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  心靈的生物學基礎尚未完全瞭解。fMRI的研究表明,執行心像任務時, 外側膝狀核和視覺皮層的V1區域會被啟用。  視覺通路不是單向道。 更高階的大腦區域也可以將視覺輸入送回視覺皮層低階區域的神經元。 [...]作為人類,我們有能力用心靈之眼 - 在沒有視覺輸入的情況下獲得感知體驗。 例如,PET掃描顯示,當坐在房間中的受試者想像他們正站在前門開始向左或向右行走時,會開始啟用視覺關聯皮質、頂葉皮質和前額皮質 - 所有更高階的大腦認知處理中心。心靈之眼的基礎生物學雛形,發生在大腦新皮質下方較深的部分,或是說發生在感知中心所在處。丘腦被發現是獨立於其他組成部分,處理從大腦較低階和較高階組成部分所傳來的所有型式的感知資料。損傷這種組成部分會產生永久性的感知損傷,然而,當大腦皮層受損時,大腦會因應神經可塑性,以修正任何阻塞的知覺。我們可以認為,大腦皮層是個複雜的記憶儲存倉庫,從感覺系統接收到的資料通過大腦皮層進行分割槽。這基本上允許識別形狀,由於缺乏過濾內部產生輸入的機制,因此可能產生幻覺 - 看到的東西不是外部輸入而是內部輸入(大腦皮層的分段感覺資料在過濾時發生錯誤,可能導致一個人看到、感覺、聽到或經歷與現實不一致的事物。)  並非所有人都有相同的內在感知能力。對許多人來說,當眼睛閉上時,其對黑暗的感知就會佔上風。然而,有些人能夠感知豐富多彩的、動態的心像。迷幻藥的使用增加了受試者有意識地獲得視覺(以及聽覺和其他感官)感知的能力。  此外,松果體是產生心靈之眼的假設候選者; 瑞克·斯特拉斯曼等人假設,在瀕死體驗(NDEs)和做夢的期間,腺體可能在外部感官資料被阻斷時,分泌一種致幻化學物質二甲基色胺(DMT)以產生內部視覺。然而,這一假說還沒有得到神經化學證據和DMT產生的可信機制充分支援。  一個人缺乏心靈之眼的情況稱為心盲症。該術語最早是在2015年的研究中提出的。  常見的心像包括白日夢和讀書時的心理想像。另一種是運動員在訓練或比賽前,概述他們為實現目標將採取的每一步時所召喚的心像。當音樂家聽到一首歌時,他或她有時能在腦海中「看到」這首歌的音符,也能聽到它們一切的音色。這被認為不同於後效,例如殘像。在我們的腦海中喚起心像是自願的行為,因此心像被定性為處於不同程度的意識控制之下。  根據心理學家和認知科學家史蒂文·平克的研究,我們對世界的體驗在我們的腦海中以心像的型式呈現。然後,這些心理影象可以與其他影象進行關聯和比較,並可用於合成全新的心像。從這個角度來看,心像使我們能夠形成有用的理論來解釋世界是如何運作的,方法是在我們的頭腦中形成一系列可能的心像,而無需直接體驗結果。其他生物是否有這種能力仍然有爭議。  有幾種理論用於解釋心像如何在頭腦中形成。這包括「雙碼理論」、「命題理論」和「功能等價假設」(functional-equivalence hypothesis)。艾倫·白斐歐於1971年創立了「雙碼理論」,該理論認為,我們用兩種不同的編碼來表示大腦中的資訊:「影象編碼」和「語言編碼」。「影象編碼」就像當你想到狗的時候想到的是一張狗的圖片,而「語言編碼」則是想到“狗”這個詞。另一個例子是思考抽象詞彙如正義或愛與具體詞彙如大像或椅子之間的區別。當我們想到抽象的單詞時,就更容易用語言編碼來理解它們——找到定義或描述它們的單詞。對於具體的單詞,則使用影象編碼並在腦海中呈現一張人或椅子的圖片,這往往比使用與之相關或描述性的單詞更容易被採用。  命題理論涉及到以一般命題程式碼的型式儲存心像,該程式碼儲存概念的含義,而不是心像本身。命題程式碼既可以是心像的描述性程式碼,也可以是符號性程式碼,然後,就被重新轉換成語言和視覺程式碼,形成腦海中的心像。  功能等效假說認為,心理影象是「內部表徵」,其工作方式與對真實物體的實際感知相同。換句話說,當人們讀到「狗」這個詞的時候,腦海中浮現的狗的圖片會被解讀成人看著面前的狗的樣子。  為了劃定心像對應的特定神經關聯,已經進行多項研究,然而,研究顯示了許多結果。2001年之前發表的大多數研究表明,視覺心像的神經關聯發生在布羅德曼區第17區。聽覺心像則是在前運動區、楔前葉和內側布羅德曼區40區觀察到,通常發生在參與者的「<unk>葉人聲腦區」(temporal voice area,TVA),該區域允許自上向下的成像操作、處理和儲存聽覺功能。嗅覺心像研究顯示前梨狀皮質和後梨狀皮質的啟用; 擅於嗅覺心像的專家擁有更大量與嗅覺區域相關的灰質。觸覺心像發生於背外側前額葉、額下回、額回、島葉、中央溝前廻、額內回,並伴隨腹後內側核(ventral posteromedial nucleus,VPM)和殼核(半球啟用對應於想像的觸覺刺激位置)基底核的啟用。對味覺心像的研究揭示了前島葉、額島蓋和前額葉的啟用。對於某特定型式心像的新手,其灰質比與同型式心像的專家要少。對神經影像學研究的整合分析顯示,雙側背頂葉、內島葉和左額下回區域的腦活動顯著。  心像被認為與感知一起發生; 然而,感覺管道受體(sense modality recptor)受損的參與者有時可以執行該管道受體的心像。心像的神經科學已使用fMRI,利用心像的不同神經相關性產生的啟用,與看似無意識的個體進行交流,未來需要對低質量意識有進一步的研究。一項對切除枕葉的患者的研究發現,他們的視覺心像的水平區域縮小了。

  視覺心像是能夠建立心理表徵的能力,可表徵那些不在視野中的事物、人物、場所。這種能力對於解決問題的任務,記憶和空間推理至關重要。 神經科學家已經發現,心像和知覺共享許多相同的神經基質,或是共享知覺功能相近的腦區,例如視覺皮層和更高階的視覺區。斯蒂芬·科斯林及其同事(1999)表明早期視覺皮層17區和18/19區在視覺心像中被啟用。他們發現藉由重複經顱磁刺激(rTMS) 來抑制這些區域,這會導致視知覺和心像受損。此外,對患者的研究表明,視覺心像和視知覺具有相同的表徵組織。從感知受損的患者研究結論得知,其也在同水平的心理表徵下,經歷視覺心像缺陷。  貝爾曼(Behrmann)和他的同事描述了一個病人CK,他提供的證據挑戰了視覺心像和視知覺依賴於同一表徵系統的觀點。CK是一名33歲的患者,在交通意外後患上視覺物體失認症。這種缺陷使他無法識別並流暢地複製物體。令人驚訝的是,他從記憶中準確描繪物體的能力表明,他的視覺心像是正常完好的。此外,CK還成功地完成了其他需要視覺心像來判斷大小、形狀、顏色和組成的任務。這些發現與之前的研究相沖突,因為研究表明視覺心像和視知覺之間存在部分分離。CK表現出一種與視覺心像的相應缺陷無關的知覺缺陷,這表明這兩個過程的心理表徵系統可能並不完全由相同的神經基質介導。  施勒格爾(Schlegel)和他的同事對操作視覺心像過程中所啟用的區域進行了fMRI分析。他們確定了11個雙側皮層和皮層下區域,當處理視覺心像時,這些區域的啟用程度比僅僅維持心像時要高。這些區域包括枕葉和腹流區,兩個頂葉區域,後頂葉皮質和楔前葉,以及三個額葉區域,額葉眼動區,背外側前額葉和前額葉皮質。由於這些區域被懷疑與工作記憶和注意力有關,作者提出這些頂葉、前額葉和枕葉區域是網路的一部分,參與調節視覺心像的操作。這些結果表明,視覺心像是視覺區域中自上而下的啟用。  艾斯海(Ishai)等人利用動態因果模型(DCM)確定皮層網路的連通性,結果表明,用以中介視覺心像的網路是由前額葉皮層和後頂葉皮層活動所啟用的。從記憶中產生的物體導致前額葉和後頂葉區域的初始啟用,然後通過後向連線啟用早期的視覺區域。前額葉皮層和後頂葉皮層的啟用也參與了長期記憶中物體表徵的提取、工作記憶的維持,以及在視覺心像中的注意。因此,艾斯海等人認為中介視覺心像的網路是由後頂葉皮層和前額葉皮層產生的注意機制構成的。  視覺心像的生動性是個體完成心像任務所需能力的一個重要組成部分。視覺心像的生動性不僅在個體之間變化,也在個體之內變化。戴克斯特拉(Dijkstra)和他的同事發現,視覺心像生動性差異取決於視覺心像與視知覺之間神經基質的重疊程度。他們發現,在整個視覺皮層、楔前葉頂葉、右側頂葉和內側額葉的心像和感知之間的重疊,預示了心理表徵的生動程度。視覺區域以外的啟用區域被認為是驅動特定心像的過程,而不是與知覺共享的視覺過程。有人認為楔前葉從心像中選取重要的細節而有助於生動。在工作記憶和視覺心像的過程中,內側額葉皮層被懷疑參與了提取和整合來自頂葉和視覺區域資訊。右頂葉皮層在注意力、視覺檢查和穩定心理表徵方面似乎很重要。總之,視覺心像及知覺的神經基質在視覺皮層以外的區域有所重疊,而這些區域重疊程度與產生心像時的心理表徵生動度有關。

  通過實證,認知心理學家和認知神經科學家檢驗了一些「人類大腦是否以及如何在認知中使用心像」的哲學問題。  這些實驗中,其中一項被檢驗的理論是1970年代「大腦是序列計算機」的哲學比喻。心理學家芝農·派利夏恩認為,人類心智藉由將心像分解為潛在的數學命題來處理。 羅傑·謝潑德和傑奎琳·梅茨勒(Jacqueline Metzler)則挑戰了這觀點,他們展示了幾組由三維“塊狀物體”所繪成的二維線圖,其中一些第二張線圖是“第一個物體”的旋轉,接著要求受試者指出塊狀物體是否與第二張線圖相同。 謝潑德和梅茨勒提出,如同當時占主導地位的認知觀點「序列數字計算機 」所假設,如果我們將物體分解,在心理上將其重新成像為基本的數學命題,那麼可以預期「確定物體是否相同,所花費的時間」與「物體的旋轉程度」無關。結果謝潑德和梅茨勒發現了相反的情況:「心像任務中的旋轉程度與參與者得到答案所花費的時間之間,存線上性關係。」  心理旋轉的實驗結果意味著,人類的心智及大腦,以結構型態的和拓樸的(topographic and topological )整體型式維持和操縱心像。而心理學家很快就對這個涵義進行測試。斯蒂芬·科斯林和他的同事在一系列的神經成像實驗中表明,在人腦視覺皮層裡,類似字母「F」的物體,它們的心像如同物體一樣地對映、維持、旋轉。科斯林的工作也表明,想像刺激和感知刺激的神經對映十分相似。研究得出的結論是,雖然他們研究的神經過程依賴於數學和計算基礎,但大腦似乎也經過了優化,擅長處理一系列拓撲影象的數學計算,而非物體數學模型的計算。  近年來,神經學和神經心理學對心像的研究,進一步質疑了「心智是序列計算機」的理論,認為人的心像具有視覺化和動覺化的雙重表現。例如,幾項研究已經證明,人們在與人體關節不相容的方向上旋轉物體(例如手)的線圖時,速度較慢。而手臂疼痛、受傷的患者,當手的線圖從受傷的一側開始心理旋轉時,速度也會慢下來。  包括科斯林在內的一些心理學家認為,出現這種結果是因為大腦處理視覺心像和運動心像的系統不同,因此係統之間產生干擾。隨後的神經成像研究表明,當參與者實際操作三維塊狀物以黏出如線圖中所繪物體時,可誘匯出運動心像和視覺心像系統之間的干擾。阿莫林(Amorim)等人的研究表明,當謝潑德和梅茨勒的三維塊狀物的線圖中加入一個圓柱形的“頭”時,參與者解決心理旋轉問題的速度會更快、更準確。他們認為,運動的體現不僅僅只是抑制視覺心像的「干擾」,也能夠促進心像。  隨著認知神經科學對心像的研究不斷深入,研究的範圍從「序列與並行」或「拓樸處理」(topographic processing)的問題擴充套件到心像與知覺表徵之間的關係問題。大腦成像(fMRI和ERP)和對神經心理學患者的研究,都被用來驗證這樣一種假設:「即心像是從大腦表徵的記憶中重新啟用,而大腦表徵通常是在感知外部刺激時被啟用。」句話說,如果感知一個蘋果啟用了大腦視覺系統中的輪廓、位置、形狀和顏色表徵,那麼想像蘋果則使用儲存在記憶中的資訊,啟用了部分或所有這些相同的表徵。這一觀點的早期證據來自神經心理學。腦損傷會以特定的方式損害感知能力,例如通過破壞形狀或顏色表徵,但似乎也會以類似的方式損害心像。對正常人大腦功能的研究也支援這一結論,研究顯示,當受試者想像視覺的物體和場景時,大腦的視覺區域是會活動的。  關於心像的神經地位,前述所提以及大量相關的研究已在認知科學、心理學、神經科學、哲學產生相對共識。總而言之,研究人員一致認為,雖然大腦內沒有小人可以觀察這些心像,但我們的大腦確實會形成並維持心像為影象般的整體。這些影象究竟是如何在人腦中儲存和處理的,尤其在語言和交流中,這個問題仍是一個值得研究的領域。

  心像可以作為想像體驗的替代品 :想像某種體驗可以喚起類似的認知、生理、行為結果,就像是在現實擁有相應的體驗。目前至少記錄了四類這樣的效果。
心像(心理影象),在大多數情況下,類似感知某些物體、事件、場景,不過對感官而言,感知物件實際上並不存在。 有些時候,尤其是在入眠期和半醒(半意識)狀態下,這時的心像有著快速、變幻無常、不由自主的特點,因此會違背知覺,呈現千變萬化的場景,以致不能清楚辨識目標。 心像有時會與行為或想像的體驗,產生相同的效果。