אף שבמבט ראשון הם עשויים להיראות זהים, מוחם של אנשים עם תכונות פסיכופתיות ושל אנשים ללא תכונות כאלה שונה באופן שבו הוא מתפקד. הדבר הוכח במחקרים מדעיים שונים באמצעות סריקות המאפשרות לצפות בפעילות המוח ובקשרים בין אזורים מסוימים.
אחד ההבדלים העיקריים שנחקרו נמצא בקליפת המוח הקדם־מצחית, אזור הממוקם מאחורי המצח ומשתתף בוויסות רגשות, בשליטה בדחפים ובקבלת החלטות. שינויים זוהו גם באמיגדלה, מבנה מוחי מרכזי בעיבוד רגשות כמו פחד ובקבלת החלטות.
אחת הדוגמאות המפתיעות ביותר למחקר הזה התרחשה בשנת 2005, כשג’יימס פאלון, מדען מוח מאוניברסיטת קליפורניה, אירוויין, בחן סריקות מוח במסגרת מחקרו על התנהגות אלימה.
כשעבר על התמונות, הוא הבחין במוח שהציג פעילות מופחתת במידה ניכרת באזורים מסוימים בחלק הקדמי, במיוחד באזורים הקשורים לוויסות רגשי ולשליטה בדחפים.
מה שפאלון לא ציפה לו הוא לגלות שהמוח היה שלו עצמו.
החוקר כלל תמונות של משפחתו במחקר, וכשעבר על התוצאות בלי לדעת מי היו המשתתפים, זיהה דפוס מוחי שקישר לפסיכופתיה. כשבדק של מי הייתה הסריקה, גילה שהוא מסתכל על מוחו שלו.
ההפתעה הייתה גדולה עוד יותר כשהשווה אותו לתמונות של אשתו וילדיו, שהציגו דפוסי פעילות שונים.
עם זאת, הייתה סתירה חשובה: פאלון לא היה רוצח ולא פיתח היסטוריה של אלימות פלילית.
מדען המוח עצמו ייחס חלק מההבדל הזה לאופן שבו גדל. הוא הסביר שגדל בסביבה משפחתית חמה ויציבה, שלדעתו הייתה חיונית להבנת הסיבה לכך שהתנהגותו הייתה שונה מזו של חלק מהאנשים שאת מוחם חקר.
סיפורו מעלה שאלה שמדענים מנסים להשיב עליה כבר עשרות שנים: עד כמה הביולוגיה משפיעה על האישיות שלנו, ועד כמה היא תלויה בסביבה שבה אנו גדלים?