Вернемся вновь в лабораторию клиники Боткина. Несмотря на обилие рутинных исследований, какую-то часть работ Павлов проводил самостоятельно и независимо. Это, прежде всего, относится к его докторской диссертации, которую он посвятил центробежным нервам сердца. Именно здесь, в этой крошечной боткинской лаборатории, на сердце теплокровных животных при тончайшей препаровке подходящих к сердцу нервных веточках им было впервые установлено, что помимо уже известных ускоряющих и замедляющих волокон, существуют еще усиливающие и ослабляющие. Как хорошо известно, тем самым Павлов не только открыл новую пару управляющих сердцем нервов, но и высказал предположение, что усиливающий нерв является еще и трофическим, регулирующим уровень питания иннервируемой сердечной ткани. Непродолжительное время спустя из этой догадки возникло целое новое направление медицины – учение о нервной трофике.
К защите диссертации «Центробежные нервы сердца» Павлов начал напряженно готовиться с конца 1881 г. Через несколько месяцев, он обратился в Конференцию Военно-медицинской академии (так стала к тому времени называться МХА) с просьбой о назначении ему рецензентов. Защита состоялась 21 мая (2 июня) 1883 г. и прошла успешно, оппонентами выступили проф.