Работа Гельмгольца и его споры с другим немецким физиологом, Эвальдом Герингом (Ewald Hering, 1834–1918), по поводу механизмов зрения связали эксперименты по сенсорному восприятию с философской теорией познания. Некоторые экспериментаторы считали, что их деятельность позволяет ответить на кантовский вопрос о том, как разум может познать мир с научной точки зрения. Физиологические исследования восприятия наталкивались на серьезные проблемы соотношения физических и психических явлений, выбора физикалистского или менталистского языка описания. От принятия психики как самостоятельной реальности, казалось, зависели и надежность опыта как источника данных, и существование психологии как дисциплины. В то же время в понятийном аппарате и методологии естественных наук было заложено предположение о том, что психическое до некоторой степени определяется физическим, зависит от него. Гельмгольц и Геринг расходились во взгляде на то, насколько восприятие обусловлено врожденными мозговыми структурами. Гельмгольц считал, что перцептивный опыт воссоздается у каждого человека заново, — иными словами, что психика каждый раз соединяет элементарные ощущения в целое. Он утверждал, отчасти под влиянием Канта, что, в добавление к сенсорной информации от конкретного акта восприятия, процесс восприятия включает центральные психологические процессы, и называл эти ментальные процессы бессознательным умозаключением. Так, согласно Гельмгольцу, зрительное восприятие глубины является приобретенным и достигается при помощи бессознательного умозаключения по поводу сенсорной информации, предоставляемой бинокулярным зрением (при котором два глазных яблока слегка поворачиваются для того, чтобы сфокусироваться на объектах, находящихся на различных расстояниях). Его позицию, таким образом, можно охарактеризовать как эмпиристскую. Геринг оспаривал ее и утверждал, что восприятие обусловлено врожденными внутренними структурами, — точка зрения, которую можно назвать нативистской.
Вопросы, поднятые в этой дискуссии, были чрезвычайно сложны, и для ответа на них проводились тщательные исследования, которые могли занять всю жизнь ученого. Экспериментаторы все более и более настороженно относились к объяснениям на основе психологических процессов (таких как бессознательное умозаключение), которые лежат за пределами экспериментальных доказательств. Эта область психологии быстро превращалась в науку для специалистов-экспериментаторов. Полемика Гельмгольца и Геринга, продолжавшаяся в измененной форме в 1920-е гг. и даже позднее, была примером того, как философы и физиологи конструировали психологию как академическую естественно-научную Дисциплину. Лаборатория стала местом, где разрешались философские споры. Молодое поколение исследователей, вынужденное бороться за должности и карьеру, совершенствовало свою экспериментальную подготовку и пыталось отличиться в лабораторной работе. Надежда на то, что изучение восприятия решит спорные вопросы философии, делала подобные исследования вдвойне привлекательными. Казалось, что они объединяют строгую научную методологию и высокие идеалы университетского образования.
То же самое сочетание экспериментальных исследований восприятия с философскими дискуссиями наблюдалось и в психофизике — области, заявившей о себе после публикации книги Фехнера «Элементы психофизики» (Elemente der Psychophysik, 1860). Густав Теодор Фехнер (Gustav Theodor Fechner, 1801–1887) был неординарной личностью, выделяясь даже на фоне других представителей немецкой профессуры. Одно время он работал на кафедре физики в Лейпциге и под псевдонимом «Доктор Мизес» писал сатиры на труды натурфилософов, доказывая, к примеру, что ангелы, как самые совершенные существа, должны быть шарообразными. Под влиянием оптических экспериментов его зрение временно ухудшилось, к тому же он пережил духовный кризис; в 1839 г. он ушел с кафедры. После выздоровления он выступил с критикой материализма и выработал новое мировоззрение, в соответствии с которым духовное и материальное являлись альтернативными проявлениями одной и той же реальности. В своей книге «Зенд-Авеста» (Zend-Avesta, 1851), название которой было взято из священного текста зороастризма, Фехнер описывал Вселенную как существо, обладающее сознанием. В то же время он стремился изучать это единство материального и психического научно, через соотнесение поддающихся измерению физических изменений — например, яркости света — с психологическими — например, с распознаванием изменения яркости. Количественный анализ того, как соотносятся изменения физического стимула и изменения в его восприятии, стал называться психофизикой. Книга Фехнера привела к развертыванию многочисленных исследований. Ученые проявили заинтересованность в предмете, поскольку Фехнер сформулировал математический закон соответствия, который мог быть проверен эмпирически, и предложил общий метод точного описания психических явлений через их соотнесение с физическими изменениями, которые можно измерить объективно.