Родился 21 сентября (3 октября по новому стилю) 1844 года в Москве в семье Антона Осиповича Спиро (1808—1888) и Фанни Айнбродт (1815—1851).
Первоначально учился во второй Московской гимназии, которую окончил в 1863 году. Затем обучался в Московском университете и закончил его в 1867 году со званием кандидата естественных наук. Ощутив склонность к медицине, сразу поступил в Императорскую медико-хирургическую академию, по окончании которой в 1870 году был оставлен при ней для подготовки к ученой деятельности. Занимался под руководством профессора И. М. Сеченова. В 1871 году был назначен младшим ординатором в клинический военный госпиталь. И в этом же году стал работать в Новороссийском университете в Одессе лаборантом физиологической лаборатории (с 1885 года — профессор).