首先对行为主义发起挑战的是加拿大的一位神经外科医生怀尔德·彭菲尔德，他通过对癫痫患者的研究发现，大脑感觉和运动皮层存在对应躯体各器官的图谱，换句话说就是对人体的物理表征。
大脑皮层表征的身体器官与真实尺寸不成比例。相反，它与器官的神经分布数量成正比：神经越多，对应的脑区面积越大。
彭菲尔德连同他的亲密助手、生理学家赫伯特·贾斯珀共同启动了对脑功能定位的研究。彭菲尔德的意识概念有两个含义：其一指的是惊醒、觉醒的意识状态，即非昏睡状态；其二指的是笛卡尔所说的意识，即想法和关于想法的想法，在此基础上，他又添加了注意这一必要成分。
他的一名叫唐纳德·赫布的团队成员做出了出色的研究。赫布推测许多神经元能组成联合体，共同构成一个独立的加工单元。单元间的连接模式形成算法，算法又决定了大脑对刺激的反应；连接模式是可改变的，算法也会随之变化。
赫布还指出，大脑不仅在刺激出现时活动，而且一直保持运作；来自外界的输入只能对持续进行中的脑活动造成影响。这为人工智能神经网络的设计者提供了启发。
20世纪50年代，一群年轻的科学家创立了认知心理学，从而成功地削弱了行为主义对美国心理学界的控制。
促使乔治·米勒背叛他的行为主义的是第一代信息处理语言的诞生，以及约翰·冯·诺伊曼提出的神经元组织假说，认为大脑的运作方式可能类似一台大型并行计算机。
而最终促使他转变观念的可能是伟大的语言学家诺姆·乔姆斯基，他证明了言语序列的可预测性遵从语法规则而非概率规则，从而撼动了心理学的根基。他认为，语法是与生俱来且普遍存在的，也就是说，所有人都懂语法，语法在人出生之时就已印刻于脑内。这使得白板理论面临破产。
米勒开始尝试将乔姆斯基的理论应用于心理学，他的终极目的是理解脑和心智如何整体运作。
他认为，意识是一个被滥用的词汇，根据语境的不同，它可以指一种生存状态，一种物质，一个加工过程，一个位置，一个附带现象，一种物质的突出性质，或是唯一的真理。因此，他建议应该暂时摒弃这个词，直到未来找到更精确的词来代替它。
