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在英国，斯普尔茨海姆的成功一部分要归功于苏格兰律师乔治·康姆的不懈努力。康姆不仅帮助在爱丁堡创建了第一个英国颅相学学会，还撰写了大量的畅销书、文章和小册子来概述他的颅相学理论，其专注的主题是自我完善。[15] 从19世纪20年代起，颅相学社团在英国遍地开花。起初，这些团体主要由专业人士和知识分子组成，但它们随后逐渐开始与技工学校以及文学和哲学学会互动，这些组织都是不断发展的工业城市的特色产物，旨在工人阶级的自我完善。康姆和颅相学家们并不是革命者，但对于当权者来说，他们自我完善和奉行唯物主义的双重宗旨具有令人不安的激进含义。但这并没有阻止一些宗教领袖接受颅相学。19世纪30年代，英国圣公会都柏林大主教理查德·沃特利声称，他“确信颅相学是正确的，就像确信现在太阳挂在天空中一样”。[16]
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在英吉利海峡的另一边，也发生了类似的情况。拿破仑一世最终禁止加尔的著作在法国出版，但在1830年一个更加自由的君主政体建立后，一些重要的医生开始拥护颅相学，法国国王路易·菲利普对这个话题也表现出了兴趣。[17] 和英国的情况一样，人们乐于追捧强调自我完善的颅相学理论。虽然大众表现出了这种兴趣，或者说正是因为如此，知识分子和医生们从来没有彻底接纳颅相学。德国哲学家格奥尔格·黑格尔是颅相学最早的批评者之一，他在1807年批驳了这种新的风尚。黑格尔认为，杀人犯颅骨上的隆起不可能揭示一个人本性凶残，这不仅是因为颅骨上有很多各式各样的隆起，还因为包括谋杀在内的人类行为是非常复杂的现象。一个凶手的动机和行为与另一个凶手并不相同。[18] 拿破仑是另一个怀疑者：
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看看加尔有多蠢！他把自然界中不存在的倾向和罪行归因于一些隆起，而这些现象实际上源自社会和人的习俗。如果没有财产的话，对应于偷窃的隆起有什么意义？如果没有酒，对应于酗酒的隆起有什么意义？如果社会都不存在，对应于野心的隆起又有什么意义？[19]
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19世纪20年代，彼得·马克·罗吉特为《大英百科全书》写了一系列关于颅相学的文章，这些文章对颅相学进行了更实质性的批评并且大体上是科学的，其中一些后来作为小册子出版。罗吉特认为颅相学“将人类的灵魂分解为33个特殊官能是陷入了形而上学的迷宫”并对其表达了嘲讽。他还驳斥了颅相学有关脑部损伤会导致心智官能改变的观点，声称“对于这一原理，可以引述无数个直接的反例”。[20] 虽然罗吉特承认脑是“心智的器官”，但他坚持认为，“没有任何直接证据支持脑的任何特定部分对心智的运行是必不可少的”。他还认为，那些罹患精神疾病的人特别能说明这一点：“最精确的解剖并没有发现任何有关精神异化的区域。”对加尔和斯普尔茨海姆关于通过颅骨能判断出脑的形状的基本主张，罗吉特也嗤之以鼻。他指出了这种主张一个相当明显的问题：颅骨的某些区域比另一些区域厚，并且颅骨外还覆盖着肌肉和皮肤，因此很难准确地测量出它的形状。罗吉特的观点得到了新一代知识分子的广泛认同，这些知识分子就是科学家群体。[21] 在私下里，科学家们甚至表现得更直言不讳：1845年，剑桥大学地质学教授、牧师亚当·塞奇威克给他的同行查尔斯·莱尔写了一封信，把颅相学描述为“人类愚蠢行为和浮夸言谈的污水坑”。[22]
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从19世纪40年代后期开始，颅相学作为一种社会力量开始衰落。伦敦颅相学学会于1846年解散，甚至乔治·康姆最后也不再撰写颅相学的著作了。[23] 在1848年席卷欧洲大陆的革命浪潮蔓延至法国后，许多法国颅相学家倡导的针对个人并且谨小慎微的改革就显得非常不够了。和与自我完善对应的颅骨隆起相比，马克思和恩格斯宣扬的共产主义为个人和社会的不幸提供了更为根本的解决方案。
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对于学术界来说，颅相学的失败是由于科学思想的最终裁决者——证据。无论一个理论有多么美，多么合乎逻辑，多么诱人或者时髦，如果没有实验结果的支持，它最终都会被抛弃。就颅相学而言，法国医生马里-让-皮埃尔·弗卢朗（Marie-Jean-Pierre Flourens）开展了一系列研究，研究结果对颅相学的理论提出了尖锐的挑战。弗卢朗生于1794年，非常年轻就已经在法国学术界崭露头角。作为伟大的博物学家乔治·居维叶的门生，他不仅是法国科学院院士，而且还是极负盛名的文学机构——法兰西学术院的院士，这与加尔未能被他的第二祖国承认形成了最鲜明的对比。
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弗卢朗用各种动物开展了一系列研究，他通过外科手术移除脑的不同部分，并观察动物随后的行为。加尔曾批评过这种方法，声称不可能精确地切除脑的某个特定部分，因此也就无法保证只有那个部分受到了影响。弗卢朗意识到了这种可能，但正如历史学家罗伯特·扬所说，他的方法基本上是“我移除了这一部分后，动物停止了这种行为，所以这个部分一定是这种官能的所在位置”。[24]
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在20年的时间里，弗卢朗一直在研究各种各样的鸟类、爬行动物、两栖动物以及一些哺乳动物，其研究范围之广令人震惊。他最明晰的实验发现之一与延髓（medulla oblongata）有关。所有脊椎动物都有延髓，这种结构位于脊髓的最顶端，就在脑的下方。弗卢朗发现，延髓损伤会影响呼吸和心跳，这似乎表明延髓是生命必需的生理活动的基础性中心。当弗卢朗损毁延髓上方紧邻的结构——位于脑后侧基底部的小脑时，他发现动物的动作变得不协调了。根据他的记录，一只小脑受到损毁的鸽子表现得就像一个醉汉。[25]
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损毁脑的最外层——脑叶（cerebral lobe）则产生了非常不同的结果。如果脑叶被移除，动物就变得完全无法响应刺激——一只青蛙可以以这种状态存活长达四个月的时间，但它“处在完全糊涂的状态……它既听不到也看不到，更无法表现出拥有意志或智能的任何迹象”。弗卢朗的结论是，移除脑叶会导致“所有感知能力和一般智能的丧失，还会导致决定各个物种独特行为的所有独特形式的智能的丧失”，这些物种也包括人。
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弗卢朗拒绝接受存在大量心理官能的观点，他认为智能和意志的各个方面是合而为一的，并拒绝承认大脑皮层中存在任何解剖学上的细分结构。他认为，他发现的“最重要的结果之一”是，作为“智能中枢”的大脑皮层是一个单一的结构：
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不仅所有的感知、意志和智能官能都只存在于这个器官中，而且所有这些官能都占据着同一个空间。一旦某种官能由于这个实际的脑的某个部分受到损伤而消失，所有其他官能就都会消失。同样，一旦某种官能因为受到损伤的部分被治愈而重新出现，所有其他官能也都会重新出现。
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1842年，弗卢朗写了一部作品，严厉地驳斥了颅相学尤其是加尔的理论，此时距离加尔去世已经有14年了。通过这部厚达一本书的作品，弗卢朗证明了自己在法国学术界的核心地位。他不仅用实验发现来驳斥加尔，还援引了心智领域的法国哲学家典范——笛卡儿的著述，并把这部著作题献给笛卡儿。弗卢朗的实验表明心智是一个整体，这与笛卡儿从哲学角度出发得出的论证结果一致。他还指出，无论是在动物身上还是在人身上，许多与心智和感知有关的高级行为功能似乎都不像加尔所说的那样是高度定位化的，而是广泛分布在大脑皮层中的。弗卢朗认为，功能定位只适用于基本的生理功能以及与运动协调有关的功能。例如，中风的证据表明，如果右脑受损，那么病人就会出现身体左侧的一部分或者整个左侧瘫痪。但与人类心智的深层奥秘相比，这种功能定位对对侧运动的影响是微不足道的。心智似乎分布在整个大脑皮层中。
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加尔声称，脑的每个部分都负责产生一种特定的心智活动，这种活动在法语中被称为“专有活动”。[26] 而弗卢朗认为，脑的大部分活动似乎是全脑范围的协调活动（所谓的“共同活动”），这体现在“每个部分都会对整体产生影响，整体也会对每个部分产生影响”。弗卢朗指出，即使脑包含了一些具有特定生理功能的区域，但作为一个整体，脑“完全是一个合而为一的系统”。[27]
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弗卢朗无意中开启了一场深刻而旷日持久的辩论，辩论的一方认为脑作为一个整体运转，而另一方则认为脑包含不同的区域，这些区域分别产生不同的精神活动。在弗卢朗看来，只有最简单、最生理性的行为以及与运动相关的行为才表现出定位性，而所有代表更高层次心智活动的官能则是一个整体，以某种方式通过整个脑表现出来。
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弗卢朗的这种观点遭受的第一轮打击来自对语言的研究。加尔的颅相学观点源自他年轻时的一种信念：眼睛鼓出来的孩子最擅长死记硬背式的学习。因此，他把语言官能以及其他与记忆有关的官能定位在脑的前方，紧贴在眼睛的后部。1825年，一位名叫让-巴普蒂斯特·布约（Jean-Baptiste Bouillaud）的年轻法国医生在巴黎的法国皇家医学院宣读了一篇论文，抨击了弗卢朗关于脑不存在功能分区的观点。布约指出，许多病理学的病例表明，脑中有一个负责语言输出的功能单位，语言输出也不同于对语言的理解以及对语言的记忆。作为颅相学的公开倡导者，他还说，几十个病例表明加尔是正确的，负责语言输出的功能单位位于脑的最前端。布约声称，对于那些生前无法讲话但能理解和记住词语的病人，尸检研究都发现他们存在大脑额叶的损伤。[28]
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由于布约的观点与加尔越来越不受欢迎的颅相学之间存在联系，再加上弗卢朗充分的实验证据，这使布约的观点最初鲜有支持者。此外，还有许多明确的反例。1840年，法国病理学家加布里埃尔·安德拉尔描述了14例丧失讲话能力的病人。这些病人的尸检结果显示，他们的额叶并没有损伤。另一方面，许多额叶受损的病人仍然可以正常讲话。安德拉尔总结说，认为脑的特定部分参与了语言输出“还为时过早”。[29] 但这些发现对布约几乎没有产生任何影响，他对自己的观点非常有信心，甚至悬赏500法郎，寻找额叶受损但没有语言障碍的病人（他最终在1865年支付了赏金）。[30]
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1861年2月，巴黎的法国人类学学会主办了一系列关于脑的大小与心智能力的辩论。法国外科医生保罗·布罗卡（Paul Broca）认为，脑的大小与智力之间存在明显的联系，他还指出脑在男性和女性之间以及不同的种族之间可能存在差异。[31] 布罗卡的观点是对美国医生塞缪尔·莫顿1839年提出的观点的拓展。使用不同种族的颅骨测量数据，莫顿确定了这些颅骨的容量，并将其与所谓的智力差异关联了起来。莫顿毫不意外地发现，他所谓的“白种人”在智力上优于其他“种族”，这反映在他们的颅骨大小上。[32]
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在这些辩论中，与布罗卡针锋相对的是法国动物学家路易-皮埃尔·格拉蒂奥雷。格拉蒂奥雷曾采用比较解剖学的方法把大脑分成四个叶，并根据覆盖它们的颅骨依次将其称为“额叶”、“顶叶”、“颞叶”和“枕叶”，这种命名法一直沿用至今。此外，他还证明了大脑的沟回在同一个物种的不同个体间是一致的。[33] 格拉蒂奥雷认为，心智和脑都是不可分割的，不存在功能的分区，颅腔容量和智力之间也没有简单的联系。
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针对格拉蒂奥雷的观点，布约的女婿、内科医生欧内斯特·奥比坦提供了一些令人震惊的证据，以一个试图用手枪自杀的巴黎病人为例，证明了脑功能定位的存在。枪伤使这个可怜的病人的前额叶被直接暴露了出来。在治疗这个病人的过程中（最终还是失败了），奥比坦做了一个可怖的实验，很容易让人联想到1700年前盖伦用猪做的研究：
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在病人说话的时候，我把一个大的压舌片的平端放在他的脑的前叶上轻轻按压。病人的讲话立刻就停止了，已经开始讲出的词也没有讲完。按压一结束，讲话就恢复了。在这个病人的脑叶上非常小心地进行按压，对脑的一般功能没有影响，语言能力是唯一受损的官能，并且只有在按压前叶时语言能力才会暂时丧失。[34]
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这有力地说明布约是正确的，而脑的前部确实是说话所必需的。
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不到两个月后，一个偶然的事件为布罗卡提供了测试这个想法的机会。1861年4月，在法国人类学学会的一次会议上，布罗卡向他的同行们展示了一个刚过世不久的51岁老人的脑。这个人生前已经有21年无法说话了，他唯一能重复发出的声音就是“坦、坦”。因此，在他作为住院病人居住了20多年的医院里，人们称他为“坦”。“坦”的真名是路易·勒博涅，他一生都患有癫痫，却能从事鞋楦匠人的日常工作。30岁时，他突然失去了说话的能力。[35] 虽然他在入院时被诊断为身体和智力都正常，但他的身体右侧逐渐瘫痪，视力也不断减退。1861年4月12日，勒博涅因严重的坏疽被收入布罗卡的外科病房，这是布罗卡第一次见到他。虽然勒博涅不会说话也不会写字，但他能看懂时间，还能通过打响指来表达数字。布罗卡的印象是，虽然勒博涅无法通过语言表达自己的想法，但他比看起来更聪明。五天后，可怜的勒博涅去世了。尸检结果显示他的大脑出现了一系列的病变，主要集中在左侧额叶。布罗卡总结说：“发现的一切都让我相信，在这个病例中，大脑额叶的损伤是语言输出能力丧失的原因。”[36]
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