1990년부터 뇌과학이 본격 발달하기 시작했다. 지난 20여 년 동안 뇌과학과 뇌영상 기술이 급격하게 발전하면서, 이제 뇌과학은 인지과학, 심리학, 생명공학, 철학, 범죄학 등의 영역과 연결되어 '뇌'를 넘어 인간의 '마음'을 설명하기 시작했다.

뇌영상(腦映象,Brain imaging, Neuroimaging)은 다양한 기법을 사용해서 직접 또는 간접적으로 뇌의 구조, 기능, 약리학 구조를 영상화 하는 것을 모두 포함한다.

뇌영상은 크게 두 가지로 나뉜다. 먼저 구조 영상은 뇌의 구조를 다루며 두개 내의 종양 등의 질병을 진단하는 데에 이용된다. 또 기능 영상 신진대사 및 뇌의 기능과 관련된 질병을 진단하는데 사용되며, 신경학, 인지심리학 등의 분야에서는 뇌-컴퓨터 인터페이스를 만들기 위한 연구 목적으로 사용되기도 한다. 예컨데, 뇌에서 정보 처리가 일어나는 중추 영역들을 직접적으로 시각화 하는 것이 가능하다. 뇌에서 정보 처리가 이루어질 때 관련된 영역에서 신진대사가 증가하게 된다.

또한 시각, 청각 등의 기본적인 감각 경험은 물론 특정한 행위나 고차원적인 인지활동, 다양한 감정 등이 뇌의 구조와 기능 차원에서 설명되기 시작했다.

뇌과학이 '마음의 과학'으로 발전하는 데에는 뇌영상 기술의 힘이 컸다. 컴퓨터 단층촬영(CT: computed tomography)이나 자기공명영상(MRI: magnetic resonance imaging) 등이 뇌의 해부학적 구조를 점점 더 자세히 관찰할 수 있게 해주었다면, 뇌전도검사(EEG: electroencephalogram)나 양전자방출단층촬영(PET: positron emission tomography), 기능적 자기공명영상(fMRI: functional magnetic resonance imaging) 등의 다양한 기능적 뇌영상 기술은 그간 블랙박스로 남았던 뇌의 활동을 보여주는 데이터들을 쏟아내고 있다.

이와 같은 뇌영상 도구들을 활용해서 인간의 행위나 사고, 감정 등과 관련된 뇌 부위를 찾기 위해서는 보통 두 통제된 조건 하의 뇌 활동을 비교하는 방법, 복잡한 컴퓨터 계산과 통계 처리, 데이터 재구성을 통해 뇌 구조 영상에 색채 지도를 입히는 과정 등을 거치게 된다.

1990년대 개발된 BOLD(Blood Oxygen Level Dependent) fMRI 기법은 피험자가 원통형의 자장 안에 들어가 누운 상태로 스크린에 제시된 이미지나 글자를 보면서 어떤 인지 과제를 수행하거나 감정을 느낄 때의 뇌 활성과 그렇지 않을 때의 뇌 활성을 비교함으로써 특정한 행위나 감정과 연관된 뇌 부위를 찾는다. 이를 뇌 단면의 해부 구조를 나타내는 영상 위에 색채로 표시해 준다.

이러한 기능적 뇌영상 기술이 발전하면서 뇌병변 환자뿐 아니라 일반인의 뇌 기능과 정신에 대한 연구들이 가능해졌다.
또한 연구주제도 언어구사나 추론과 같은 고차원적인 인지 과정은 물론 개인의 성격이나 성향, 거짓말, 사기, 협동, 경쟁과 같은 인간의 사회적 행위, 난폭한 사람과 그렇지 않은 사람의 두뇌 구조나 활동의 차이 등으로 넓어지고 있다.

이렇게 뇌과학과 뇌영상 기술이 쏟아내는 결과물들의 양뿐만 아니라 이들의 정치적, 사회적 함의가 높아짐에 따라 이러한 과학적 발전이 야기 하는 사회적, 법적, 윤리적 쟁점들을 고민하는 '신경윤리학'이라는 분야도 생겼다.

뇌과학이 인간에 대한 새로운 이해를 쏟아내는 만큼, 여러 학문 분야와 사회 영역에서도 새로운 논의가 진행되고 있다. 특히 뇌과학 연구는 인간의 의도나 행동과 연관된 신경학적 기반을 밝히고 인간 존재에 대한 새로운 해석을 내놓는다는 점에서 그간 인간의 자유의지를 근거로 특정한 행위에 대한 법적 책임을 부과해 온 법영역에서 큰 영향을 주고 있다.

다양한 뇌과학의 성과들 중 최근 법정에서 그 도입여부가 가장 활발히 논의되는 것은 PET나 fMRI와 같은 최신 뇌영상으로 획득한 증거물이다. 뇌영상은 주로 정신이상 항변이나 고의를 부정하는 항변을 위한 증거물로 제시된다. 또 법률을 제정하거나 개정하는 과정에서도 활용될 수 있다.

이미 미국에서는 2006년을 기준으로 PET 또는 SPECT 기술을 활용한 증거가 약 130건 제출됐다. 또한 비공식이기는 하지만 않은 법조인들이 fMRI 영상을 증거로 참고한다는 보고가 있으며, 앞으로 형사 재판뿐 아니라 민사상 손해 배상을 위한 증거나 입법 정책 자료로 활용되리란 전망도 나오고 있다.