После возвращения из заграничной командировки Мержеевский стал преподавать невропатологию — клинический предмет, который в то время только создавался. Первое неврологическое отделение (на 19 коек) в России открылось в 1869 году. Инициатором его создания был «отец русской невропатологии» А. Я. Кожевников. Оно возникло на базе московской Ново-Екатерининской больницы (ныне 24-я городская клиническая больница). В Петербурге же только в 1881 году Мержеевскому удалось добиться выделения для неврологических больных шести штатных коек в возглавляемой им клинике.
Убедившись в том, что психика больных страдает при многих неврологических заболеваниях, Мержеевский стремился к поиску той самой, вполне возможной, по его мнению, морфологической основы и при первичных расстройствах психической деятельности. Особенно наглядной она представала при врожденной дефектности психической сферы у детей, родившихся с слишком малой головой (у микроцефалов). Клинико-морфологические исследования при микроцефалии составили одно из основных направлений в научно-исследовательской деятельности Мержеевского. Этому вопросу он посвятил и свою диссертационную работу.
В 1878 году, когда в клинику был прикомандирован военный врач-стажер Бехтерев, в штате ее, помимо Мержеевского, состояли врачи-психиатры Дюков, Черемшанский, Эрлицкий и Рагозин. Сикорский по-прежнему работал в отделении пансионеров. В 1882 году его должность была упразднена. К тому времени он уже защитил диссертацию на степень доктора медицины и имел звание приват-доцента. Оставшись без штатной должности, Сикорский переехал в Киев, где с 1885 года возглавил вновь организованную кафедру психиатрии Киевского университета.
Особенно близко в период усовершенствования знаний в клинике душевных болезней Медико-хирургичвской академии Бехтерев сошелся с Рагозиным, с ним он в последующем постоянно сотрудничал и был дружен многие годы. В клинике Бехтерев много внимания уделял работе с больными. Кроме того, он регулярно посещал лекции Мержеевского, изучал литературу по нервным и душевным болезням, выполнял диссертационную работу на степень доктора медицины. Тему диссертации в какой-то мере подсказали ему наблюдения за больными в период пребывания на лечении в клинике С. П. Боткина и лекции этого выдающегося клинициста, который многократно указывал на возможную зависимость соматических[2] функций от состояния психиатрической деятельности больных.
Чтобы объективизировать влияние болезней души на состояние тела, Бехтерев решил выполнить экспериментально-клиническое исследование, которое позволило бы выяснить зависимость состояния температуры тела от изменений деятельности мозга, возникающих в случаях развития психических болезней. Мержеевский, всегда проявлявший интерес к соотношению психических и телесных функций, замысел работы одобрил.