El cognitivismo se inspira en la metáfora del ordenador, centrando su objeto de estudio en la especificación del modo en que los seres humanos procesan información. La idea central era que la conducta se puede comprende en términos de operaciones sobre representaciones internas, asimilando la mente a un programa de ordenador. Sin embargo, los principales representantes consideraron pronto la necesidad de establecer relaciones entre el cerebro y la mente humana. Miller desarrolló tres presupuestos para poder establecer relaciones entre el cerebro humano y la conducta:
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Las funciones complejas se pueden descomponer en procesos más simples.
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Esos componentes se pueden localizar anatómicamente y se pueden estudiar de un modo relativamente aislado.
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Los procesos cerebrales más simples se pueden correlacionar de un modo directo con los procesos conductuales más simples.
En línea con la propuesta de Miller, una de las principales contribuciones de la psicología al surgimiento de la neurociencia cognitiva fue la aportación de procedimientos para medir los componentes individuales que forman parte de las funciones psicológicas complejas.
Por otro lado, desde el conexionismo, Rumelhart y McClelland critican la metáfora del ordenador y proponen desarrollar modelos basados en el funcionamiento real del cerebro. Una de las características fundamentales del cerebro es que está compuesto de millones de neuronas masivamente interconectadas que trabajan simultáneamente en paralelo. Inspirados en este principio organizativo, los modelos conexionistas están compuestos de numerosas unidades simples de computación interconectadas formando redes de procesamiento, estas redes procesan la información de forma distribuida en paralelo y en ellas la informaciones representa en forma de patrones de actividad y no de manera simbólica.