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认知心理学的发展可以分为三个重要阶段。首先是行为主义统治时期，心理学研究主要关注可观察的行为。接着是1950年代开始的认知革命，米勒的神奇数字7加减2理论打破了行为主义的禁锢。然后是西蒙与纽厄尔的逻辑理论家程序开启了人机类比研究。最后是现代认知神经科学技术推动了脑认知研究的发展。
1956年，心理学家乔治·米勒发表了具有里程碑意义的论文《神奇数字7加减2》。他通过大量实验发现，人类短时记忆的容量存在明显限制，大约能够同时保持5到9个信息单元。这一发现挑战了当时行为主义心理学只关注外在行为的观点，开始关注人类内在的认知过程，为认知革命奠定了重要基础。
同样在1956年，赫伯特·西蒙和艾伦·纽厄尔开发了著名的《逻辑理论家》程序。这个程序能够自动证明《数学原理》中的定理，成为第一个真正意义上的人工智能程序。更重要的是，它开创了用计算机程序来模拟人类思维过程的研究方法，建立了人机类比的理论基础，为认知科学的发展提供了全新的研究工具和思路。
认知革命催生了两大重要学派。信息加工学派将人脑比作计算机，强调信息的串行处理过程，认为认知过程可以分解为输入、处理和输出等离散步骤。而联结主义学派则受到神经科学启发，强调大脑的并行分布处理特性，通过神经网络模型来模拟人类认知。这两个学派在理论观点和研究方法上存在显著分歧，但都为认知心理学的发展做出了重要贡献。
1953年，一位名叫H.M.的患者因严重癫痫接受了海马体切除手术。手术后，他失去了形成新的陈述性记忆的能力，无法记住新的事实和事件。然而令人惊讶的是，他的程序性记忆能力完全正常，仍能学习新的技能。这个著名病例首次证明了人类记忆系统的分离性，推动了对不同记忆类型神经基础的深入研究，成为认知神经科学发展的重要里程碑。