Анализ раздражителей выполняется сложными нервными приборами, называемыми анализаторами. Каждый анализатор состоит из трёх частей: 1) периферического воспринимающего прибора (рецептора), 2) проводящего пути, по которому нервное возбуждение передаётся от периферии к центру, и 3) корковой части анализатора. Первоначальный анализ раздражителей совершается в низших отделах мозга и в рецепторах; он имеет элементарный характер и обусловлен степенью совершенства того или другого рецептора.
Например, кортиев орган во внутреннем ухе, представляющий собою рецептор звуковых раздражителей, действующий по принципу резонатора, позволяет нам дифференцировать воздействующие на него звуковые раздражители по их высоте.
Однако высший и наиболее тонкий анализ раздражителей осуществляется карой больших полушарий головного мозга, представляющей собой совокупность мозговых концов всех анализаторов. Этот анализ состоит в установлении очень точных взаимоотношений нервных процессов, совершающихся в коре.
В основе его лежит дифференцировочное торможение, в процессе которого возбуждения, вызываемые неподкрепляемыми условными раздражителями, постепенно в процессе повторения угасают, и остаются возбуждения, строго соответствующие основному, подкрепляемому условному раздражителю. Благодаря дифференцировочному торможению достигается очень тонкая дифференцировка раздражителей.
Например, в опытах И. П. Павлова положительный условный рефлекс у собаки вырабатывался на звук в 800 колебаний в секунду и не образовывался на звук в 812 колебаний, если первый раздражитель подкреплялся, а второй не подкреплялся безусловным пищевым раздражителем.
Одновременно с анализом кора больших полушарий головного мозга осуществляет и синтез нервных процессов, протекающих в различных её частях. Только благодаря синтезирующей деятельности коры больших полушарий оказывается возможным образование условных рефлексов, т. е. установление связей между различными участками коры: образование условного рефлекса на вид пищи возможно лишь путём установления временной связи между корковыми отделами зрительного и вкусового анализаторов.
Благодаря синтезирующей деятельности коры оказывается возможным образование условных рефлексов на так называемые комплексные раздражители, например на сочетание нескольких звуков или на предъявление нескольких определённым образом расположенных в пространстве предметов и т. д.
При этом оказывается, что условный рефлекс вызывается действием всего комплекса и не вызывается действием какого-нибудь одного из входящих в комплекс раздражителей. Например, если выработан рефлекс на сочетание звуков а—б—в и именно в такой последовательности, он не наступает ни на раздражение одним каким-нибудь из этих звуков, ни на раздражение всеми тремя звуками, но данными в другой последовательности (б—в—а, в—а—б и др.). Этот опыт показывает, что синтезирующая деятельность коры опирается на одновременно протекающий анализ раздражителей и без него невозможна. Анализ и синтез раздражителей представляют собой две взаимно связанные стороны единой аналитико-синтезирующей деятельности коры.
Благодаря анализаторской и синтезирующей работе коры больших полушарий головного мозга осуществляется очень дифференцированное приспособление животного к воздействующим на него раздражениям внешней среды. Этому содействует также и системность в работе коры больших полушарий.
Кора головного мозга подвергается воздействию большого числа самых разнообразных раздражителей, вызывающих в нем процессы возбуждения, торможения, положительной и отрицательной индукции и т. д. Эти процессы образуют в коре больших полушарий головного мозга как бы своеобразную «функциональную мозаику»: в одних участках коры возникают процессы возбуждения, в других — процессы торможения, причём эта «мозаика» не остаётся постоянной, а всё время меняется; процессы возбуждения и торможения находятся всё время в движении и изменении, они то усиливаются, то ослабляются и при этом охватывают то одни, то другие участки коры.
При всём том кора больших полушарий обеспечивает не хаотические и разобщённые, а целостные реакции организма на внешние раздражения. Это объясняется тем, что при всём своём разнообразии нервные процессы в коре всегда протекают в определённой системе, основу которой составляют формирующиеся в процессе повторной деятельности стереотипные нервные процессы.