近年来，影像技术的发展使我们对大脑创伤性记忆下的工作机制有了更深的认识。研究发现，参与创伤性记忆的脑区十分广泛，如Rauch等（1996）对8位有不同创伤经历的当事人（如其中一位女性，因为闯红灯而造成了车上孩子们的死亡）进行研究。通过朗读创伤故事（事故现场记录）引发创伤回忆，再通过PET研究在大脑的哪些区域葡萄糖的消耗量增加，并把这一任务下的结果和阅读日常生活流水账相比较。结果显示，对创伤性事件回忆的激活部分基本上都在右脑的边缘系统和边缘旁系，如情感信息加工相关的脑区杏仁核、脑岛以及右侧视皮层，而左下额叶和颞叶中部的激活显著下降。
Shin等用PET对患和不患PTSD的“越战”老兵进行研究，让他们分别观看和想象中性的、负性的和战争相关的图片。结果发现，想象战争相关的图片时，患有PTSD的被试在腹侧前扣带回和右侧杏仁核血流增加；而观看战争相关的图片时，患有PTSD的被试的布洛卡区血流减低。这提示，腹侧前扣带回和右侧杏仁核在患有PTSD的老兵想象战争相关的情景时起着重要作用，也说明重新体验创伤往往会卷入情感和视觉想象过程，同时减弱语言功能。类似的又如，利用单光子发射计算机断层显像技术（SPECT）分析，将PTSD患者在一般生活事件和相关创伤事件刺激前后局部的脑血流量改变进行对比，结果发现，一般生活事件下患者局部的脑血流量改变不明显，而在创伤信息刺激后，杏仁核、岛状结构、颞中回和双侧视觉皮质的局部脑血流量均有增加，而左侧的额叶和颞下回局部脑血流量则明显减少。
可以看出，前额叶在创伤性记忆中表现为功能降低。我们知道，前额叶对记忆功能起着重要的调节作用。前额叶的损伤可以造成对创伤性记忆闯入的控制障碍，也就是说，当事人无法控制自己不去想创伤的情景，而且也不能根据环境变化及时地协调自己的情绪。而有研究发现，PTSD患者的前扣带回皮层比正常个体的体积要小，和陈述性记忆密切相关的结构——海马的体积也可能发生变化，如经历创伤后缩小。
有研究发现，无PTSD症状的“越战”老兵和健康成人相比，头部MRI显示，“越战”老兵左右两侧海马分别缩小了26%和22%。但也有研究者认为，海马内可能存在着PTSD易感因素，比如，PTSD病人中神经发育畸形人群发病率要高于创伤后无障碍人群。综上所述，在创伤发生时，伴随PTSD的形成，大脑以前额叶、海马、杏仁核为主的很多功能结构都卷入了创伤的加工。这提示我们，创伤性记忆对大脑的影响具有广泛性。
谭红和施琪嘉（2005）通过单光子发射计算机断层显像技术（SPECT）分析了PTSD患者在一般生活事件和相关创伤事件刺激前后局部脑血流的改变，并研究其创伤记忆的提取过程。结果表明，静态患者局部的血流量改变不明显，而在创伤信息刺激后的检查结果显示，相当于杏仁核部位、岛状结构、颞叶中回、双侧视皮质的局部脑血流均有增加。创伤信息刺激后局部脑血流比值：杏仁核左、右分别为0.92依0.08、0.98依0.08，海马左、右分别为0.66依0.64、0.76依0.08，丘脑左、右分别为0.79依0.31、0.81依0.45，顶叶左、右分别为1.25依0.26、0.96依0.41，枕叶左、右分别为1.20依0.64、1.18依0.23，颞叶左、右分别为1.12依0.23、0.92依0.09，与一般刺激后局部脑血流比值比较有显著差异（p＜0.05），而左侧的额叶区和颞下回局部脑血流量则明显降低。
施琪嘉等人（2005）又探讨了PTSD患者在大脑不同区域的特异性改变与闪回性记忆及分离状态产生的相互关系。对一例PTSD的患者进行刺激前后及快速眼动脱敏与再加工后的头部单光子发射计算机断层扫描技术检查，结果显示，右侧颞叶、脑岛区血流量略高于左侧，差异达到显著性水平（p＜0.05），右枕叶血流也明显高于左侧。据此得出结论：PTSD患者不同的大脑血流分布具有特征性改变，该患者过去的创伤性情景迄今仍在影响着患者的思维和行为，患者仍有许多不能表达的隐性记忆未得到处理。
6.3.1 心理创伤性记忆与海马
海马是一个中颞叶结构，对稳定的陈述性记忆（在人类）和空间记忆（在啮齿类）的形成是必需的。对人类和动物的大量研究显示，应激和应激激素可导致海马神经元树突形态学的改变和抑制神经的发生，加速海马神经细胞的死亡，进而广泛地影响认知和学习过程，损害海马依赖性的记忆，如PTSD患者有海马的萎缩，而且和海马依赖性记忆缺陷明显相关。暴露于应激或给予应激水平皮质酮的动物的空间记忆会受到损害，皮质酮水平升高的转基因鼠同样伴有空间记忆的损害。动物实验还表明，应激诱发多种海马依赖性认知作业完成能力的不足，包括水迷宫、放射状迷宫、目标识别作业。
6.3.2 心理创伤性记忆与杏仁核
大量证据表明，杏仁核对应激相关的记忆损害有重要影响，尤其是对闯入性记忆以及调节海马的记忆功能的影响更大，表现在杏仁核部位受损的病人身上，即与情绪有关的记忆受到影响而非情感性记忆正常。PET研究表明，观看情绪性电影时右侧杏仁核活性增加，而观看中性电影时却无此变化。注射激活肾上腺素系统的育亨宾（yohimbine）或乳酸盐，除了可诱使PTSD患者情绪麻木、惊恐发作外，还可使患者出现闯入性记忆和闪回症状。在经历了战争的退伍军人和童年受虐待的女性的PTSD患者中，f MRI发现杏仁核的活性与创伤性事件的再暴露呈正相关。研究还发现，杏仁核与惊跳反射有关。f MRI发现，恐惧性条件反射可增加动物杏仁核的活性；刺激杏仁核中央核可促进听觉的惊跳反应；而毁损杏仁核中央核则阻断恐惧性惊跳的形成。单侧颞叶（包括杏仁核）切除的病人条件性恐惧反射的形成受损，而陈述性记忆不受损害。这表明，杏仁核与非陈述性的情绪性记忆有特殊关系。因此，杏仁核的功能损害可能促进了PTSD病人的恐惧性条件反射的形成和增强了重新暴露于创伤性事件时的躯体反应。
杏仁体通过直接和间接的途径与海马区域相联系，从而影响海马功能。基于以上研究结果，Jeansok提出了描述应激影响杏仁核—海马功能的神经—内分泌相互作用的系统模型。去甲肾上腺素系统是影响杏仁核强化情绪相关事件记忆痕迹形成的重要神经物质，而且具有浓度依赖性。阻滞肾上腺素茁受体的药物（如心得安）可以减少情绪有关事件的回忆（但对中性事件的回忆无影响），提示脑内肾上腺素受体的激活可促进情绪相关事件的编码。一些研究表明，情绪性事件记忆的增强效应与杏仁核内茁肾上腺素受体的活性增加有关，损害这个区域可以阻滞记忆的增强效应。在经历了战争的退伍军人PTSD患者中，24小时尿中的肾上腺素分泌与闯入性记忆呈正相关。因为应激事件的体验伴有肾上腺素的释放，而创伤性记忆的重现也伴有肾上腺素的释放，可能进一步加深了创伤性记忆的痕迹。这个正向作用的反馈环节导致的记忆加深在PTSD患者身上表现为很难抹去的闯入性重现和闪回。
6.3.3 心理创伤性记忆与前额叶皮质
前额叶是指导工作记忆的行为区域。前额叶抑制不当的认知和情绪反应或散乱的刺激，因此促进组织行为的有效计划和执行。应激环境的暴露可增加前额叶儿茶酚胺的释放，这些单胺类的效应可以解释为什么应激的人很难保持注意力，容易分心，且记忆受到损害。因此，前额叶功能失调可能是PTSD病人工作记忆缺损的原因。也有一些证据表明，前额叶中央部位通过抑制杏仁核的活性，可能调节与特殊记忆有关的情绪反应。例如，前额叶损害的鼠在恐惧性条件反射形成后不能消退，而无前额叶损害时却很容易消退。在人类身上也发现，前额叶的损害会导致情感调节功能的下降，如在社交情境中不能很好地整合情绪反应以正确表达。神经影像学研究表明，前额叶中央部的功能失调可能部分与恐惧性条件反射不能消退有关，如童年性虐待的PTSD病人面对创伤性画面时，前额叶中央部的功能活动下降。前额叶功能下降可能与PTSD病人不能抑制闯入性记忆有关。前额叶功能下降和杏仁核活性增加，都可能是PTSD病人对创伤性事件具有敏感素质的基础。
海马、杏仁核、前额叶等脑区可塑性的变化都会对创伤性记忆产生影响。海马更可能与创伤性记忆的遗忘、普遍的记忆功能损害有关，杏仁核则更多的可能与创伤性记忆的不易清除有关。许多神经内分泌物质都参与了这个病理过程，其中肾上腺皮质激素是最重要的物质，肾上腺素对记忆痕迹的加深有短期的效应，而可的松则对记忆痕迹的消退有长期的抑制效应。此外，有些特殊的创伤性事件可能与特殊的症状有关。如有研究发现，童年受父母或照料者虐待的比不知施虐者身份的个体更易出现遗忘症状。另外，与“丧失”有关的创伤性事件，如失去了亲人，则可能易导致与可的松有关的记忆障碍；而与“防御”有关的创伤性事件，如战争，则可能易导致与肾上腺素有关的记忆障碍症状，如闯入性症状和闪回等。
