การสร้างภาพประสาท

การสร้างภาพประสาท หรือ การสร้างภาพสมอง () เป็นการใช้เทคนิคต่าง ๆ เพื่อสร้างภาพทั้งโดยตรงหรือโดยอ้อมของโครงสร้าง หน้าที่ หรือการทำงานทางเภสัชวิทยา ของระบบประสาท
เป็นศาสตร์ใหม่ที่ใช้ในการแพทย์ ประสาทวิทยา และจิตวิทยา
แพทย์ที่ชำนาญเฉพาะในการสร้างและตีความภาพสมองในสถานพยาบาลเรียกตามภาษาอังกฤษว่า neuroradiologist (ประสาทรังสีแพทย์)
การสร้างภาพวิธีต่าง ๆ ตกอยู่ในหมวดกว้าง ๆ 2 หมวดคือ
ส่วนการใช้ศาสตร์นี้โดยสร้างความขัดแย้งมากที่สุดก็คืองานวิจัยในการกำหนดความคิดหรืออ่านใจคน

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

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

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) 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) 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

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

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) 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

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

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

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