлениях природы были в зачаточном состоянии, когда представления о строении и деятельности всего тела и отдельных органов животных и человека были весьма примитивными, душа представлялась этим мыслителям чем-то вроде нежного пламени или ветра, обитающего, по мнению одних, например Аристотеля, в сердце, по мнению других — в легких, в грудобрюшной перегородке (диафрагме) или во всем теле. В этом именно плане мыслители древнего мира (Алкмеон, Герофиль и другие) «седалищем души» считали мозг. Наряду с этим Аристотель, например, рассматривал мозг как орган, выделяющий слизь для охлаждения горячих жидкостей тела.
В течение всего средневековья, когда во всех областях человеческой жизни безраздельно господствовала религиозная мистика и когда всевластная церковь беспощадно подавляла всякое проявление передовой человеческой мысли, не было почти никакого прогресса в познании строения и деятельности человеческого тела вообще и мозга в частности.
В эпоху Возрождения пытливая человеческая мысль, пробудившаяся от длительной спячки средневековья, обращается в числе других явлений природы к собственному телу, к строению и работе отдельных органов тела, в том числе и к мозгу, к психической деятельности.
Передовые врачи и натуралисты в лице А. Везалия, У. Гарвея, Р. Декарта и других выдающихся ученых XVI—XVII вв. не только более целеустремленно использовали клинические наблюдения над ранеными и больными, но стали чаще и смелее вскрывать трупы животных и человека и даже проводить разного рода примитивные опыты на животных, хотя это все еще было связано с немалыми трудностями, а порой и с большим риском, ибо церковь всячески препятствовала развитию точных знаний. Эти врачи и натуралисты весьма широко сравнивали и сопоставляли организмы с различного рода машинами и механическими устройствами, которые, как известно, уже довольно интенсивно, изобретались и разрабатывались в те времена. В результате был достигнут заметный прогресс в познании строения и работы тела животных и человека, строения и работы мозга.