Первую экспериментальную концепцию работы мозга выдвинул в начале XX века Иван Петрович Павлов. Он предположил, что единицами работы мозга являются рефлексы, организованные по четким физиологическим механизмам поступательного распространения нервного возбуждения от рецепторов к рабочим органам. «Основным исходным понятием у нас, - писал Павлов, - является декартовское понятие, понятие рефлекса. Конечно, оно вполне научно, так как явление, им обозначаемое, строго детерминизируется». Однако, выдвинув эту ясную гипотезу, Павлов вскоре столкнулся с фактами, вступившими с ней в драматическое противоречие.

Одна из главных проблем состояла в том, что концепция рефлекса не оставляла места для объяснения свойств предвидения, целеполагания, мышления и психики у животных. Декарт, разделив весь мир на res extensa (протяженную субстанцию) и res cogitans (мыслящую субстанцию), наделил последней лишь человека. Животные же, по мнению Декарта, обладали только машинными рефлексами: «…машины, имеющие органы и внешний вид обезьяны или другого неразумного существа… вполне той же природы, как эти животные».

Пойманный в тиски этой дуалистической логики рефлекторной теории Павлов, которого по его собственному признанию интересовало «в жизни только одно: наше психическое содержание», был вынужден категорически отвергать разговоры и исследовательские программы, связанные с психикой животных. Вместо этого он требовал: «Надо показывать пальцем: где было раздражение, куда оно перешло? Если вы живо себе это представите, то поймете всю силу и правду учения об условных рефлексах, которое совершенно исключило из своего круга психологические понятия, а все время имеет дело только с объективными фактами, то есть с фактами, существующими во времени и в пространстве». Однако постепенно стало совершенно ясно, что такой подход, где психика выступала как ненужный феномен, ввергает рефлекторную гипотезу в глубокий кризис. Психическое в этой концепции было своеобразным дымом из трубы, который сопровождает процессы в мозгу, но причинно на них не влияет, потому что вся реальная детерминация поведения разворачивается на физиологическом уровне возбуждений и торможений нервных клеток.

Но психологи, наоборот, считали, что психика играет детерминирующую роль в поведении. Принимая решение, вы своей волей запускаете то или иное поведение. Кроме того, мы видели, что животные обладают сложными психологическими функциями и это было ясно исследователям уже в первой половине XX века. Например американский психолог Эдвард Толман (Edward Tolman) в 1930-е годы ввел представление о когнитивных картах у животных. Он изучал поведение крыс при поиске пищи в лабиринтах, и показал, что для его объяснения недостаточно простых механических рефлексов, определяющих повороты по рукавам лабиринта. Масса данных говорила о том, что животное, исследуя новое пространство, формирует некую «мысленную» когнитивную карту этого пространства, и когда принимает решение для следующего поведения, извлекает из этой карты образы, цели и задачи. Все это требовало включить психику в картину работы мозга. Нужен был подход, который позволил бы изучать и мозг и поведение и не терять определенный уровень самоорганизации, связанный с этим. Такой подход был предложен несколькими авторами и выделился в 1970-е годы в отдельное направление - когнитивные нейронауки (cognitive neuroscience). В его основе - работы Хебба (Donald Hebb), Саймона (Herbert Simon), Миллера (George Miller), Сперри (Roger Sperry) многих других психологов и нейробиологов. Этот подход вводил представление об эмоциях, памяти, целеполагании в язык понимания и изучения функционирования мозга.

Однако в отечественной науке то, что сегодня называется когнитивной нейронаукой, возникло гораздо раньше, чем на Западе. У нас уже в 1930-е годы существовали школа Бериташвили, знаменитого грузинского физиолога, который изучал поведение своими методами, вне русла павловской системы, и школа Анохина. И когда на Западе только начала возникать когнитивная наука, у нас в 1950 году уже прошла та самая Объединенная Павловская сессия (Академии наук и Академии медицинских наук), на которой разгромили школы Бериташвили и Анохина. Обоих ученых сняли со всех должностей и закрыли их исследования за отклонение от традиционных павловских концепций.