天有不測風雲，張香桐萬萬沒有想到，就在他讀中學三年級那年，家裏遭了火災，全家賴以存身的幾間屋子幾乎全部被燒毀，聞訊趕回村裏的張香桐，對著眼前淒涼的景象，對著愁眉不展的父親和叔叔們，他心裏隱隱感到，自己的讀書夢已經做到盡頭了。二話沒說，他回到學校收拾行李，準備退學。
“香桐，先別忙著退學，我們大家幫妳想想辦法。”同學們挺熱心，也挺義氣。沒過幾天，同班同學小梁說到做到，跑來向張香桐報喜訊。 “有好辦法了。我舅舅家正需要為幾位表弟妹請家庭教師，我去跟舅舅說，妳學問好，妳就當這個家庭教師吧!”小梁的舅舅在保定府當官，家裏財大氣粗是不用說了。
張香桐望著熱心的小梁，他打心眼裏感謝這些好同學。想了想，他紅著臉說：“當家庭教師對我來說再好不過，只是我想等中學畢業後再去，要是可以的話，能否先借200元大洋幫我渡過難關?”
他實在是覺得把握不大。沒想到，小梁去跟他舅舅商量後，居然答應了這個條件，送來了200元大洋。靠著這200元大洋中的壹半，張香桐壹直維持到自己中學畢業，另壹半送到小馬村，幫助父親和叔叔們渡過饑荒。 柳江是廣西境內壹條美麗的河流，丹洲便是柳江上遊的壹個江心小島。這是壹個住了幾十戶人家的名副其實的小島，當地民風淳樸，加以景致優美，如果不是戰亂，實在是壹個再好不過的讀書治學的好去處。張香桐就在那個小島上壹座空無壹人的破廟裏住了下來，看守著那些比性命還要寶貴的圖書儀器。
當他意識到自己將會在這個小島、這個破廟裏住上壹段時間時，他想到了因戰亂而中斷的研究，幸好，顯微鏡和壹些常用的實驗動物的腦組織連續切片標本他都隨帶在身邊，那是因為，他早就想到，戰爭不會是短期的，在逃難中如果有條件，可以抽時間做點觀察研究，至少不會讓知識和業務荒廢掉。於是，就在破廟大殿的壹個角落裏，張香桐擺起了壹張方桌，他把顯微鏡和腦切片在桌上壹字排開，心無旁騖，有滋有味地做起他的研究工作來。 1942年，張香桐正在貴陽安順軍醫學校任教。壹天，他在圖書館裏讀到壹本約翰·弗爾頓寫的《神經系統生理學》，覺得大有收益。在後來的壹次聚會上，他表示了希望能在弗爾頓實驗室進修的願望，不想竟招來同事們的譏諷，有人笑他是癡人說夢，更有人毫不掩飾地嘲弄他：“像妳這樣的窮光蛋，要是能夠去美國留學，太陽壹定會從西邊兒升起來。”憋著壹口氣，張香桐鼓起勇氣，給弗爾頓這位享譽遐邇的神經生理學大師寫了壹封毛遂自薦的信。其實，他本人對此並不抱太大的希望，信寄出後不久，他就把此事遺忘了。
3個月後，他突然收到了壹封國外來的電報。壹開始，他還真有點丈二和尚摸不著頭腦，他壹個農家子弟出身的人，哪來的海外親友?他以為是郵遞員搞錯了，所以，他都沒有拆封，當場就退還給了郵遞員。“請妳送給藥物學系的張鵬沖教授吧，他有不少海外關系。”壹個小時後，郵遞員轉了個彎，又回到了他那裏。
“張鵬沖教授說，這份電報肯定是給妳的。”
這下，他變得認真了，壹邊拆開電報，壹邊極力地在記憶庫進行著搜索。
電報內容很簡單，只有三個英文單詞：“YesLetterFollows“(意即：可以，余言見函。)
這時，他終於記起來了，3個月以前，他曾在壹氣之下，給弗爾頓教授發去過壹封信。看來，太陽真要從西邊兒升起來了。
自收到那封電報以後，他開始真正重視起求學壹事來。他日盼夜盼，期待著那個不再是癡人說夢的結果。
又過了壹個月，他翹首以盼的回信終於來到。按照慣例，那封信函是由耶魯大學醫學院院長弗朗西斯·布雷克簽署的。信函內容為，對張香桐的申請表示歡迎，並準許他以訪問學者身份在學校生理系工作，並承諾為他申請壹份獎學金，足以維持他在美工作期間的全部生活費用，路費則由他自理。
變賣了衣服、書籍，最後，連珍藏了多年的壹部善本書“Schaff’sTextbookofPhysiology”也壹並賣出去了，張香桐終於湊足了赴美的路費。而後，他又馬不停蹄地趕到戰時陪都重慶，敲開了無數個衙門，填寫了無數份表格，靠著耶魯大學醫學院院長弗朗西斯·布雷克簽署的電報和信函，總算在半年之內辦妥了出國手續。 1943年元旦前夕，西方人最註重與家人團聚的日子，壹架從重慶飛往印度加爾各答的軍用運輸機上，走進壹個惟壹的乘客，他就是前往美國耶魯大學深造的張香桐。
1946年，四十歲的張香桐以優異成績獲耶魯大學博士學位。此後，他對大腦皮層研究的貢獻日益顯著。神經細胞的纖維有軸突和樹突兩種，軸突的傳導神經沖動之功能廣為人知，樹突之功能至五十年代仍是知之者甚少。張香桐用當時的先進技術記錄大腦皮層單位電位，著手研究樹突的功能，被認為是研究大腦皮層樹突功能的先驅者多年以後，這位著名腦科學家又以其卓越的研究成果被國際同行推崇的“神經生理學界的領袖人物之壹”，1992年國際神經網絡學會授予他終身成就獎。他始終沒有忘記弗爾頓教授對他壹以貫之的關愛和教誨。
弗爾頓教授夫婦沒有子女，他們把張香桐當作自己的孩子壹樣關心和照料，張香桐在耶魯大學學習和工作了十多年，幾乎每年的聖誕節都是在弗爾頓教授家裏度過的。
壹代神經生理學家弗爾頓於1960年病逝。
1980年7月15日，張香桐赴美國波士頓參加1980年度的世界茨列休爾德基金會為包括他在內的4位國際科學家舉行的頒獎典禮，通過基金會的精心安排，他得以與師母弗爾頓夫人在頒獎會場上重逢，壹別20余年，弗爾頓夫人見到他的第壹句話就是：
“非常高興，我能看到妳的帽子上又多插了壹根雞毛!”(印第安習俗：凡對本部落作出過重要貢獻者，每立壹次功勞，均由酋長親自在其帽子上插壹根雞毛，以示表彰) 1949年10月1日，新中國成立。遠在美國紐黑文的張香桐得知喜訊，頻頻給國內親友寫信，表達自己對祖國的思念之情，在壹封給友人的信中，他寫道：“聞國內解放後的新氣象，甚感興奮，我恨不得壹步跳回去，參加這個新建國運動……我急於想報效祖國呀!”
1950年，由於眾所周知的原因，美國政府對中國實行封鎖政策，包括張香桐在內的許多中國科學家想要通過美國政府批準回國的計劃成為泡影。張香桐壹等就等了5年! 1955年7月，張香桐得到壹個去北歐講學的機會，壹個計劃在他的心中開始醞釀：取道北歐，返回祖國。他把這個打算告訴了他素所信賴的弗爾頓教授，弗爾頓凝視著眼前這個淳厚樸實的學生，十分誠摯地說：“香桐張，妳應該回去，去為妳的祖國服務!”
張香桐也把自己的這個打算告訴了房東休斯夫婦。這對善良的美國人顯得戀戀不舍，他們壹再地挽留與自己相處多年的中國房客：“這兒不是挺好的嗎?這兒研究條件好，生活也安定舒服，還是不要回去吧!”
他們說的全是實話，但還是留不住張香桐。張香桐壹直記著那位心理學家巴甫洛夫說的話：“無論我在做什麽，我壹直在想，只要精力許可，我就要首先為我的祖國服務。”
1956年，張香桐到達比利時，他將在那裏參加壹個國際生理學會議。自然，他在此前，已經做好了回國的壹切準備。離開美國前，為了避免引起美國政府的懷疑，張香桐啟程赴比利時時，在美國所有的積蓄、家具和藏書都沒有動，只帶了壹些換洗的衣服，壹套做實驗用的電子儀器。頗有點故布迷陣的意思。
比利時國際生理學會議後，張香桐又繼續在北歐諸國講學，尋求回國的途徑。時至金秋，瓜熟蒂落。經過不懈的努力，在歐洲的壹些朋友們的熱心幫助下，張香桐終於經芬蘭的赫爾辛基，轉道東歐和莫斯科，順利回到北京。 祖國和人民對沖破重重困難歸來的遊子表示了熱忱的歡迎，張香桐剛剛回到北京，時任中國科學院院長的郭沫若就設下家宴招待他，而後，陳毅副總理代表周總理接見了他。黨和政府的關懷，如陣陣春風拂面，溫暖著這位久離故土的遊子的心。
是啊，在自己的祖國，張香桐處處感受到的，是春天壹樣的溫暖。春風得意馬蹄疾，不久，張香桐在方方面面的支持下，在中國科學院上海生理生化研究所建立了中樞神經系統生理實驗室，這也是新中國第壹個腦研究室。6年後，也就是1962年，在張香桐的帶領下，又建起了神經組織培養實驗室，在這個實驗室裏，已經能夠成功培養成活人類大腦皮層單個神經元。