ジョン・ヒューリングス・ジャクソン（John Hughlings Jackson）などの科学者によるヨーロッパでの研究は、行動の主要な観点としての局在論を再び出現させた。ジャクソンは脳損傷、特にてんかんの患者の研究を行った。彼はてんかん患者がその発作の際にほぼいつも同様の間代性と緊張性の筋収縮を起こすことから、てんかんの発作は毎回、同じ場所で発生していると考えた。 ジャクソンは後の大脳葉の考え方に決定的となる、脳のマップを作成した。1861年、フランスの神経科学者のポール・ブローカ（Paul Broca）は偶然、言葉を理解することは出来るが話すことが出来ない男性に出会った。その男性は"タン"としか話すことが出来なかった。後に彼は左前頭葉にあるブローカ野と呼ばれる領域に損傷を受けていることが分かった。ドイツの神経科学者であるカール・ウェルニッケ（Carl Wernicke）は似たような患者で、流暢に話すことは出来るが、会話が意味を成していない患者に出会った。この患者は脳梗塞を起こしていて、音声言語や文字言語を理解することが出来なかった。彼は、左頭頂葉と側頭葉の境界付近、今で言うウェルニッケ野に損傷を受けていた。これらのケースは局在論の強い証拠となるものであった。何故ならどちらの場合も脳の特定の領域の損傷が特定の機能の変化を起こしていたからである。1870年、ドイツの内科医のエドワルド・ヒッツィヒ（Eduard Hitzig）とグスタフ・フリッシュ（Gustav T.Fritsch）は動物の行動に関する彼らの発見について論文を発表した。ヒッツィヒとフリッシュはイヌの大脳皮質を電気的に刺激することで、その刺激する場所に特有の行動をイヌに引き起こさせた。異なる領域の刺激が異なる行動を引き起こしたことから、彼らは行動はその細胞レベルで制御されているとした。ドイツの神経科学者のコルビニアン・ブロードマン （Korbinian Brodmann）は、フランツ・ニッスル（Franz Nissl）によって開発された脳の異なる種類の細胞を染色する組織染色法に注目した。彼はこの染色法を用いて、1909年にヒトの脳を52の異なる領域に分ける、現在ブロードマンの脳地図と呼ばれている区分を作った。彼の作成した区分は視覚野における17野と18野の区分など、多くの脳領域について非常に正確なものであった。
1928年の五カ年計画により、ツポレフ設計局はブリストル ジュピターVIIエンジンを搭載した木金複合構造の複葉戦闘機の設計を命じられた。最初の試作機は1929年9月1日に完成した。この新型戦闘機はツポレフ設計局内ではANT-12と呼ばれていたが、新たにI-5(Istrebitel'—戦闘機)の名称が与えられた。同時期にニコライ・ポリカルポフのグループはポリカルポフ I-6と名付けられた同様の木製戦闘機の設計を命じられていた。I-5の設計はパーヴェル・スホーイにより始められ、アンドレイ・ツポレフの監督の下にあったが、ツポレフ設計局が大型爆撃機に専念していたため遅れていた。その結果1929年にポリカルポフの主導の下でI-5とI-6の計画は統合されたが、どちらの計画も明記された完了予定日に間に合わなかった。それらの失敗のため、ニコライ・ポリカルポフは1929年9月にサボタージュの罪でOGPUにより逮捕され死刑判決を受けたが、10年の労働キャンプへの投獄に減刑された。1929年12月にOGPUはブトゥイルカ監獄にポリカルポフを含む数多くの航空機エンジニアを集め、ドミートリィ・グリゴロヴィチの主導する収容所設計局(Konstruktorskoye Byuro Vnutrenniya Tyurma—KB VT)を作り上げた。KB VTは1930年初頭にホディンカの第30工場の敷地内に移転した。 その後すぐにポリカルポフはグリゴロヴィチに代わって設計局長になったが、これはI-5の構想がOGPUに認められたためだった。1930年3月28日に実物大模型が認可され、V-11(Vnutrenniya Tyurma—内部収容所)と名付けられた最初の試作機がその1月後に完成した。V-11は1930年4月30日に初飛行し、輸入されたスーパーチャージャー付き450 hpのジュピターVIIが搭載された。V-11の塗装は銀色の機体に赤のラインが入ったもので、昇降舵の赤星の上に赤い"VT" マークが重ねられていた。VT-12として知られる2番目の試作機はジュピターVIエンジンを搭載し、機体にクリメント・ヴォロシーロフの名前を記されて5月22日に飛行した。2番目の試作機は尾翼の形状や降着装置の構造などの細かい点も異なっていた。これらの差異により2機の試作機は重量や性能が異なり、2番目の試作機の方がわずかに重く速い一方で、最初の試作機は航続距離と実用上限高度でわずかに勝っていた。VT-13と名付けられ、また「第16回党大会への贈り物」と記された3番目の試作機は600 hpのソ連製M-15エンジンとNACAカウリングを搭載していたが、これは信頼性の不足が判明し生産には移されなかった。2番目の試作機は1931年8月13日に受領試験を通過し、1月後の9月13日に生産が命じられた。試験中に記録された1つの問題に、軽風の中で着陸する際に180°回頭する傾向があるというものがあった。降着装置を15 cm短縮し12 cm移動することで問題は解決した。この変更を提案したエンジニアには彼の才能を称えて赤星勲章が贈られた。10機の量産試作機が既に生産の命令を受けており、それらは8月から10月の間に組み立てられた。全ての量産試作機には輸入エンジンが搭載されていたが、クランクケースの冷却ベント、右上翼へのピトー管と静圧ベント、操縦士のための覆いつきヘッドレスト、地上でピッチ角を変更可能な金属製プロペラの導入など、様々な小改良が行われていた。