古代有关心理（行为）与脑关系的学说已在第一节中作了介绍，至十八世纪以后，以加尔的支持者为一方和弗卢龙的支持者为另一方的两种对立的心脑关系思想进行了长期的论战。到十九世纪中叶Broca证实一例表达性失语症病人，其左脑额下回后三分之一遭到破坏，被认为是第一个用科学事实把人的高级心理机能－言语表达定位于左脑额叶。本节重点讨论从他开始至今的有关心理与脑的理论。
Broca的贡献是证明了心理过程中最复杂形式之一的言语也象感觉、运动等初级机能那样定位于脑皮层的某一特定部分，使“机能定位”的思想又占了上风。然而随着研究的深入，不少学者反对这种狭隘的定位主义。H.Jackson就认为，对于具有心理过程复杂形式的脑组织来说，从它的结构水平出发要比从它的部分定位出发更为恰当。杰克逊的论点到二十世纪初被C.Monakow(1914)、H.Head (1926)和K.Goldstein(1927、1934、1948)等杰出的神经学家所继承和发展。他们都承认基本的感觉（皮肤感觉、听觉、视觉）和运动机能是有定位的，但高级的心理机能是很复杂的，不能局限在皮层哪一区域。Head认为“象征性”机能是脑的整个机能。Goldstein在讨论各种失语障碍和局部脑损伤的关系时，坚持认为高级心理机能如“抽象态度”是属于整个大脑的。在大脑损伤的病人中，病人只是比正常人更具体地考虑而不是抽象地考虑问题而已。“抽象态度”是大脑活动的最高级水平，这种水平与其说是依赖于大脑皮层的某些部分参加，不如说在更大程度上依赖于参加工作的脑的质量。
在动物研究中，对由于切除或损毁动物的脑组织，虽然在尸体解剖中能检验出受损伤的正确部位，但却不能获得动物实验的报告。直到1898年桑戴克在哥伦比亚创始实验动物心理学，才提供了测验动物的学习、智慧和感觉辨别的方法。之后，还有巴甫洛夫的条件反射法。所以进入二十世纪在动物研究上有了许多新的方法。I.Franz,(1874～1933)利用新技术以测验学习和辨别，建立了新的动物实验的心理生理学。他当时在华盛顿圣伊丽莎白医院工作，用切除猫和猴子部分大脑（额叶）的方法来研究脑的机能和动物的行为。他发现如果额叶组织破坏不大，并不丧失习得行为，只降低习惯效能；如果额叶组织破坏过大，导致新的习惯丧失，但旧的习惯依然保留。而丧失的习得行为或习惯还可重新学习。由于机能丧失后往往得到恢复，可见“机能定位”非但有欠精确，而且易受情况变化的干扰。1917年Lashley开始与Franz合作，用大白鼠进行脑损伤下动物学习、视觉和动物行为的观察，进一步推动了实验性神经心理学的研究。他根据动物实验的资料来阐述大脑机能和各种行为的关系，建立了脑和行为的基本理论。1924年提出了运动习惯的保存并不以“运动”区的完整为转移。老鼠在迷津走路，发生不发生障碍主要取决于切除多少脑皮层组织。1929年出版了专著《大脑机能和智慧》（Brain Machanisms and Intelligence）总结了他的研究。他根据脑组织的损毁量和迷津的难度图示了迷津学习时的错误。就易走的迷津而言，有效的脑皮层组织愈少，则错误愈多，但所有白鼠都学会了迷津。在较难走的迷津中，随脑损毁量加大而错误增多。在一个最难的迷津中脑组织损毁达百分之五十，白鼠犯了极多的错误后最终仍学会了迷津，因而他提出“总体活动定律”（laws of mass action），即指行为障碍和切除脑组织的总体多少成正比。就学习和记忆而言，其效率与脑组织受损害的面积大小成反比，而与其损坏的部位无关，所以大脑是以总体来进行活动的，皮层中缺乏精细或持久的机能定位。同时他还提出脑皮层组织的等势原则，即学习有赖于有效的皮层组织数量，而不是哪一种皮层组织，即皮层各个部分几乎都以等势的程度对学习发生作用。例如白鼠进行辨别三角形与图形的学习后，只要保存其皮层视区任何部位的1／60，对它的辨别行为就不产生影响。他还提出脑皮层组织的多相等势学说（multipotentiality），即每一部分皮层组织参与了多种的机能。
不管定位学说还是等势学说并不能充分解释已经收集到的科学资料和临床上观察。等势学说不能说明脑的某一部分损伤和高级认知机能障碍的一致性，所以必须寻求其他模式的学说。Jackson认为更高一级的心理机能不是单一、整体的能力，而是由一些比较简单的更为基本的技能（Skill）组成的。并不存在所谓“言语中枢”，而是某些基本技能如听、语言的辨别、言语装置的精细运动和动觉的控制等组合而形成更为复杂、高一级的技能。所以言语的丧失可以追溯到这些基本技能中任何一个机能的破坏。如运动控制的破坏或缺足够的从舌头和口腔来的信息反馈，或者是理解和应用言语的基本部分存在缺陷，或者丧失说话的能力等。大脑某一特定部位的损伤将导致需要依赖这一部位的所有较高一级的技能障碍。Jackson认为言语的局部损伤和局部言语定位是两码事，使言语丧失的损伤部位并不意味着发现了言语中枢。一个行为在神经系统里存在不同的水平或层次。例如要病人跟着大夫说“不”字，病人可能重复不了这个“不”字，但是却会向大夫说：“不，大夫我不能说‘不’字。”在一句中接连说了两个“不”字，在前一个场合，病人不能有意说个“不”字，而在后一个场合，在自动化言语中却能说了带有“不”的句子。似乎有意的说一个字，和自动化地说一个句子是两种不同的技能，其中一个技能的损害并不影响另一个，可采用这一种“交替”（alternative）方式来完成一种作业。所以Jackson认为大脑所有各个部分的相互作用形成了某一行为，如最简单的运动也是由神经系统所有的不同水平或层次的合作，即从周围神经、脊髓直到大脑半球的合作来完成的。所以一个行为是很少完全丧失的，从这点出发，Jackson倾向一个整体的脑机能等势的观点。但是Jackson又认为神经系统中每一部分或区域有它独特的机能，从这一点出发，他又倾向定位的观点。所以Jackson的观点是与前面两种不一样，可称为机能交替学说。
Jackson的观点对二十世纪初期的英国神经病学界有一定的影响，上述的Head等人就是。第二次世界大战以后许多主要理论家的观点都与Jackson的见解有一致之处。1962年D.Krech总结了很多文献，得出了两点结论：第一，没有一个学习过程或学习机能是完全取决于皮层任何一个部分或区域。第二，大脑每一部分或区域在不同种类的机能中起着不均等的作用。持这种见解的还有L.F.Chapmann、H.Wolff(1961)，他们都与杰克逊的观点相符。但最详细接受Jackson学说这些原则的应该是鲁利亚。鲁利亚是在L.S.Vygotsdy工作的基础上建立了他的大脑三个基本机能联合区的学说，把大脑区分为三大块基本机能单元：一个是调节大脑觉醒水平和维持适当紧张度的；一个是接受、加工和分析来自外部和内部环境环境感觉信息的；第三个计划、调节和执行不同复杂活动的，所有的行为都需要这三个基本机能单元的相互作用，因而所有的行为都反映了“脑”是作为一个整体来活动的，同时脑中的每一部分或区域都在每一种行为中起到了独特的作用。脑的任何一部分的重要性都取决于所要进行的行为。例如在电话中和别人谈话这一行为，如果涉及这一行为的脑的部位或区域受损伤，当听到电话铃响时，病人就拿起电话，这是一个简单而习惯了的动作，没有多少觉醒、计划和评价，这一行为可能不受多少影响。但若与来电话的人谈话，告诉他下星期一早上要作什么事情，这就是一个复杂的动作，需要注意、觉醒、计划和评价。病人就很难于完成。鲁利亚从大量脑损伤病人观察中建立的理论，能够解释临床上很多现象，对脑损伤病人的治疗和康复具有现实意义。
斯佩里的裂脑人研究使人们对脑的高级心理机能与脑组织结构的关系有了更深入的认识。裂脑人的左、右大脑半球相对独立地接收外界信息，因而每一个半球都能独立的理解、学习和记忆，并可被训练执行同时发生相互矛盾的任务，因而“裂脑产生两个意识和精神，或者在一个头脑中产生两个意识和精神”（斯佩里，1977）。大脑左右半球各有分工却各有优势，提出了大脑半球的“双势理论”。特别是发现非优势半球－右半球也存语言机能。虽然它不能像左半球那样用口语说出或描述投射到右半球的物体名称，但能辨认名词，理解所看到的词汇，并且有辨认发音、语句和语义的能力。这样就修正了六十年代初期“优势半球”的概念。此外，神经生理学权威，1963年诺贝尔医学奖金获得者之一－J.C.Eccles 曾认为右半球是没有意识的，而斯佩里的裂脑人研究却证明了右半球具有意识，而且具有与左半球类似的高水平的自我意识和社会意识。同时，在神经组织结构方面已探明大脑神经元组成的神经环路据估计约有1014～1015个结点，由于G.M.Shepherd,(1978)发现大脑神经元中还存在另一形式的突触，即树突－树突性的突触，这种途径较短的神经环路（称为微环路）的大量存在，从生理上说明了大脑的思维容量不仅是无限的，而且各种回路的构成方式也为多种多样的思维形式的加工提供了基地。
近十年来，不仅在国外（1977）而且在国内（1981）也报道了一侧半球（右半球）切除而存活的半脑人。对半脑的检查结果发现，左半球代偿了右半球的许多机能，除去语言形式的认知和空间关系呈现一定程度的障碍外，半脑人具有正常的思维和记忆，能和正常人一样的工作和生活。这一发现对裂脑人的“双势理论”提出了修正和补充。