他的主要兴趣，始终都是神经系统的疾病。他在诊疗时间外的研究工作，重点也是神经系统方面的生理结构和机能。他先后跟随了象梅纳特和布洛伊尔那样的著名神经科专家，先后研究了神经纤维、神经细胞、神经错乱症以及麻醉神经的可卡因，取得重大的成就。他在《自传》中说：
以某种意义而言，我对于原先起跑的那项工作已经失去了信心。布吕克为我指定的题目是最低等的鱼类的脊椎研究。如今，我开始转向人类的神经中枢系统的研究……我所以选延髓作为我的唯一研究对象，其实也表明了我的发展的连贯性。和我初入大学时无所不学的情形相反，我如今却产生专注于一项工作和一个专题的倾向，而且这个倾向一直继续下去……
这时，我又恢复在生理研究室工作，起劲地在从事脑解剖研究工作。在这些年里，我发表了好些有关髓脑内神经核及神经通路的研究论文……
从实用的观点看来，脑解剖的研究绝不比生理学好。再加上我考虑到材料来源问题，所以，我就转而开始研究神经系统的疾病。在那时候的维也纳，还很少有这一医学分支的专家，所以可资研究的材料都散见于医院的各个科，而且也没有学习研究这方面学问的适当机会，只好靠无师自通的方法去学习。即使是不久前专门研究这方面的诺斯纳格，在其脑部位方面的著作中也还不能把脑神经病理从别的医学分支之中分离出来……
在第二年中，我还是继续担任住院医师的职务。我发表了不少有关神经病的临床观察报告。渐渐地，我对这方面的疾病已经能驾轻就熟，甚至我已能很准确地指出在延脑中的病灶位置。使得病理解剖的先生们，对我的临床分析毫无补充的余地。同时，我又是在维也纳第一个把诊断为急性多发性神经炎的病人送请病理解剖的人。（见弗洛伊德著《自传》）
从一八八二年到一八八五年，弗洛伊德在初期医学实践中，对人类神经系统的疾病有了特别深刻的认识，取得了初步的研究成果。他的这些研究成果总结在他在这一时期内所发表的几篇学术论文中——《喇蛄之神经纤维及神经细胞的构造》、《神经系统诸要素之构造》和《论可卡因》。
神
经衰弱，如同其他神经系统疾病一样，可以使人的精神萎靡不振。而可卡因可以振奋人的精神，弗洛伊德曾经亲自服用可卡因，检验可卡因对人的神经系统所起的振奋作用。他在一封给玛莎的信中说：“在我最近患神经衰弱症时，我再次服用可柯（Coca，可卡因就是用可柯树叶提炼出来的有机盐基，一般在医学上用作局部麻醉用），而很少量的药剂就可以给我提神达到很兴奋的程度。我现在就是正在收集关于这个富有魔力的物质的资料。”与此同时，弗洛伊德向一位年轻眼科医生建议用可卡因作为眼科手术的麻醉药。不久，他得知他的另一位朋友、眼科医生卡尔·柯勒已经成功地把可卡因用作眼科手术的麻醉剂。
接着，弗洛伊德又发现可卡因可以使人上瘾，就象吗啡可以使人上瘾那样。当弗洛伊德发现他的朋友弗莱舍尔因右手手术而上了吗啡瘾的时候，他建议弗莱舍尔用可卡因
治疗。果然，弗莱舍尔服用可卡因后，立即断了吗啡瘾。从那以后，弗洛伊德用可卡因治疗各种神经系统失调症，诸如海上晕船和三叉神经痛等等。弗洛伊德研究可卡因的成果，再次证明他是希望取得神经病学方面的学术研究成果的。
一八八五年四月，弗洛伊德的父亲的一只眼患病，几乎失明。弗洛伊德同他的同事、眼科医生柯勒一起去诊断，他们诊断的结果是青光眼。第二天，
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