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对于斯丹诺和威利斯来说，脑的组织方式应该能够反映其功能。然而，正如斯丹诺所强调的那样，脑的组织结构无比复杂，非常难于理解。斯丹诺不仅对脑室定位论不以为然，而且对于威利斯没有依据地认为脑的不同区域负责不同的活动这一点，他也嗤之以鼻。威利斯声称胼胝体是想象发生的部位，斯丹诺则指出，人们对胼胝体知之甚少，以至于任何人都可以“随心所欲地谈论它”。[23] 正如斯丹诺反复强调的那样，大多数当时关于脑的著作都存在使用“非常晦涩的术语、隐喻和不恰当的比较”的问题。
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与笛卡儿不同的是，除了认为脑“肯定是我们灵魂的主要器官，是灵魂执行令人钦佩的行为时所用的工具”外，斯丹诺对灵魂存在于什么位置并不感兴趣。斯丹诺是虔信宗教的人，他不久后就皈依了天主教，放弃了科学并成为一名主教。但由于他的研究并没有告诉他灵魂位于脑中的什么位置，所以他没有进行推测。
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斯丹诺认为，思想家首先必须准确地描述脑的组成部分，包括制作出精确的图示，以及对动物不同发育阶段进行比较研究。斯丹诺的言辞接着出现了一个巨大的转折，他提出了一个大胆的建议，不仅是关于我们应该如何理解脑的，而且是关于我们应该如何研究脑的：
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脑确实是一台机器，我们是如何破解其他机器的玄机的，就应该如何去破解脑的玄机，而不能指望使用别的方法。因此，在探索脑的奥秘时，我们应该把探索其他机器的方法照搬到脑上来。我的意思是，要把脑一部分一部分地拆解下来，看一看每一部分各自能做什么，合在一起又能做什么。[24]
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斯丹诺自己并没有开展这样的研究。他不久后去了托斯卡纳，在那里用了很短的一段时间就创立了地质学。他不仅发现妇女体内有卵子，还发现了肌肉的工作原理，并在1675年成了一名神父。然而，对于我们应该如何研究脑的功能，斯丹诺的见解是深刻的。他提出的这种将脑拆分并搞清楚每个部分的功能的策略，时至今日我们仍在或多或少地使用。
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斯丹诺认为，脑不仅仅是像一台机器，实际上确实就是某种设备。他的这种观点是17世纪欧洲观念变革的一部分。哲学家和医生在思考身体的时候很乐意使用机械隐喻（同样的倾向也延伸到了对整个宇宙的研究中：人们把天体力学的规律性比作某种宇宙发条装置的特性）。[25] 例如，哲学家托马斯·霍布斯在1641年满怀诗意地问道：“何为心脏？不过是一只弹簧；何为神经？不过是一根根弦线；何为关节？不过是一个个车轮。它们让身体得以活动。”[26]
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霍布斯在技术和解剖学之间做的类比相当贴切，许多身体部位的生理功能的确像他类比的那样：心脏确实是一个泵（或者弹簧），其他部位的情况也类似。然而脑是相当不同的。首先，当时的人对脑内部的组织方式还缺乏了解，因此无法通过物理组件的模式来理解它；其次，也没有比时钟更高级的机器可以为理解脑提供一个恰当的隐喻。在17至18世纪，由于对脑功能的研究没有获得任何决定性的实验证据，因此人们对脑与思维之间关系的争论集中在两者之间的联系可能以怎样的形式存在上。这种争论只停留在形而上学的层面上，既没有使用当时的机器作为启发性的隐喻，也没有依靠证据得出扎实的结论。不过这些争论为后来大多数关于脑和思维之间联系的观点奠定了基础。
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霍布斯的观点体现了一种严格的唯物主义论证方法，他摒弃了笛卡儿关于灵魂是一种“非物质实体”的矛盾观点，而是认为思维的实体必须由物质组成，这种物质就是“思维物质”（thinking matter）。1664年，英国的纽卡斯尔公爵夫人玛格丽特·卡文迪许也提出了类似的观点。[27] 卡文迪许认为，“感性和理性的物质……不仅构成了脑，还构成了所有的思想、概念、想象、幻想、理解、记忆、回忆以及头颅或者脑中的任何活动”。她进而对那些认为思维的基础并非物质的人提出了挑战：
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有些人说脑没有感觉，没有理性，没有自主活动，因此也就没有感知能力。他们认为这些能力不是从肉体，而是从一种非物质的原理和一种非实体的精神发展出来的。他们还认为，是这种非物质的原理和非实体的精神在驱动物质实体。既然如此，我倒是很想问问他们，他们所谓的非物质的思想存在于身体的哪个部位或者什么地方？[28]
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在1643年写给笛卡儿的一封私人信件中，波希米亚公主伊丽莎白同样表达了她对笛卡儿观点的不理解：“我不得不说，比起承认非物质的东西可以驱使肉体和被肉体驱使，我发现承认灵魂是物质的延伸要容易得多。”[29]
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笛卡儿认为非物质的实体（不管它究竟是什么）以某种方式与物质世界相互作用。对伊丽莎白公主来说，比起接受笛卡儿的想法，想象思维物质的存在要直截了当得多。
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几十年后，激进的荷兰哲学家巴鲁赫·斯宾诺莎也坚信“思维和身体是一回事”，但他也承认，鉴于当时的知识水平，这个观念无法得到证实：
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我在此重申，没有人知道思维是如何或者通过什么方式使身体运动的，也没有人知道它能让身体做出多少不同程度的运动，更没有人知道它能使身体以多快的速度运动。因此，当人们谈到某个身体行为源于思维，而思维掌控着整个身体时，他们使用的都是毫无意义的词语。或者说，关于身体行为真正起源的那些似是而非的措辞，他们用了，却搞不懂，也没有深想。[30]
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许多哲学界的重量级人物都对思维的唯物主义解释表示反对。1712年，在他最后一批著作中的一篇里，戈特弗里德·莱布尼茨表达了哲学界普遍持有的一种观点，认为思维物质根本不存在，因为根本就无法想象思维物质是如何运作的：
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如果我们假设有一种机器，它的结构使它能够思考、感觉和感知。那么想象一下，把它同比例扩大许多倍，大到我们可以像进入磨坊一样进入它的内部。假设我们进入它的内部，我们会发现这里面除了相互推动的各个部件之外，没有别的什么东西：我们永远也找不到任何能够解释感知的东西。[31]
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这种论证后来被称为“莱布尼茨的磨坊”。在随后的几个世纪里，这种论证的技术性更新版本一直被人们使用，在当今关于脑如何工作的争论中仍能见到其身影。
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在约翰·洛克于1689年发表《人类理解论》后，[32] 关于思维物质是否存在的哲学探讨变得更加热门。今天的人们把洛克看作一名哲学家，但他实际上最早是一名医生，也是理查德·洛尔的密友，后者曾在17世纪60年代初帮助威利斯开展过解剖学研究。洛克还是英国皇家学会会士（罗伯特·波义耳是他的赞助人）。尽管《人类理解论》最初很受欢迎，很快就在牛津大学被教授，但是到了17世纪末，由于洛克对待思维物质的方式，这部著作受到了越来越多的攻击。洛克的观点（今天的哲学家们仍然在争论他到底是什么意思），或者说人们所认为的他的观点，塑造了18世纪西方关于思维、灵魂和自我的大部分思想。
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令人惊讶的是，尽管洛克的观点产生了深远的影响，他对思维物质的争论的直接贡献其实相当小。在《人类理解论》的第三部分，洛克简要地提出了思维起源的两种可能的解释，并且认为这两种解释的可能性大致相当。洛克认为，上帝要么创造了能够思考的物质，要么将非物质的思维赋予了惰性的物质。洛克的文字一向冗长费解，在解释思维的起源时也不例外：
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我们有物质和思维的概念，但可能永远都无法知道是否存在单纯的思维物质：想要在没有天启的情况下，通过深思我们自己的想法，发现全知全能的主有没有恰当地赋予某些物质系统感知和思考的能力，或者有没有将非物质的思维实体添加并固定到物质上，这对我们来说是不可能的。就我们的概念而言，不难理解，如果上帝愿意，他完全可以直接赋予物质思考的能力，而不是先赋予其他实体思考的能力，然后再把这种实体固定到物质上。[33][34]
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洛克提出思维物质可能存在的方式其实相当温和，远不及霍布斯或卡文迪许的观点那么言之凿凿。但这仍然激怒了许多保守的思想家，他们在洛克的观点中解读出了亵渎神明的论点：如果物质能够思考，那么就意味着灵魂必然是物质的，如果是这样的话，按逻辑推理，灵魂就不可能不朽。一位爱尔兰神学家指责洛克的工作“很可能是魔鬼为了反对基督教做出的最后的巨大努力”。[35]
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另一个反对思维物质存在的论证源自人们越来越相信宇宙是由粒子组成的。其论点是假定所有的物质都是由原子构成的，那么构成思维物质的原子必定具有某种特殊的属性，但所有的同类原子都是完全相同的，所以组成脑的物质不应该有任何特别之处。许多人认为，这个悖论足以彻底否定思维物质存在论：要么所有物质都能思考，要么没有物质能思考。1692年，理查德·本特利[36] 在英国皇家学会发表了题为《物质和运动不能思考》的演讲，他声称人们对思维物质的信仰导致了“荒谬至极的结论”：“每一只家畜和每一块石头都是具有感知能力和理性的生物……我们身体里的每一个原子都是一只独特的动物，具有自我意识和自己的感觉。”[37]
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一些思想家接受了上述可能性。英国医生弗朗西斯·格利森认为，所有物质的一个基本特征是应激性（大致对应于现代术语中的“响应性”），这是感知的基础，也暗示了整个宇宙在某种程度上是具有知觉的。这种观点被称为泛心论，至今仍在现代神经科学关于意识本质和起源的辩论中产生反响。[38]
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