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● 磁共振成像：通过看大脑的结构和大脑中血液的含氧量推断不同区域的活动情况。
● 脑电图：收集神经细胞产生的生物电。
现在你可以把大脑设想成一个封闭的盒子，你给它一颗糖，它能给你唱首歌、念首诗，也可能从你身边逃跑。你想看看盒子里是什么，可一旦打开，它就会受伤甚至死掉，更别说维持正常的工作了。你也可以仅仅通过它静止、已失去活力的形态研究它，通过它的结构、形状推测它的作用（解剖学），或将每一个零件拿出来单独培养，看一个或几个相关的零件是怎么相互作用的（神经细胞学）。
过去想要将大脑的某些特定区域和一个行为联系起来，只能通过观察大脑有损伤的患者做一些推测。譬如，一名患者的某个大脑区域在事故中受到了损伤，结果这位患者的行为出现了很奇怪的变化，再也无法形成新的记忆了，但其他行为却没有受到任何影响。这说明这位患者大脑受伤的那个区域和记忆的生成息息相关。
为了更深入地研究这个区域，科学家需要通过动物实验做进一步的证实。但问题是，其他的动物（即使是与我们最像的猩猩）和人还有很多不同，尤其是在大脑这个器官上。特别是当我们想研究一些人类特有的认知功能，如表达情感、做稍微复杂一些的决策、与语言相关的一些现象等，都很难仅仅通过动物研究。所以，还是得想办法在不伤害人的情况下，实时地研究人类的大脑。
历史上有一位病例叫H.M.，他的全名其实是亨利·莫莱森（Henry Molaison），但当他在世时，为了保护他的隐私，所有的科学家都用他的姓名缩写讨论他。他27岁的时候因为严重癫痫，不得不通过移除部分受影响的大脑区域稳定病情。他被移除的区域名为海马区（Hippocampus）。手术非常成功，他的癫痫得到了有效的控制，而且他几乎完全康复了，智商、行动、行为正常，但从此以后他再也无法形成新的记忆。这使得神经科学家对海马区产生了浓厚的兴趣，从此以后打开了新世界的大门。可以说他的病例在无意之间推动了整个领域的发展。H.M.在2008年去世，享年82岁。他去世后，他的名字和生平故事也终于可以公之于众。
好在最近30年，脑成像技术越来越成熟，科学家终于可以在不损伤志愿者身体的前提下，甚至在人的大脑正在工作时，通过各种各样的脑成像技术实时观察大脑的活动。在现在的神经科学研究中，常用的脑成像技术有不少，但最常用的要数磁共振成像和脑电图。
功能性磁共振成像（Functional magnetic resonance imaging，fMRI）常常也被称为“核磁共振”。 它通过观测大脑的结构和大脑中血液的含氧量推测不同区域的活动情况。当神经细胞活化时，会消耗氧气，而氧气是借由血液中红细胞里的血红素，沿着微血管送至每个细胞附近的。当一个区域的神经细胞变得活跃，这个区域所需要的氧气就会增加，这样附近还含有氧气的血液就会流向这里，来补充消耗掉的氧气。所以，伴随着神经细胞的活化，这个大脑区域会有血流的变化，而且血液的含氧量会与周围的区域有所不同。如果我们能够测量这个含氧量的变化，就能够推测到大脑的哪些区域变得活跃了。
那怎么测量呢？我们在中学时就学过，当电荷沿着导线运动时，会在导线周围产生磁场。如果电荷是带有正电荷的质子，当它绕轴旋转的时候，也会形成磁场。人体约70%都由水组成，每一个水分子含有两个氢原子，而氢原子原子核（质子）的自旋角动量不为零。如果你将它放入一个均匀的磁场中，只要控制好这个磁场的能量，就能使这个原子核产生共振，放出电磁波。而这个电磁波可以被检测到，经过处理，人们便能够知道发出这个电磁波的原子核的位置，并绘制出精确的图像。
其实，核磁共振里的“核”指的是氢原子核。但在临床上，因为担心患者会对“核”这个字产生畏惧感，国内也常将这种技术称为“磁共振”。
要特别注意的是， 在医院诊断时使用的磁共振成像其实是结构性磁共振成像（缩写为sMRI），和上面说的功能性磁共振成像的目的不一样。 简单来说，在医院做磁共振成像，不是为了观察人在做认知任务时的大脑活动，而是方便医生透视大脑，或分辨身体结构。结构性磁共振成像的作用其实和CT一样。只是在观察某些特定部位时，前者的效果可能更好，但磁共振成像一般也更贵。
脑电图（Electroencephalogram，EEG）。 神经细胞靠电信号来传递信息，即使在静止不动、什么也不想的情况下，大脑也如不夜城一般热闹。我们能够将大脑所产生的微弱的生物电，在头皮处收集，并放大记录成一种曲线图，这种曲线图就叫脑电图。收集脑电图的时候，头上要戴一个帽子，帽子上有很多感应器（电极）。电极贴在头皮上，就能收集到这个区域内头骨下方千百万个神经细胞的电流活动。打一个比方，大脑就像一个体育场，体育场里在进行一场球赛，而每一个神经细胞就像是一个时不时呐喊的观众。而你呢，拿着一根录音笔，站在体育场外，通过听着千万个球迷的呐喊声来了解球赛的状况。
这个例子提供了几条信息。首先，脑电图并不是直接记录了每个细胞的活动，虽然它能够呈现大脑的一些反应，但是在研究和分析脑电波时，有很多需要注意的地方。其次，脑电图展现的并不是几个神经细胞或某一个大脑区域的活动，它记录的是整个大脑中神经细胞的电流产生的电压波动。最后，虽然它在空间分辨率上较差（也就是说，它并不能精准地展示大脑某个特定区域的活动），但它在时间分辨率上非常好（能够精准到毫秒，基本是实时记录）。
在临床上，常用脑电图来诊断癫痫，有时它对神经疾病的诊断也有很重要的作用。
举一个简单的例子，假设我已经给你戴好了做脑电图的帽子，开始记录你的脑电波，然后你听我念下面两个句子。
第一句话：一个男人在自己的咖啡里加了牛奶。
第二句话：一个男人在自己的咖啡里加了袜子。
与听到“牛奶”相比，当你听到“袜子”这个违反语境的词汇后的400毫秒，脑电波会有一个更高的波峰。通过反复的测试我们发现，这个波峰（专业上叫成分）和违反语境有关系，只要听到或看到违反语境的词汇或物体，都能够在脑电波里看到这个成分。
收集脑电波不是一件难事，但是要解释脑电波需要一定的专业储备，所以在这里我没办法过于深入地介绍。
自从1924年人类首次进行脑电图实验以来，脑电图基本上是发展最成熟也是最便宜的一种脑成像仪器了。虽然现在已经有比脑电图更精确、更好用的脑成像设备，但脑电图最大的优势在于它非常便宜。购买一套普通的脑电图设备只要5万美元左右。且每做一次实验，便宜的情况下，差不多只需要花2～3美元。
因为它发展成熟，价格又便宜，很多公司和实验室都在尝试将其使用在人机界面上，用脑电波来下达一些指令，或结合眼动追踪技术，给穿戴型设备（如谷歌眼镜）提供一些实时反馈等。
因为篇幅的问题，我只能稍微介绍一下磁共振成像和脑电图。这两个技术在与神经科学相关的科普文章中常被提到。实际上，神经科学领域里的人对不同的脑成像技术褒贬不一。使用这些成像技术后所得到的实验结果到底有多少说服力，也是仁者见仁，智者见智。