Üst seviye bilişsel süreçlerin hesaplamalı modellerini elde etmeye yönelik çalışmalar 90’lı yılların sonlarından bu yana bilişsel bilimde çokça yer edinmeye başladı. Bu çalışmaların genellikle amacı beyindeki alt devrelerin hücre seviyesindeki davranışlarını bire bir elde etmek değil, ama karar verme, dikkati yönlendirme, bellek ve bilinç ile ilgili mekanizmaları anlamak için basit fakat gerçekçi modellerinden yararlanarak alt devrelerin aralarındaki ilişkiyi ve nörotransmiter sistemlerinin bu süreçlere etkisini incelemektir. Bu tür modellerin bir kısmı doğrusal olmayan dinamik sistemlere ilişkin geliştirilen matematiksel araçlardan yararlanarak bilişsel süreçleri açıklamaktadır. Bu çerçevede öncelikle davranış seçme sürecine ilişkin nöral alt devre bir fark denklemi ile modellenmiş, elde edilen modelin davranışının analizi denge noktalarının kararlılığı, parametreye bağlı olarak denge noktalarının ve çekim alanlarının değişimleri göz önüne alınarak yapılmıştır. Bu analizden yararlanarak dopamin nörotransmiterinin nasıl davranış seçme üstünde etkili olduğu açıklanmıştır. Bu model daha geliştirilerek nöropsikolojik bir test olan Stroop testinde renk söyleme ve kelime okuma davranışlarının seçiminde dopaminin etkisi incelenmiştir.

Bilişsel süreçlerin ilgili nöral alt devrelerinin doğrusal olmayan dinamik sistemler olarak modellenmesi ve bu modellerden elde edilen sonuçların incelenmesi, bir diğer yaklaşım olan yapay sinir ağlarından yararlanarak bu süreçlere ilişkin elde edilen sonuçlara göre daha açıklayıcı olmaktadır.