En 1891, Pavlov fue invitado al Instituto de Medicina Experimental de San Petersburgo para organizar y dirigir el Departamento de Fisiología. Durante un período de 45 años, bajo su dirección, el Instituto se convirtió en uno de los centros de investigación fisiológica más importantes del mundo.
Pavlov contribuyó en muchas áreas de la fisiología y las ciencias neurológicas. La mayor parte de su trabajo involucró investigación en temperamento , condicionamiento y acciones reflejas involuntarias . Pavlov realizó y dirigió experimentos sobre la digestión, y finalmente publicó El trabajo de las glándulas digestivas en 1897, después de 12 años de investigación. Sus experimentos le valieron el Premio Nobel de Fisiología y Medicina de 1904.
Pavlov siempre estuvo interesado en los biomarcadores de los tipos de temperamento descritos por Hipócrates y Galeno. Llamó a estos biomarcadores “propiedades del sistema nervioso” e identificó tres propiedades principales: (1) fuerza, (2) movilidad de los procesos nerviosos y (3) un equilibrio entre la excitación y la inhibición y derivó cuatro tipos basados en estas tres propiedades.
Los fundamentos del condicionamiento clásico de Pavlov sirven como telón de fondo histórico para las teorías actuales del aprendizaje.
Como curiosidad comentar que los principios básicos subyacentes del condicionamiento clásico de Pavlov se han extendido a una variedad de entornos, como aulas y entornos de aprendizaje.
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