«Начав заниматься по нервным и душевным болезням, — писал Бехтерев на склоне своих лет, — я должен был убедиться в том, что анатомо-физиологическая база этой важнейшей отрасли медицины до чрезвычайности не разработана и что развитие учения о нервно-психологических болезнях не может осуществляться без выяснения вопросов, связанных со строением и функцией мозга. В то время по отношению к мозгу имело полное для себя оправдание старинное выражение «Restura obscura, functiones obscurissimae» («Строение темно, а функции, весьма темны»). Желание пробить брешь в этой темноте, пролить в нее какой-нибудь свет и послушало основанием к тому, чтобы наряду с клиникой я с самого начала занялся изучением мозга и вообще принялся за разработку вопросов, связанных с его строением и функциями». Диссертация Бехтерева явилась первой его большой работой, пробивающей брешь в темноте незнания.
Став доктором медицины и приват-доцентом, Бехтерев получил больше возможностей для изучения интересующих его разнообразных вопросов морфологии и физиологии нервной системы. При этом он считал, что морфологические исследования представляют собой не самоцель, а необходимое звено в процессе познания функций нервной ткани; расстройство же функции нервных структур лежит в основе развития тех или иных патологических состояний, болезней. Тогда уже Бехтерев учитывал, что отдельные функции нервной системы зависят обычно от работы многих отделов нервной системы.
Мозг находился в стадии изучении. Особенно спорными представлялись связи между скоплениями нервных клеток, формирующими так называемые ядра и узлы. Эти связи, состоящие из пучков нервных волокон, обеспечивающих проведение импульсов в одном и том же направлении, составляют проводящие пути мозга. Изучение строения и функциональной значимости отдельных мозговых зон и взаимоотношений между ними являлось важной задачей проводившихся в тот период нейроморфологических и нейрофизиологических исследований.
Восьмидесятые годы прошлого века и примыкавшие к ним десятилетия являлись временем многочисленных открытий в нейроморфологии и нейрофизиологии. Этот период для неврологов чем-то напоминал времена Великих географических открытий для мореплавателей. Знания о строении и функции мозга быстро пополнялись в эти годы трудами многих исследователей, но еще немало оставалось и спорного, непонятного, невыявленного. Совершенствованию познаний о мозге во многом способствовала разработка методов изучения нервной ткани и, в частности, ее окраски. Среди физиологических методов на первый план выступали различные способы раздражения и разрушения отдельных нервных структур у экспериментальных животных с последующим изучением — возникающих при этом изменений функционального состояния нервной системы. Важную дополнительную информацию давали и клинические наблюдения.
Совершенствуя свои знания в клинике душевных болезней, Бехтерев одновременно в совершенстве овладел всеми известными тогда методами изучения морфологии и физиологии мозга. Исследовательскую работу он вел самозабвенно и при этом ставил перед собой многообразные научные задачи, проявляя немало изобретательности я исключительную трудоспособность. 20 марта 1883 года общество русских врачей присудило Бехтереву серебряную медаль за работу «О вынужденных и насильственных движениях при разрушении некоторых частей центральной нервной системы».
К маю 1884 года, когда профессор Мержеевский предложил Конференции Военно-медицинской академии направить молодого ученого для дальнейшего совершенствования знаний в страны Западной Европы, список печатных работ его подопечного состоял из 58 названий. Помимо семи работ по теме диссертации, в этом списке были и статьи об особенностях строения спинного и головного мозга («Об изменениях спинного мозга под влиянием перерезки нервных корешков», «О связи так называемых периферических органов равновесия с мозжечком» и др.), и описания клинических проявлений при некоторых болезнях нервной системы. Большое место занимали физиологические исследования органов чувств, точнее, тех отделов нервной ткани, которые обеспечивают проведение в мозгу идущей от органов чувств специфической нервной импульсации и обеспечивают формирование соответствующих ощущений. Среди последних были работы о структуре зрительной системы, о корковых территориях, участвующих в формировании осязательных и болевых ощущений, а также мышечного чувства, обеспечивающего осознание положения частей тела в пространстве.
Особый интерес представляла серия исследований морфологии и функции периферических и центральных органов равновесия, материалы которых нашли отражение в ряде статей и в обобщающей работе «Теория образования наших представлений о пространстве» (Спб, 1884). В них Бехтерев дал подробное описание строения органов равновесия и обеспечивающих поддержание равновесия тела нервных структур и показал, что эти структуры имеют значение не только в поддержании устойчивости тела и координации движений, но к тому же еще и «служат источником определенных ощущений». Вместе с ощущениями зрительными, слуховыми, осязательными и пр. они создают возможность ориентации в пространстве, расстройство же их функции ведет к расстройству пространственных ощущений. Провокацию этих расстройств можно вызвать вращением тела или же пропусканием через подзатылочную область гальванического тока. Бехтерев проводил такие опыты «над самим собой», что позволило ему дать подробную характеристику испытываемых при этом субъективных ощущений, возникающих в результате перевозбуждения органов равновесия.