Исследования Карла Лешли (Karl S.Lashley, 1890–1958) стали важным связующим звеном между более ранним периодом — временами Павлова и Уотсона — и современной нейронаукой. Изначально Лешли работал с Уотсоном и Майером в Университете Джонса Хопкинса, занимаясь поиском нервных путей условных рефлексов. Хирургическим приемам, необходимым для проведения экспериментов, Лешли научился у Шеперда И.Франца (Shepherd I.Franz, 1874–1933) — физиолога и психолога, пытавшегося локализовать приобретенные навыки в областях мозга. Считая его проект неосуществимым практически и запутанным теоретически, Лешли вместо этого принялся за изучение активности головного мозга (что говорит о том, насколько сложно было перевести исследования обусловливания, как того хотел Павлов, в теорию высшей нервной деятельности). Лешли подверг сомнению господствовавшее убеждение в локализации функций и выдвинул альтернативную теорию действия массы: мозг функционирует как целое, и для тяжести нарушения имеет значение только объем поврежденных отделов мозга. В этой теории функции — такие как приобретение навыков — соотносились со всем мозгом. Лешли был потрясен сложностью и скоординированностью работы мозга — тем, что нейрофизиолог старшего поколения Шеррингтон назвал интегративной деятельностью нервной системы: «единицы мозговой деятельности — не просто реакции или условные рефлексы… а способы организации» [цит. по: 106, с. 305]. Эмпирические доказательства были получены в экспериментах по формированию навыка у крыс, у которых последовательно разрушали зоны мозга: изучалось, как это влияет на способность крысы найти дорогу в лабиринте. Поскольку Лешли сменил несколько кафедр — в Миннесоте, Чикаго и Гарварде (он также работал в Лаборатории биологии приматов Йеркса), у него было много студентов, воспринявших его экспериментальный подход к психологическим вопросам. Исследования Лешли сделали явными многолетние расхождения между учеными, одни из которых стремились разделить мозговую деятельность на элементарные единицы, а другие выступали за молярный (в противоположность молекулярному), или холистический, подход к функционированию мозга. Павлов придерживался второй точки зрения, которая на тот момент на Западе считалась устаревшей, и это еще больше разделяло русскую школу и западную нейрофизиологию. Бросив вызов основному направлению западных исследований, Лешли поднял важные вопросы о целостности мозга и психики.
К 1940-м гг. несколько обстоятельств дали возможность почувствовать, насколько увлекательными могут быть исследования мозга. Честолюбивые ученые, щедрые фонды и институциональная поддержка видоизменили масштаб и темп исследований. Появились новые методы, сделавшие мозг доступным для изучения в такой степени, в какой это было невозможно раньше. Нейрофизиологи, многие из которых ранее работали с Шеррингтоном, достигли детализированного знания о нервном импульсе и механизмах химической связи — синаптической трансмиссии — между нервными клетками. Это поставило перед исследователями мозга сложную задачу найти микроуровневые способы организации, лежащие в основе жизненных функций животного. Появление новых технологий, включая микроэлектроды, микрохирургию и электронный микроскоп (в 1930-е гг.) и нейрофармакологию (в 1950-е гг.), сулили новый уровень точности экспериментальной работы. Пятьдесят лет прогресса в медицине, клинической неврологии и нейрохирургии создали впечатление, что эти области обладают огромным потенциалом. В 1929 г. заведующий отделением неврологии в госпитале Йены Ганс Бергер (Hans Berger, 1873–1941) изобрел электроэнцефалограмму (ЭЭГ), тем самым введя важный аналитический метод экспериментальной работы и клинической диагностики. ЭЭГ — это паттерн электрической активности мозга, который можно увидеть в виде волн на экране осциллоскопа или, позднее, с помощью записывающих устройств. Это было захватывающим: казалось, что происходящее в мозге — например психические состояния — становится видимым. Другие исследования регуляции телесных процессов, соединившие новые данные о гормональной системе с нейрофизиологией, указывали на значение среднего мозга — сложной области, прежде практически недоступной для исследований. Гораций Магоун (Horace W.Magoun, род. в 1907 г.) в 1944 г. сообщил о найденном им экспериментальном подтверждении того, что в среднем мозге существует особый центр торможения. Такие работы, как проведенная Лешли на крысах и исследователем из Йеля Джоном Фултоном (John Fulton, 1899–1960) на обезьянах, принесли фундаментальное знание по физиологии испытуемых экспериментальных исследований.