Психофизиология, в отличие от нейрофизиологии, принимает в расчет субъективное содержание объективных процессов и изучает, как субъективное соотносится с процессами жизнедеятельности. Психофизиологическими теориями научения можно считать лишь те теории, которые рассматривают формы и динамику организации мозговой активности в процессе научения. Такие теории оперируют понятиями нейронных сетей или ансамблей, понимая последние как набор совместно активирующихся клеток.
Таким образом, научение с позиций психофизиологии может быть определено как формирование пространственно-временной организации активности мозга, обеспечивающей выполнение приобретаемого в процессе обучения нового поведения.
Психофизиологическая теория научения должна описывать взаимодействие организма и среды в процессе обучения, а также отражение этого взаимодействия и его результатов в изменениях организации мозговой активности. Все психофизиологические теории могут быть разделены на три типа: инструктивные, инструктивно-селективные и селективные.
В отличие от упомянутых ранее инструктивных теорий, предполагающих изменение функций нейрона за счет изменения состояния синаптических контактов, селективные теории научения исходят из существования заложенного в процессе созревания разнообразия нейронных интеграции и выбора необходимой интеграции в результате проб во время обучения. Появление этих теорий связано как с обнаружением врожденных предрасположен ностей к овладению определенным опытом, так и со стремлением подойти к научению с общебиологических позиций (как к эволюционному процессу). На основе исследования способности животных к экстраполяции Л.В. Крушинский предположил наличие резерва нейронов, обеспечивающих фиксацию нового опыта. В экспериментах, исследовавших нейрональные основы зрительного восприятия, было обнаружено существование нейронов, специфически активировавшихся при предъявлении конкретных лиц или определенных черт лица. Дополнительный анализ позволил утверждать, что эти клетки отвечают представлению о гностических нейронах. Этот термин был введен Ю. Конорски в его теории инструментального обучения для обозначения клеток, отвечающих «отдельным восприятиям» и фиксирующих элементы опыта. Нейроны, специфически активировавшиеся при предъявлении конкретных слов, были обнаружены в экспериментах на человеке. В других экспериментах были обнаружены нейроны, специфически активировавшиеся при осуществлении отдельных поведенческих актов или нахождении животного в определенном месте экспериментальной клетки. Последние были названы нейронами «места» и на основе регистрации активности таких клеток у крыс было показано, что они рекрутируются из нейронов, «молчавших» до помещения животного в новую ситуацию. Утверждение о специализации «молчащих» нейронов в процессе формирования инструментального пищедобывательного поведения кроликов было также высказано на основе сравнения наборов поведенческих специализаций нейронов до и после формирования новых поведенческих актов, в эксперименте было показано увеличение количества активных нейронов после обучения. Эти исследования подтвердили предположение о наличии резерва клеток, обеспечивающего усвоение нового опыта, и явились свидетельством в пользу селективных теорий научения.