Стремительное развитие физиологии и биологии, открытия в психофизике и психофизиологии стимулировали и разработку анатомо-морфологической модели рефлекса, наполнившей достаточно умозрительные концепции Декарта и Гартли реальным содержанием.
В работах психофизиолога и врача И. Прохазки было открыто «общее чувствилище» — область головного мозга, где берут свое начало нервы, раздражении которых происходит переход от ощущения к двигательному ответу организма на внешний импульс, т.е. от чувствительных (сенсорных, центростремительных) нервов к двигательным (моторным, центробежным). Более низкие уровни иннервации поведения, о которых писал еще связаны с работой не головного, но спинного мозга, который участвует в организации элементарных форм поведения, своего рода автоматизмов, которые, однако, действуют не чисто механически, а соответственно биологической потребности организма.
Изучение рефлекторной системы было продолжено в работах английского анатома и физиолога Ч. Белла и французского ученого Ф. Мажанди, которые выделили волокна, идущие от корешков через спинной мозг к волокнам, приводящим в действие мышечный аппарат. Тем самым определялась модель рефлекса как своего рода автомата, состоящего из трех блоков: центростремительного, центрального и центробежного. Эта анатомо-морфологическая модель работы центральной нервной системы была названа «закон Белла —Мажанди». В этом законе описывается закономерность распределения нервных волокон в корешках спинного мозга: чувствительные волокна вступают в спинной мозг в составе задних корешков, а двигательные входят в составе передних.
Исследования И.М. Сеченова систематизировали прежние концепции, преобразовав рефлекторную систему в соответствии с экспериментальными данными физиологии. В структуре анализатора им было выделено три части — центростремительная, т.е. воспринимающий рецептор, центральная часть, перерабатывающая информацию, и центробежная, передающая сигналы к мышце. Важным моментом для современного понимания рефлекса имеет выдвинутая Сеченовым теория образа — сигнала, не только «запускающего» рефлекс, но и регулирующего его течение. Иными словами, не внешний стимул, но его отражение в органе чувств является сигналом, запускающим рефлекторный акт. При этом сигнал (т.е. образ предмета или ситуации), позволяющий различать свойства объектов внешней среды, направляет и корректирует течение рефлекса, оптимизируя его ход.
В центральной части выделяются несколько центров переработки информации, главными из которых являются: центр торможения (волевой регуляции), хранения информации (память), предуведомления (мышление) и усиления сигнала (эмоции).
Выдвинув принцип «согласования движения с чувствованием», Сеченов принципиально пересмотрел роль мышечных усилий в рефлекторном акте. Его идея о том, что мышечное чувство содержит систему сигналов о пространственно-временных параметрах внешнего мира, была доказана значительным количеством работ современных психологов и физиологов. Таким образом, мышца является не только органом движения, но и органом познания, так как предметные действия являются внешними аналогами некоторых мыслительных операций (анализа, синтеза, классификации и т.д.), помогая становлению внутренних, собственно умственных операций.
Мысли Сеченова об обратной связи (т.е. сигналов от мышцы к органам чувств), для саморегуляции поведения, были развиты Н.А. Бернштейном, изучавшим механизмы построения движения.
Бернштейн показал, что автоматическое выполнение мышцами команд, посылаемых нервными центрами, не может лежать в основе сложного движения, так как в процессе выполнения оно непрерывно корректируется. Это происходит благодаря тому, что между мышцей и центром существует циклическая связь. Из центров заранее поступают на периферию сигналы (Бернштейн назвал их сенсорными коррекциями), которые отражают, соответственно изменяющейся ситуации, итоговый результат.
То есть организм, работая, решает двигательную задачу. При этом существует пять различных уровней построения движения. На каждом уровне имеются свои, говоря его языком, «афферентные синтезы». Это значит, что в нервных центрах как бы закодирована информация, которая заранее несет сведения о внешнем мире, в пространстве которого предстоит произвести тот или иной класс движений — «опережающее отражение». Благодаря этому организм способен предвосхищать, прогнозировать условия, в которых ему придется действовать в будущем, а не только хранить сведения о прошлом и отвечать на стимулы, влияющие на его нервные в данный момент.
Организм сталкивается с миром, уже имея запас проектов возможных движений. В создании этих проектов проявляется активность организма, способность к творчеству, к созиданию нового, к построению, как писал Бернштейн, образца «потребного результата». Так была окончательно сформулирована модель рефлекса, при этом важнейшей причиной активности выступило не прямое действие раздражителя на органы его восприятия, а заготовка модели возможного будущего действия.
Кроме структуры рефлекторного акта ученых интересовали и способы его трансформации, изменения под влиянием обучения и воспитания. Большое значение для психологических следований этой проблемы имели работы И.П. Павлова и В.М. Бехтерева.
Изучив закономерности динамики нервных процессов (торможения, иррадиации, концентрации и др.), которые обусловливают внешние проявления поведения, учеными было выделено два уровня рефлекторного поведения — безусловные (простые) и условные (или сочетательные) рефлексы. Имея биологическую основу, условный рефлекс образуется на основе врожденного, безусловного (определенной потребности, например, в пище, в защите от вредных воздействий и др.), причем организм постоянно учится различать, дифференцировать сигналы. Если сигнал ведет к успеху, т.е. подкрепляется, между ним и ответным действием организма образуется связь, которая при повторении становится все более прочной. Так возникает и закрепляется условный рефлекс.
Большое значение имел и открытый Павловым ориентировочный рефлекс, или, как он его называл, рефлекс «Что такое?». Он заключается в том, что организм как бы непрерывно задает этот вопрос окружающему миру, стремясь выяснить значение ситуации, в которой он оказался, и наилучшим образом «вычислить» то, что представляет для него наибольшую ценность. Ориентировочный рефлекс не только помогает адаптации в незнакомой среде, но и является биологической основой любой познавательной мотивации, стимулируя интерес к незнакомым, новым стимулам.
Исследуя биологические механизмы рефлекторной деятельности, Бехтерев доказал, что гибкость и пластичность нервной системы дает возможность изменять в нужном направлении рефлексы любой степени сложности. То есть в поведении живых существ наследуемые рефлексы играют минимальную роль, ведущая же принадлежит приобретенным, условным.