การสร้างภาพประสาท

การสร้างภาพประสาท หรือ การสร้างภาพสมอง () เป็นการสร้างภาพทางการแพทย์ชนิดหนึ่ง คือการใช้เทคนิคต่าง ๆ เพื่อสร้างภาพทั้งโดยตรงหรือโดยอ้อมของโครงสร้าง หน้าที่ หรือการทำงานทางเภสัชวิทยา ของระบบประสาท
เป็นศาสตร์ใหม่ที่ใช้ในการแพทย์ ประสาทวิทยา และจิตวิทยา
แพทย์ที่ชำนาญเฉพาะในการสร้างและตีความภาพสมองในสถานพยาบาลเรียกตามภาษาอังกฤษว่า neuroradiologist (ประสาทรังสีแพทย์)
การสร้างภาพวิธีต่าง ๆ ตกอยู่ในหมวดกว้าง ๆ 2 หมวดคือ
 การสร้างภาพโครงสร้างของระบบประสาทและการวินิจฉัยโรคแบบคร่าว ๆ เช่น เนื้องอก และความบาดเจ็บในกะโหลกศีรษะ
 การสร้างภาพสมองโดยกิจ (Functional neuroimaging) เช่น fMRI ซึ่งใช้วินิจฉัยโรคทางเมแทบอลิซึมและรอยโรคในสมองที่ละเอียดยิ่งขึ้น (เช่น โรคอัลไซเมอร์) ใช้เพื่องานวิจัยทางประสาทวิทยาและทางจิตวิทยาประชาน และใช้สร้างส่วนต่อประสานระหว่างสมอง-คอมพิวเตอร์ (brain-computer interface) ยกตัวอย่างเช่น ใช้เพื่อแสดงภาพกระบวนการประมวลข้อมูลในสมองได้โดยตรง การประมวลเช่นนี้จะเพิ่มเมแทบอลิซึมในบริเวณต่าง ๆ ของสมอง ซึ่งเน้นเป็นสีต่าง ๆ ในภาพขึ้นอยู่กับระดับเมแทบอลิซึม
ส่วนการใช้ศาสตร์นี้โดยสร้างความขัดแย้งมากที่สุดก็คืองานวิจัยในการกำหนดความคิดหรืออ่านใจคน

ประวัติ 
ประวัติสร้างภาพสมองบทแรกสุดเริ่มที่นักประสาทวิทยาชาวอิตาลี ศ. แอนเจโล มอสโซ ผู้ประดิษฐ์ "ความสมดุลของการไหลเวียนในมนุษย์" (human circulation balance) ซึ่งสามารถวัดการปรับกระจายของเลือดเมื่อเกิดอารมณ์หรือเมื่อกำลังคิด
แม้ว่า นักจิตวิทยาทรงอิทธิพลชาวอเมริกัน นพ. วิลเลียม เจมส์ จะกล่าวถึงสิ่งประดิษฐ์นี้อย่างสั้น ๆ ในปี พ.ศ. 2433 รายละเอียดเกี่ยวกับความสมดุลที่ว่าและการทดลองที่ ศ. มอสโซได้ทำ เป็นเรื่องไม่ปรากฏจนกระทั่งได้ค้นพบเครื่องมือดั้งเดิมและรายงานของ ศ. มอสโซเองในปี พ.ศ. 2556

ในปี 2461 ประสาทศัลยแพทย์ชาวอเมริกันวอลเตอร์ แดนดี้ ประดิษฐ์เทคนิคการถ่ายภาพรังสีโพรงสมอง (ventriculography)
การสร้างภาพระบบโพรงสมองด้วยเอกซ์เรย์ทำได้โดยฉีดอากาศกรองโดยตรงเข้าไปในโพรงสมองข้าง (lateral ventricle) โพรงหนึ่งหรือทั้งสองโพรง
นพ. แดนดี้ได้สังเกตว่า อากาศที่ใส่เข้าในช่องใต้เยื่อหุ้มสมองชั้นกลาง (subarachnoid) ผ่านการเจาะไขสันหลังที่เอวสามารถเข้าไปในโพรงสมอง และสามารถแสดงช่องน้ำในท่อสมองไขสันหลัง (cerebrospinal fluid compartment) ที่อยู่ใกล้ ๆ ฐานและผิวสมอง
เทคนิคนี้ต่อมาเรียกว่า การถ่ายภาพรังสีโพรงสมองหลังฉีดอากาศ (pneumoencephalography)
ต่อมาในปี 2470 ศาสตราจารย์ประสาทวิทยาชาวโปรตุเกสได้ประดิษฐ์การบันทึกภาพรังสีหลอดเลือดหรือหลอดน้ำเหลืองในสมอง (cerebral angiography) ที่หลอดเลือดทั้งปกติและไม่ปกติในสมองและรอบ ๆ สมองสามารถมองเห็นได้อย่างแม่นยำ

ต่อมาในต้นคริสต์ทศวรรษ 1970 นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันเชื้อสายแอฟริกาใต้และวิศวกรไฟฟ้าชาวอังกฤษได้ประดิษฐ์การถ่ายภาพรังสีส่วนตัดอาศัยคอมพิวเตอร์ (CT scan หรือ CAT) จึงสามารถสร้างภาพกายวิภาคของสมองเพื่อการวินิจฉัยทางการแพทย์และเพื่องานวิจัย
นักประดิษฐ์คู่นี่ต่อมาได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ปี 2522 เพราะงานนี้
หลังจากการเริ่มใช้ CAT ไม่นานในต้นคริสต์ทศวรรษ 1980 การพัฒนาลิแกนด์กัมมันตรังสี (radioligand) ทำให้สามารถสร้างภาพสมองโดยเทคนิค single photon emission computed tomography (SPECT) และการถ่ายภาพรังสีระนาบด้วยการปล่อยโพซิตรอน (PET) 
และในช่วงเวลาเดียวกัน นักเคมีชาวอเมริกันและนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษก็ได้พัฒนาการสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็ก (MRI) แล้วจึงได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ปี 2546

ในต้นคริสต์ทศวรรษ 1980 MRI ก็เริ่มใช้เพื่อการรักษา และในช่วงทศวรรษนี้ การเพิ่มเทคนิคสร้างภาพอย่างละเอียดและการวินิจฉัยทางการแพทย์จำนวนมากที่ใช้ MRI ก็ได้ประทุขึ้น
เมื่อนักวิทยาศาสตร์รู้ว่า การเปลี่ยนการไหลเวียนของเลือดในระดับสูงที่วัดโดยใช้ PET สามารถสร้างภาพได้โดยใช้ MRI เทคนิคการสร้างภาพโดยกิจด้วยเรโซแนนท์แม่เหล็ก (fMRI) ก็เกิดขึ้น
และตั้งแต่คริสต์ทศวรรษ 1990 fMRI ได้กลายมาเป็นเครื่องมือหลักในการสร้างแผนที่ในสมอง เพราะไม่ต้องอาศัยการเจาะการผ่า ไม่ใช้การแผ่รังสี และมีใช้ค่อนข้างแพร่หลาย

ในต้นคริสต์ทศวรรษ 2000 เทคโนโลยีได้ถึงระดับที่สามารถประยุกต์ใช้การสร้างภาพสมองโดยกิจ (functional brain imaging) ในชีวิตประจำวันในระดับจำกัด
โดยการประยุกต์ใช้หลักก็คือส่วนต่อประสานระหว่างสมอง-คอมพิวเตอร์ (brain-computer interface) ในรูปแบบหยาบ ๆ

ข้อบ่งชี้ 
ถ้าแพทย์พบเหตุที่ควรจะตรวจคนไข้มากขึ้นว่ามีความผิดปกติทางประสาทหรือไม่ ก็อาจจะสั่งให้สร้างภาพสมอง
ความผิดปกติสามัญอย่างหนึ่งก็คือ คนไข้หมดสติชั่วคราว (syncope)
ในกรณีที่หมดสติโดยไม่มีประวัติที่แสดงว่าอาจมีอาการทางประสาท วิธีวินิจฉัยก็คือตรวจประสาท (neurological examination) แต่การสร้างภาพยังไม่จำเป็นเพราะว่าโอกาสพบเหตุในระบบประสาทกลางน้อยมากและคนไข้ไม่น่าจะได้ประโยชน์จากเทคนิค

การสร้างภาพสมองไม่จำเป็นสำหรับคนไข้ที่ปวดหัวแบบเสถียร ซึ่งจะวินิจฉัยว่าเป็นไมเกรน
เพราะว่า งานวิจัยแสดงว่า การมีไมเกรนไม่ได้เพิ่มความเสี่ยงต่อโรคในกะโหลกศีรษะ
ดังนั้น การวินิจฉัยไมเกรนที่ไม่มีปัญหาอย่างอื่น ๆ เช่น จานประสาทตาบวม (papilledema) ไม่บ่งชี้ว่าควรสร้างภาพสมอง
เมื่อตรวจคนไข้อย่างละเอียดและระมัดระวัง แพทย์จะพิจารณาว่าการปวดหัวอาจมีเหตุนอกจากไมเกรน ซึ่งควรจะต้องสร้างภาพสมองหรือไม่

ข้อบ่งชี้ในการสร้างภาพสมองอีกอย่างก็คือศัลยกรรมแบบ stereotactic หรือรังสีศัลยกรรม (radiosurgery) โดยใช้ภาพ CT, MRI หรือ PET เพื่อรักษาเนื้องอกในกะโหลกศีรษะ, รูปผิดปกติของหลอดเลือดแดงและดำ (arteriovenous malformation) และโรคอื่น ๆ ที่สามารถผ่าตัดได้

เทคนิคการสร้างภาพสมอง

Computed axial tomography (CT Scan) 

เทคนิคที่เรียกว่าการถ่ายภาพรังสีส่วนตัดอาศัยคอมพิวเตอร์ (Computed tomography ตัวย่อ CT) หรือ Computed Axial Tomography (CAT) ใช้ชุดภาพเอกซ์เรย์ของศีรษะที่ถ่ายจากมุมต่าง ๆ
ปกติใช้เพื่อดูความบาดเจ็บในสมองอย่างเร็ว ๆ CT ใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์เพื่อคำนวณเลขโดยปริพันธ์ (คือ inverse Radon transform) ของข้อมูลที่ได้ทางเอกซ์เรย์เพื่อประมาณว่า ปริมาตรเล็ก ๆ ในสมองดูดซึมแสงเอกซ์เรย์แค่ไหน
แล้วก็จะแสดงข้อมูลเป็นชุดภาพตัดขวางของสมอง

Diffuse optical imaging (DOI) 
Diffuse optical imaging (DOI) หรือ diffuse optical tomography (DOT) เป็นการสร้างภาพทางการแพทย์โดยใช้รังสีใกล้อินฟราเรดเพื่อสร้างภาพของร่างกาย
เทคนิคนี้วัดการดูดซึมแสงของโปรตีนเฮโมโกลบิน และอาศัยการดูดซึมแสงที่ต่างโดยสถานะของการเติมออกซิเจน (oxygenation) ในโปรตีน
ส่วนการสร้างภาพแบบ High-density diffuse optical tomography (HD-DOT) ยังมีปัญหาเพราะความคมชัดที่จำกัด
แม้ว่าดูจะมีอนาคตดีในขั้นเบื้องต้น แต่ว่าการเปรียบและการแสดงความสมเหตุสมผลเทียบกับ fMRI แบบมาตรฐานยังไม่ค่อยมี
แต่ถ้าใช้ได้ HD-DOT จะมีคุณภาพที่ใช้แทนภาพ fMRI ได้

Event-related optical signal (EROS) 
Event-related optical signal (EROS) เป็นเทคนิคสร้างภาพสมองซึ่งใช้รังสีอินฟราเรดผ่านเส้นใยนำแสงเพื่อวัดความเปลี่ยนแปลงทางคุณลักษณะแสงของเปลือกสมองที่กำลังทำงานอยู่
เทียบกับเทคนิคเช่น diffuse optical imaging (DOT) และ near infrared spectroscopy (NIRS) ที่วัดการดูดซึมแสงของเฮโมโกลบิน และดังนั้นจึงขึ้นอยู่กับการไหลเวียนของเลือด EROS ใช้การกระเจิงแสงของเซลล์ประสาทโดยตรง และดังนั้น จึงวัดการทำงานของเซลล์ได้โดยตรงกว่า
EROS สามารถหาตำแหน่งการทำงานในสมองได้ในระดับมิลลิเมตร (โดยพื้นที่) และในระดับมิลลิวินาที (โดยเวลา)
ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดก็คือมันไม่สามารถตรวจจับการทำงานที่ลึกเกินกว่า 2-3 ซม.
EROS เป็นเทคนิคใหม่ มีค่าใช้จ่ายค่อนข้างน้อย ไม่ต้องผ่าไม่ต้องเจาะสัตว์หรือมนุษย์ที่เป็นตัวทดลอง
และพัฒนาขึ้นที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ เออร์แบนา-แชมเปญจน์

Magnetic resonance imaging (MRI) 

การสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็ก (MRI) ใช้สนามแม่เหล็กและคลื่นวิทยุเพื่อสร้างภาพสองหรือสามมิติมีคุณภาพสูงของโครงสร้างทางสมองโดยไม่ต้องใช้รังสีที่เป็นไอออน เช่น เอกซ์เรย์ และไม่ต้องใช้สารกัมมันตรังสีตามรอย (radioactive tracer)

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) 

ส่วนการสร้างภาพโดยกิจด้วยเรโซแนนท์แม่เหล็ก (fMRI) และเทคนิค arterial spin labeling (ASL) อาศัยคุณสมบัติพาราแมกเนติกของเฮโมโกลบินที่เติมออกซิเจนหรือขาดออกซิเจนเพื่อแสดงความเปลี่ยนแปลงของการไหลเวียนของเลือดในสมองที่สัมพันธ์กับการทำงานของระบบประสาท
ทำให้สามารถสร้างภาพแสดงว่า โครงสร้างทางสมองไหนกำลังทำงานแค่ไหนเมื่อผู้รับการสแกนทำงานต่าง ๆ หรืออยู่เฉย ๆ
ตามสมมติฐานการเติมออกซิเจน (oxygenation hypothesis) ความเปลี่ยนแปลงของการใช้ออกซิเจนในเลือดของบริเวณสมองในช่วงที่มีกิจกรรมทางการรู้คิดหรือพฤติกรรม อาจสัมพันธ์กับเซลล์ประสาทในเขตที่สัมพันธ์โดยตรงกับงานที่กำลังทำอยู่
เครื่อง fMRI โดยมากมีที่ให้แสดงภาพ เสียง และความรู้สึกสัมผัสต่าง ๆ แก่คนที่อยู่ในเครื่อง แล้วให้ทำการตอบสนองเช่นกดปุ่มหรือขยับก้านควบคุม
และดังนั้น fMRI จึงสามารถใช้แสดงโครงสร้างและกระบวนการทางสมองที่สัมพันธ์กับการรับรู้ ความคิด และการกระทำ

ความคมชัดของ fMRI อยู่ที่ 2-3 มม. ในปัจจุบัน จำกัดโดยการกระจายพื้นที่ของการตอบสนองทางเลือดเมื่อระบบประสาททำงาน 
เป็นเทคนิคที่ใช้แทน PET โดยมากเพื่อศึกษารูปแบบการทำงานของสมอง
แต่ว่า PET ก็ยังพิเศษเพราะสามารถระบุตัวรับ (receptor) โดยเฉพาะของสมอง (หรือแม้แต่โปรตีนขนส่งโมโนอะมีน) ที่สัมพันธ์กับสารสื่อประสาทโดยเฉพาะ เพราะสามารถสร้างภาพลิแกนด์ติดป้ายกัมมันตรังสีสำหรับตัวรับ โดยลิแกนด์ของตัวรับก็คือสารเคมีอะไรก็ได้ที่เข้ายึดกับตัวรับ

นอกจากจะใช้ในงานวิจัยในคนปกติ fMRI ยังเริ่มใช้เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เพื่อวินิจฉัยโรค
เพราะว่า fMRI ไวเป็นพิเศษต่อการใช้ออกซิเจนในเลือด จึงไวต่อความเปลี่ยนแปลงของสมองระยะต้น ๆ ที่เป็นผลจากการขาดเลือดเฉพาะที่ (ischemia) เช่นความเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นตามโรคหลอดเลือดสมอง
การวินิจฉัยโรคหลอดเลือดสมองบางชนิดได้เร็วสำคัญขึ้นเรื่อย ๆ เพราะว่าสารละลายลิ่มเลือดต้องใช้ภายใน 2-3 ชม. แรกหลังจากโรคบางชนิดได้เกิดขึ้น เพราะอันตรายถ้าใช้หลังจากนั้น
ความเปลี่ยนแปลงที่เห็นในภาพ fMRI สามารถช่วยตัดสินใจว่า ควรจะรักษาด้วยสารเหล่านั้นหรือไม่
โดยมีความแม่นยำในอัตรา 72-90% เทียบกับสุ่มทำที่จะแม่นยำเพียงแค่ 0.8%

เทคนิค fMRI ยังสามารถบอกได้ว่าผู้รับสแกนกำลังดูรูปอะไรในบรรดารูปจำกัดที่มีข้อมูลอยู่แล้ว

Magnetoencephalography (MEG) 
Magnetoencephalography (MEG) เป็นเทคนิคการสร้างภาพที่วัดสนามแม่เหล็กที่เกิดจากการทำงานทางไฟฟ้าของสมอง ผ่านอุปกรณ์วัดที่ไวมากเช่น superconducting quantum interference device (SQUID)
MEG ช่วยให้สามารถวัดการทำงานทางไฟฟ้าของเซลล์ประสาทโดยตรง (เทียบกับ fMRI ซึ่งวัดออกซิเจนในเลือด) โดยมีความคมชัดทางกาลเวลาที่สูงมาก แต่มีความคมชัดทางพื้นที่ค่อนข้างต่ำ
ข้อดีของการวัดสนามแม่เหล็กที่เกิดจาการทำงานของเซลล์ประสาทก็คือสัญญาณมักจะบิดเบือนโดยเนื้อเยื่อรอบ ๆ (โดยเฉพาะกะโหลกและหนังศีรษะ) น้อยกว่า เทียบกับการวัดสนามไฟฟ้าที่วัดโดยการบันทึกคลื่นไฟฟ้าสมอง (EEG)

โดยเฉพาะก็คือ แสดงได้ว่าสนามแม่เหล็กที่เกิดจากการทำงานทางไฟฟ้าไม่ได้รับผลจากเนื้อเยื่อรอบ ๆ ศีรษะ ถ้าสร้างแบบจำลองของศีรษะว่าเป็นเซตของลูกบอลกลม ๆ เซตหนึ่ง โดยแต่ละลูกเป็นตัวนำไฟแบบเท่ากันทุกทิศทาง (isotropic homogeneous conductor)
แต่ว่า ศีรษะไม่ใช่รูปวงกลมจริง ๆ และมีการนำไฟแบบไม่เท่ากัน (แอนไอโซทรอปิก) โดยมาก โดยเฉพาะเนื้อขาวและกะโหลก
แม้ว่า การนำไฟแบบแอนไอโซทรอปิกของกะโหลกจะมีผลที่มองข้ามได้สำหรับ MEG (ซึ่งไม่เหมือน EEG) การนำไฟแบบแอนไอโซทรอปิกของเนื้อขาวมีผลต่อการใช้ MEG วัดจุดที่อยู่ลึก
แต่ว่า ให้สังเกตว่างานศึกษานี้สมมุติว่า กะโหลกเป็นตัวนำแบบแอนไอโซทรอปิกอย่างเท่ากันทุก ๆ ที่ ซึ่งไม่เป็นจริง คือ ทั้งความหนาสัมบูรณ์และความหนาสัมพัทธ์ของชั้น diploë และกระดูกเนื้อแน่นต่าง ๆ กันทั้งภายในกระดูกะโหลกชิ้นเดียวกันและต่าง ๆ กัน
ซึ่งทำให้ความเป็นแอนไอโซทรอปีของกะโหลกน่าจะมีผลต่อ MEG
แม้ว่าอาจจะไม่ใช่ในระดับเดียวกันต่อ EEG

MEG มีประโยชน์หลายอย่าง รวมทั้งช่วยศัลยแพทย์ในการระบุจุดของโรค ช่วยนักวิจัยกำหนดหน้าที่ของส่วนต่าง ๆ ในสมอง ให้ข้อมูลป้อนกลับเกี่ยวกับสมองเพื่อฝึกสมอง และอื่น ๆ

Positron emission tomography (PET) 

การถ่ายภาพรังสีระนาบด้วยการปล่อยโพซิตรอน (PET) วัดการปล่อยรังสีจากสารเคมีออกฤทธิ์ในช่วงเมแทบอลิซึม ซึ่งเป็นสารที่ได้ป้ายกัมมันตรังสี แล้วฉีดเข้าไปในเลือด
คอมพิวเตอร์จะประมวลข้อมูลการปล่อยรังสี แล้วสร้างภาพสองหรือสามมิติแสดงการกระจายสารเคมีทั่วสมอง

เทคนิคต้องใช้เครื่องไซโคลทรอนทำไอโซโทปกัมมันตรังสีที่ปล่อยโพซิตรอน ซึ่งใช้ติดป้ายสารประกอบที่ต้องการ
สารประกอบที่ติดป้ายเรียกว่า radiotracer (สารกัมมันตรังสีตามรอย) จะฉีดเข้าไปในเลือดแล้วในที่สุดก็จะเข้าไปในสมอง
เครื่องรับรู้ทั่วเครื่อง PET จะตรวจจับกัมมันตภาพรังสีของสารประกอบที่สะสมอยู่ในเขตต่าง ๆ ของสมอง
แล้วคอมพิวเตอร์ก็จะใช้ข้อมูลที่ได้จากเครื่องรับรู้เพื่อสร้างภาพสองหรือสามมิติที่แสดงส่วนสมองที่สารประกอบกำลังออกฤทธิ์

ที่มีประโยชน์มากก็คือ มีลิแกนด์มากมายหลายหลากที่สามารถเลือกใช้สร้างแผนที่การทำงานของสารสื่อประสาทในด้านต่าง ๆ โดยสารกัมมันตรังสีตามรอยที่ใช้อย่างสามัญที่สุด ก็คือกลูโคสติดป้าย เช่น Fludeoxyglucose (18F) 
ประโยชน์ที่ดีที่สุดของ PET ก็คือสารประกอบสามารถแสดงการไหลเวียนของเลือด ออกซิเจน และเมแทบอลิซึมของกลูโคสในเนื้อเยื่อสมองที่กำลังทำงาน
ค่าวัดเหล่านี้สะท้อนระดับการทำงานของสมองในเขตต่าง ๆ และช่วยให้สามารถเรียนรู้การทำงานของสมอง
และเมื่อเริ่มใช้ตอนแรก PET ดีกว่าวิธีการสร้างภาพโดยเมแทบอลิซึมอื่น ๆ ทั้งหมดในเรื่องความคมชัดและความเร็วในการสร้างภาพ (อาจน้อยเพียงแค่ 30 วินาที) 
ความคมชัดที่ดีขึ้นช่วยให้สามารถทำงานศึกษาที่มีคุณภาพดีขึ้นว่า เขตไหนของสมองทำงานเมื่อผู้รับสแกนทำกิจกรรมต่าง ๆ
ข้อเสียใหญ่ที่สุดก็คือ เพราะว่า กัมมันตภาพรังสีเสื่อมเร็ว จึงสามารถใช้ตรวจดูกิจกรรมสั้น ๆ เท่านั้น

ก่อน fMRI เทคนิค PET เป็นวิธีที่นิยมที่สุดสำหรับการสร้างภาพสมองโดยกิจ (เทียบกับการสร้างภาพโดยโครงสร้าง) และปัจจุบันก็ยังเป็นเทคนิคที่ช่วยสร้างความก้าวหน้าในประสาทวิทยาศาสตร์

PET ยังสามารถใช้วินิจฉัยโรคสมองอีกด้วย โดยเฉพาะเนื้องอกในสมอง โรคหลอดเลือดสมอง และโรคที่ทำลายเซลล์ประสาทอันเป็นเหตุของภาวะสมองเสื่อม เช่น โรคอัลไซเมอร์ เพราะล้วนแต่เป็นโรคที่เปลี่ยนเมแทบอลิซึมในสมองอย่างมาก ซึ่งทำให้ PET สามารถตรวจจับได้
เทคนิคน่าจะมีประโยชน์มากที่สุดในภาวะสมองเสื่อมระยะต้น ๆ บางโรค (โดยตัวอย่างคลาสสิกก็คือโรคอัลไซเมอร์ และ Pick's disease) ที่ความเสียหายในเบื้องต้นกระจายแพร่ไปทั่วซึ่งไม่ได้เปลี่ยนปริมาตรสมองหรือโครงสร้างใหญ่ ๆ ของสมองอย่างสำคัญที่จะเห็นได้โดยเทคนิค CT หรือ MRI ทั่วไปอย่างเชื่อถือได้ว่า แตกต่างจากสมองฝ่อปกติที่เกิดจากวัยที่สูงขึ้น ซึ่งเป็นภาวะที่ไม่เป็นเหตุของภาวะสมองเสื่อม (dementia)

Single-photon emission computed tomography (SPECT) 
Single-photon emission computed tomography (SPECT) คล้ายกับ PET แต่ใช้ไอโซโทปกัมมันตรังสีที่ปล่อยรังสีแกมมา แล้วใช้กล้องถ่ายรังสีแกมมาเพื่อบันทึกข้อมูลที่คอมพิวเตอร์ใช้เพื่อสร้างภาพสองหรือสามมิติของบริเวณสมองที่กำลังทำงาน
SPECT อาศัยการฉีดสารกัมมันตรังสีตามรอยที่เรียกว่า SPECT agent ซึ่งเข้าไปในสมองอย่างรวดเร็วแต่ไม่กระจายไปที่อื่น
การดูดซึม SPECT agent เสร็จ 100% ภายใน 30-60 วินาที ขึ้นอยู่กับการเดินเลือดในสมอง (cerebral blood flow) เมื่อฉีดสาร
คุณสมบัติเยี่ยงนี้ทำให้เหมาะเป็นพิเศษในการสร้างภาพสำหรับโรคลมชัก ซึ่งปกติเป็นปัญหาที่ยากเนื่องจากการเคลื่อนไหวของคนไข้และรูปแบบการชักต่าง ๆ
SPECT แสดงภาพถ่ายในขณะหนึ่งของการเดินเลือดในสมอง เพราะการสร้างภาพสามารถทำหลังจากที่การชักหยุดแล้ว ตราบเท่าที่ฉีดสารเข้าเมื่อกำลังชัก
ข้อจำกัดสำคัญของ SPECT ก็คือมีความคมชัดต่ำ (ประมาณ 1 ซม.) เทียบกับ MRI

ปัจจุบัน เครื่อง SPECT มักใช้กับหัวตรวจจับคู่ แม้ว่าจะมีเครื่องที่มากับหัวตรวจจับสามตัววางขายในตลาด
การสร้างภาพกราดตัดขวางใหม่ (Tomographic reconstruction) ซึ่งโดยหลักใช้เพื่อแสดงภาพการทำงานในขณะหนึ่งของสมอง ต้องใช้ข้อมูลจากหัวตรวจจับหลายรอบเมื่อหมุนไปรอบ ๆ ศีรษะ ดังนั้น นักวิจัยบางท่านจึงได้สร้างเครื่อง SPECT ที่มีหัวตรวจจับ 6-11 ตัวเพื่อลดเวลาในการสร้างภาพและให้ความคมชัดที่สูงกว่า

โดยเหมือนกับ PET การสร้างภาพแบบ SPECT สามารถใช้จำแนกการดำเนินของโรคต่าง ๆ ที่เป็นส่วนของภาวะสมองเสื่อม และการใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ก็เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ
PET มีข้อเสียอย่างหนึ่งที่ต้องใช้สารตามรอยที่มีระยะครึ่งชีวิตอย่างมากที่สุด 110 นาที เช่น fludeoxyglucose (18F)
ซึ่งต้องผลิตในไซโคลตอน มีราคาแพง หรือแม้แต่ไม่มีให้ใช้ถ้าเวลาขนส่งยาวนานกว่าระยะครึ่งชีวิตมากกว่า 2-3 เท่า
แต่ว่า SPECT สามารถใช้สารตามรอยที่มีระยะครึ่งชีวิตนานกว่า เช่น เทคนีเชียม-99m โดยผลที่ตามก็คือ หาสารตามรอยได้ง่ายกว่า

อัลตราซาวนด์ที่กะโหลก 
อัลตราซาวนด์ที่กะโหลก (Cranial ultrasound) ปกติจะใช้กับทารกเท่านั้น เพราะว่ากระหม่อมที่เปิดเป็นหน้าต่างให้เสียงเข้า ทำให้สร้างภาพสมองด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงได้
ข้อได้เปรียบรวมทั้งไม่ต้องใช้สารกัมมันตภาพรังสีและสามารถทำข้าง ๆ เตียงได้ แต่ว่าการขาดรายละเอียดกับเนื้อเยื่อที่อ่อนหมายความว่า ในบางกรณี การใช้ MRI อาจจะดีกว่า

เปรียบเทียบวิธีต่าง ๆ 
MRI อาศัยการทำงานของสนามแม่เหล็กในสมองและไม่ได้ใช้เอกซ์เรย์ ดังนั้น จึงพิจารณาว่าปลอดภัยกว่าเทคนิคที่ใช้เอกซ์เรย์
ส่วน SPECT ใช้รังสีแกมมา ซึ่งปลอดภัยกว่าระบบสร้างภาพอื่น ๆ ที่ใช้รังสีอัลฟาหรือเบต้า
แต่ว่าทั้งเทคนิค PET และ SPECT ต้องฉีดสารกัมมันตรังสี แม้ว่าระยะครึ่งชีวิตของไอโซโทปที่ใช้ใน SPECT จะสามารถบริหารได้ง่ายกว่า

ข้อขัดแย้งและคำเตือน 
นักวิทยาศาสตร์บางท่านได้วิพากษ์วิจารณ์ข้ออ้างที่อาศัยภาพสมองที่ลงพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์และสื่อมวลชน เช่น อ้างว่าได้ค้นพบ "ส่วนสมองที่เป็นตัวการ" ของเรื่องต่าง ๆ เช่น ความรัก หรือความสามารถทางดนตรี หรือความจำเฉพาะอะไรบางอย่าง
เพราะว่า เทคนิคการสร้างแผนที่หลายอย่างมีความคมชัดค่อนข้างต่ำ voxel (ปริมาตรที่เล็กที่สุดที่รวมตัวกันเป็นภาพสามมิติ ย่อมาจาก volume pixel) เดียวสามารถมีเซลล์ประสาทอยู่เป็นพัน ๆ
หน้าที่หลายอย่างยังต้องอาศัยเขตต่าง ๆ หลายเขตในสมอง ซึ่งหมายความว่าข้ออ้างเช่นนี้ไม่สามารถตรวจสอบได้ด้วยอุปกรณ์ที่มี และโดยทั่วไปขึ้นอยู่กับข้อสมมุติผิด ๆ ว่า สมองทำหน้าที่แบ่งส่วนกันอย่างไร
อาจจะเป็นไปได้ว่า หน้าที่ของสมองจะสามารถบอกได้อย่างถูกต้องก็ต่อเมื่อวัดด้วยวิธีที่ละเอียดกว่านี้ ที่ตรวจสอบไม่ใช่บริเวณใหญ่ ๆ แต่ตรวจสอบวงจรประสาทวงจรเล็ก ๆ เป็นจำนวนมหาศาล

งานศึกษาเหล่านี้มักมีปัญหาทางเทคนิคด้วย เช่น มีขนาดตัวอย่างน้อยหรือมีการปรับเทียบมาตรฐานที่ไม่ดี ซึ่งหมายความว่างานไม่สามารถทำซ้ำได้ อันเป็นประเด็นที่ไม่ค่อยได้รับความสนใจเมื่อพิมพ์บทความวารสารหรือหัวพาดข่าวที่สร้างความฮือฮา
ในบางกรณี เทคนิคสร้างแผนที่ในสมองยังเอามาใช้เพื่อการค้า เพื่อตรวจจับการโกหก เพื่อวินิจฉัยทางการแพทย์ที่ยังไม่ตรวจสอบความสมเหตุสมผลทางวิทยาศาสตร์

ดูเพิ่ม 
 สมองมนุษย์
 การสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็ก

เชิงอรรถและอ้างอิง

แหล่งข้อมูลอื่น 

 The Whole Brain Atlas @ Harvard
 The McConnell Brain Imaging Center, McGill University
 The American Society of Neuroimaging (ASN).
 A Neuroimaging portal 
 BrainMapping.org, a free BrainMapping community information portal
 Lecture notes on mathematical aspects of neuroimaging by Will Penny, University College London
 "Transcranial Magnetic Stimulation" by Michael Leventon in association with MIT AI Lab.
 NeuroDebian - a complete operating system targeting neuroimaging

รังสีวิทยา
การสร้างภาพประสาท