A komputertomográfia (CT) olyan strukturális képalkotó eljárás, melyet leggyakrabban agykárosodások feltérképezésére alkalmaznak. A CT a klasszikus röntgentechnika továbbfejlesztett változata. Két fő része a röntgensugár forrása és a detektor, melyek egymással szemben helyezkednek el, és ezek a koponya körül forgathatók. Így a röntgensugár 180°-nak megfelelően bármely irányból kibocsátható. A detektor által felfogott sugárzás függ attól, hogy a forrás és a detektor között elhelyezkedő szövet mekkora mennyiséget nyel el. A világos részek a fokozott sugárelnyelő területek (pl. csont), míg a sötétebb területek jól átengedik a röntgensugarakat. A komputeres elemzés során a nyers kétdimenziós adatokból a háromdimenziós elhelyezkedésre utaló kép készül. A téri felbontás nagyon jó (kb. 0,5 mm), ugyanakkor ez a módszer dinamikus, funkcionális modellezésére nem alkalmas.

A pozitronemissziós tomográfia (PET) olyan funkcionális képalkotó eljárás, mellyel az agyi működés számos aspektusa (véráramlás, anyagcsere, receptorszerkezet stb.) kimutatható. A módszer lényege, hogy pozitronkibocsátással bomló izotóppal jelzett biológiailag aktív jelzőmolekulákat juttatnak a szervezetbe, majd a szervezetből származó szétsugárzó fotonokat detektorrendszer érzékeli, és számítógép segítségével kétdimenziós térképpé rekonstruálja. Az eljárás során olyan radioaktív izotópot alkalmaznak, mely pozitívan töltött elektron – azaz pozitron – kibocsátásával bomlik. A bomlást követően a pozitron rövidesen (1-2 mm) egy elektronnal (e-) találkozik, melynek során a két azonos, de ellentétes töltésű elemi részecske „annihilálódik”: energiatartalmuk egy egyenes mentén ellenkező irányba két 511keW energiájú gamma-foton formájában sugárzik szét. Ezt a gamma-fotont tudjuk szcintillációs kristálydetektorokkal regisztrálni: a hálózat csak akkor ad kimenő jelet, ha a detektorpár mindkét tagja rövid időn belül (< 20 ns) gamma-fotont észlel – ez jelzi ugyanis, hogy a detektorcsatornán belül elektron-pozitron annihiláció történt. A detektorok egy körgyűrű mentén helyezkednek el, így a detektorgyűrű síkjában számos detektorcsatorna alakítható ki. A számítógép tárolja, hogy mely detektorcsatornában történt annihilációs esemény, majd a mérést követően rekonstruálja azok vetületi eloszlását – így határozva meg hogy a tér mely részén történik aktivitás adott feladat végrehajtásakor.

PET vizsgálatokban olyan biológiai jelzőmolekulákra van szükségünk, mely az élő szervezet gyakori alkotóelemei közé tartozik, és emellett rövid a felezési ideje (csökkentve a biológiai sugárterhelés veszélyét). Gyakran alkalmazott izotóp a 18F, a 15O, vagy éppen a 11C. A fluorizotóp 2-D-deoxiglükóz jelzőmolekulával együtt szépen kimutatja az agyi glükózanyagcserét, az oxigénizotóp pedig az agyi véráramlás és az oxigén-anyagcsere fontos indikátora. A szénizotóp külön jelentősége, hogy segítségével az agy komplex receptorarchitektúráját is (elhelyezkedés, sűrűség) képesek lehetünk adekvátan feltérképezni. A PET hátránya az alacsony téri (2-3 mm) és idői (néhány perc) felbontás, a radioaktivitás, illetve a nagy műszerigény (ciklotron, PET-kamera, számítógép).

A biológiai képalkotás egyik legelterjedtebb módszere az mágneses rezonancia képalkotás (MRI). Az agykutatás és az orvosi diagnosztika gyakran felhasználja anatómiai képalkotásra, de funkcionális képalkotásra is alkalmas, hiszen a műszer az agyi véráramlás és oxigénfelhasználás követésére is képes (közvetett módon) (Gulyás, 2003; Gulyás és Mórocz, 2008). Az MR-ben azt használjuk ki, hogy egyes elemek atommagja mágneses tulajdonsággal, azaz mágneses momentummal rendelkezik. Ebből a szempontból a hidrogén atommagja – a proton – kiemelt jelentőségű, hiszen az élő szervezet több mint kétharmada vízből áll.

Egy pszichológiai jelenség fMRI-kísérlettel történő vizsgálata során a résztvevő valamilyen szenzoros ingerlési helyzettel találkozik vagy a motoros, a tanulási, az emlékezeti rendszereket érintő feladatot végez. Az ingerlés lehet endogén jellegű is, ami általában képzeleti feladatot jelent vagy egy emlék előhívását. Az fMRI-kísérlet során az agy működésének egyes jól megkülönböztethető állapotaiban (nyugalmi szakasz ingerlés nélkül vs. aktív szakasz ingerbemutatással, feladatvégzéssel) mért agyi aktivitásokat hasonlítunk össze egymással, és ebből vonunk le következtetéseket az adott szenzoros, motoros vagy kognitív feladat megoldásáért felelős neuronpopulációk elhelyezkedéséről és működéséről (Gulyás és Mórocz, 2008).

A megfelelő vizsgálati elrendezés megválasztása azonban ennél jóval bonyolultabb, számos szempont egyidejű figyelembevételét igényli, mint például a vizsgált személy/csoport sajátosságai (kiváltképp betegpopuláció esetén), a vizsgálat hossza, a vizsgálni kívánt funkció modalitása, annak összetettsége, neurális történéseinek idői paraméterei, lokális kiterjedtsége, valamint azoknak az ingereknek a jellegzetességei, amelyeket a neurális hatás kiváltására alkalmazunk. A vizsgálatok megtervezésénél azonban a legfontosabb tényező mindig magának a módszernek a lehető legbehatóbb ismerete, előnyeinek és korlátainak szem előtt tartása (Gulyás és Mórocz, 2008; Hermann, 2010; Huettel és mtsai, 2004).