像分析高棘龙正模标本脑壳的内部空间，并制作了一个高棘龙的颅腔模型。在牠们生前，这些颅内空间除了装有脑部，应该还有脑膜与脑嵴液。这个颅腔模型可用来判定脑部及脑神经的一般特征，也可与其他的兽脚类颅腔模型做比较。高棘龙的脑部类似大部分的兽脚类恐龙，最为类似异特龙超科。牠们的脑部看似鲨齿龙及南方巨兽龙，多于异特龙或中华盗龙，这支持了高棘龙属于鲨齿龙科的假说。高棘龙的脑部形状稍微呈S形，大脑半球并不甚扩张，类似鳄鱼多于鸟类。大部分的非虚骨龙类兽脚类恐龙都具有这项特征。高棘龙的嗅球很大，呈球根状，可见牠们的嗅觉很好