Es gibt vier Methoden, mit denen man unter die Schädeldecke blicken kann: Magnetenzephalographie (MEG), Magnetresonanz-Tomographie (MRT), Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und Single-Photon-Emissions-Computer-Tomographie (SPECT).

. MEG: Schwache Magnetfelder, die von aktiven Nervenzellen ausgehen, spürt die Magnetenzephalographie (MEG) auf. Mit ihr lassen sich elektrische Signale zwischen Zellen registrieren - hochempfindliche Sensoren zeichnen die extrem schwachen magnetischen Felder auf. Mit Großrechnern können die Meßdaten unterschiedlichen Hirnbereichen zugeordnet und als Bilder dargestellt werden. Der Vorteil: Auch blitzschnelle Hirnvorgänge werden erfaßt. Der Schwachpunkt: Es ist nicht genau zu sehen, wo im Gehirn der Gedankenblitz einschlägt.

. MRT: Die Magnetresonanz-Tomographie (MRT) eignet sich besonders, um die Gestalt des Gehirns zu vermessen. Ohne jede Strahlenbelastung wird die Struktur des Gewebes sichtbar, indem hochfrequente Radiowellen das Gehirn durchdringen. Dabei bringen sie Wasserstoffkerne ins "Taumeln". Aus Stärke und Zeitverlauf dieser Taumelbewegung kann man schließen, ob das Gewebe gesund oder krank ist. Diese Methode läßt aber keine Aussage zu, welche Funktion das Gewebe wahrnimmt.

. fMRT: Eine funktionelle Variante der Magnetresonanz-Tomographie (fMRT) kann Änderungen des Sauerstoffgehalts des Blutes erfassen und so indirekt die Aktivität des Gehirns ermitteln. Der Vorteil ist eine präzise Aussage, wo im Gehirn die Aktivität auftritt. Der Nachteil ist, daß der zeitliche Verlauf schlecht abschätzbar ist.

. PET: Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) zeigt die Regionen des Gehirns, die bei bestimmten Aufgaben aktiv werden. Denn mit der PET werden Stoffwechselvorgänge, wie Durchblutung, Sauerstoff- oder Zuckerverbrauch des arbeitenden Gehirns sichtbar gemacht. Bei einer PET-Untersuchung werden dem Patienten in kleinsten Mengen kurzlebige Radiopharmaka injiziert - radioaktiv markierter Zucker oder Medikamente - , die Strahlung aussenden, welche vom PET-Detektor außen gemessen wird.

. SPECT: Die Single-Photon-Emissions-Computertomographie wird zur Messung des Blutflusses im Gehirn genutzt. Dabei werden radioaktiv markierte Substanzen in die Blutbahn des Patienten injiziert, die sich in bestimmten Hirnbereichen anreichern. Die Bilder sind für die klinische Anwendung in der Diagnostik von Schlaganfällen oder Alzheimer geeignet.