Новая культура труда и новая наука создавались в такое время, когда даже электрическую лампочку было непросто достать. Обнаружив незаурядную изобретательность, Бернштейн из ничего мастерил аппаратуру и значительно усовершенствовал технику съемки и анализа движений. Помогло образование и технические хобби: учась на медицинском факультете, он слушал курсы механико-математического. Николай был одним из первых в стране радиолюбителей, чертил схемы, паял, делал радиоприемники. У него было еще одно хобби – мосты и паровозы. С братом Сергеем, будущим инженером-мостостроителем, они бродили по паровозным кладбищам, которые во множестве появились в Москве после гражданской войны, делали чертежи и рисунки. А еще братья получили прекрасное музыкальное образование, и Николаю оно пригодилось, когда нужно было на слух определять частоту вращения одного из элементов съемочной аппаратуры, так называемого обтюратора.
В записи движений Бернштейн шел по стопам предшественников – французов Этьена-Жюля Марея и Жоржа Демени. Они одевали человека в черное трико, к которому были прикреплены электрические лампочки, и фотографировали его движения через равные промежутки времени. На снимке получались святящиеся линии – словно график движения каждого сочленения в пространстве. Это было похоже на «лупу времени»; назывался метод «циклографией». Немецкие анатомы Вильгельм Брауне и Отто Фишер подвергли получившиеся кривые математическому анализу. По этому же пути пошел Бернштейн. Он усовершенствовал технику съемки, чтобы получать больше точек и фаз движения, а значит, увеличивать разрешающую способность «лупы времени».
Когда Бернштейн проанализировал получившиеся кривые, он обнаружил, что траекторию движения можно выразить определенным математическим уравнением. Им оказались ряды Фурье, которые в механике описывают кроме прочего движение маятника. Интерпретируя эту формулу, ученый пришел к выводу, что отношения между мышечным усилием и движением органа имеют, как в маятнике, кольцевой характер: мышца вносит изменение в систему действующих на орган сил, орган сдвигается, и расстояние между точками прикрепления мышцы меняется, что сразу отражается на ее напряжении. Эту зависимость он впоследствии выразил дифференциальным уравнением – таким, в котором зафиксирован циклический характер взаимодействия, и, с подачи своих предшественников, назвал «рефлекторным кольцом». Другой важнейший результат, полученный уже в первых исследованиях удара: «Движение при рубке есть монолит, очень чутко отзывающийся весь в целом на каждое изменение одной из частей»