De hersenen zijn aan voortdurende verandering onderhevig tot op het niveau van de individuele hersencellen en hun onderlinge verbindingen. Omgevingsfactoren kunnen veranderingen in de hersenen induceren. Ook gerichte oefeningen, bijvoorbeeld ter verbetering van het werkgeheugen, kunnen leiden tot veranderingen in de hersenen. Het vakgebied Nucleaire Geneeskunde richt zich op het afbeelden en kwantificeren van moleculen en maakt een sterke ontwikkeling door. Hierdoor zijn heden ten dage veranderingen van de hersenen op moleculair niveau (bijvoorbeeld receptoren) bij mens en proefdier te meten met beeldvormende technieken zoals Positron Emission Tomography (PET) en Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT). Deze beeldvormende technieken bieden unieke mogelijkheden om meer zicht te krijgen op de complexe interacties tussen expressie van moleculen in de hersenen, leereffecten, persoonskenmerken, genetica en omgevingsfactoren.