نوروبیولوژی هنر‌درمانی در سرطان بر این فرض استوار است که فرایندهای خلاقانه هنری می‌توانند از طریق تعامل میان شبکه‌های عصبی مرتبط با هیجان، پاداش، توجه، خودتنظیمی و پردازش درد بر تجربه روانی و جسمانی بیمار اثر بگذارند. سرطان تنها یک بیماری جسمانی نیست، بلکه تشخیص، درمان، درد، خستگی، تغییرات ظاهری، عدم قطعیت و نگرانی درباره آینده می‌توانند سامانه‌های هیجانی و عصبی را به‌طور مداوم درگیر کنند. از دیدگاه علوم اعصاب، تجربه سرطان حاصل تعامل پیچیده میان فرایندهای حسی، شناختی، هیجانی و اجتماعی است و بنابراین مداخلات روان‌شناختی و هنری را می‌توان در چارچوب رویکردهای ذهن ـ بدن بررسی کرد.
هنر‌درمانی با استفاده از نقاشی، طراحی، کلاژ، موسیقی، مجسمه‌سازی، نوشتار خلاق و سایر فعالیت‌های هنری امکان برون‌ریزی و سازمان‌دهی تجربه‌های هیجانی را فراهم می‌کند. مبنای نظری این فرایند آن است که فعالیت هنری می‌تواند توجه فرد را از نشخوار فکری و تمرکز مداوم بر تهدید به سوی یک فعالیت هدفمند و قابل‌کنترل هدایت کند. این تغییر جهت توجه ممکن است با کاهش برانگیختگی هیجانی و تعدیل فعالیت شبکه‌های مرتبط با استرس همراه شود. در این میان، قشر پیش‌پیشانی در تنظیم شناختی هیجان، آمیگدال در پردازش تهدید و اهمیت هیجانی، اینسولا در ادراک وضعیت درونی بدن و شبکه‌های مرتبط با پاداش در تجربه لذت و انگیزش نقش دارند.
یکی از سازوکارهای مهم هنر‌درمانی، تقویت تنظیم هیجان است. بیمار مبتلا به سرطان ممکن است با ترس، خشم، غم، درماندگی یا اضطراب درباره آینده مواجه باشد و نتواند این هیجان‌ها را به‌صورت کلامی بیان کند. فعالیت هنری می‌تواند به فرد اجازه دهد تجربه هیجانی خود را به شکل نمادین و غیرکلامی بازنمایی کند. از منظر عصب‌شناختی، تبدیل تجربه مبهم و شدید هیجانی به یک محصول قابل مشاهده می‌تواند به فرایند فاصله‌گیری شناختی، نام‌گذاری هیجان و بازسازمان‌دهی تجربه کمک کند و در تعامل با کارکردهای قشر پیش‌پیشانی، کنترل شناختی هیجان را تسهیل سازد.
شبکه پاداش نیز در این فرایند اهمیت دارد. تجربه خلق یک تصویر، انتخاب رنگ، تکمیل یک اثر یا دریافت بازخورد مثبت می‌تواند احساس موفقیت، لذت و عاملیت ایجاد کند. در بیماران سرطانی که ممکن است به دلیل بیماری و درمان احساس از دست دادن کنترل داشته باشند، تجربه انتخاب و خلق کردن می‌تواند احساس خودکارآمدی را تقویت کند. سیستم‌های دوپامینرژیک مرتبط با انگیزش و پاداش در این زمینه اهمیت نظری دارند، هرچند میزان و شکل فعال‌شدن این سامانه‌ها در هنر‌درمانی به نوع فعالیت، وضعیت فرد و شرایط درمان وابسته است و نباید به‌صورت قطعی به یک مسیر عصبی خاص نسبت داده شود.
پردازش درد یکی دیگر از محورهای مهم نوروبیولوژی هنر‌درمانی در سرطان است. درد سرطان صرفاً حاصل تحریک گیرنده‌های درد نیست، بلکه شبکه‌های حسی، هیجانی و شناختی در تجربه آن مشارکت دارند. قشر حسی ـ پیکری، اینسولا، قشر کمربندی قدامی و ساختارهای مرتبط با تنظیم شناختی می‌توانند در ابعاد مختلف تجربه درد نقش داشته باشند. فعالیت هنری با افزایش توجه انتخابی، ایجاد درگیری ذهنی و کاهش تمرکز بر محرک دردناک ممکن است ادراک درد و رنج ناشی از آن را تعدیل کند. در اینجا باید میان کاهش شدت محرک درد و کاهش رنج یا ناراحتی ناشی از درد تمایز قائل شد؛ هنر‌درمانی لزوماً علت زیستی درد را برطرف نمی‌کند، اما ممکن است تجربه ذهنی و هیجانی آن را تغییر دهد.
شواهد پژوهشی در حوزه سرطان نشان داده‌اند که مداخلات هنری می‌توانند با کاهش برخی شاخص‌های اضطراب، افسردگی، پریشانی و بهبود کیفیت زندگی همراه باشند. مطالعات انجام‌شده درباره هنر‌درمانی، موسیقی‌درمانی و مداخلات خلاقانه در جمعیت‌های مبتلا به سرطان، از ظرفیت این روش‌ها برای کاهش پریشانی و افزایش آرامش حمایت کرده‌اند، هرچند کیفیت مطالعات، نوع مداخله، مدت درمان و ابزارهای سنجش در پژوهش‌ها متفاوت بوده است. برخی مطالعات عصب‌شناختی در جمعیت‌های مختلف نیز نشان داده‌اند که فعالیت‌های موسیقایی و هنری می‌توانند شبکه‌های گسترده‌ای از پردازش هیجانی، توجه، حافظه و پاداش را درگیر کنند، اما تعمیم مستقیم این یافته‌ها به همه بیماران سرطانی نیازمند احتیاط است.
در حوزه درد نیز پژوهش‌های مربوط به مداخلات هنری و موسیقی‌محور از امکان کاهش ادراک درد، اضطراب مرتبط با درد و نیاز به برخی مداخلات دارویی حمایتی گزارش کرده‌اند، اما نتایج کاملاً یکنواخت نیستند. تفاوت در نوع سرطان، مرحله بیماری، درمان‌های هم‌زمان، شدت درد، ویژگی‌های فردی و نوع مداخله هنری می‌تواند نتایج را تغییر دهد. بنابراین، شواهد موجود بیشتر از هنر‌درمانی به‌عنوان یک مداخله مکمل حمایت می‌کنند تا جایگزینی برای درمان‌های پزشکی و کنترل استاندارد درد.
از نظر کاربرد بالینی، هنر‌درمانی می‌تواند در بخش‌های انکولوژی، مراکز شیمی‌درمانی، واحدهای مراقبت تسکینی، برنامه‌های بازتوانی و خدمات روان‌شناختی سرطان مورد استفاده قرار گیرد. نقاشی می‌تواند برای بیان ترس و تجربه بدنی بیماری، موسیقی برای تنظیم برانگیختگی و ایجاد آرامش، نوشتار خلاق برای معناپردازی تجربه بیماری و کلاژ برای بازسازی تصویر ذهنی از خود به کار رود. در بیماران دارای تغییرات ظاهری ناشی از جراحی یا درمان، هنرهای تجسمی می‌توانند به بازتعریف تصویر بدنی و هویت کمک کنند.
در سایکوآنکولوژی، هنر‌درمانی می‌تواند در کنار ارزیابی پریشانی، مداخلات شناختی ـ رفتاری، درمان‌های مبتنی بر پذیرش و تعهد، ذهن‌آگاهی و حمایت روانی ـ اجتماعی قرار گیرد. هدف اصلی آن باید متناسب با نیاز بیمار تعیین شود و می‌تواند شامل کاهش پریشانی، افزایش بیان هیجانی، تقویت احساس کنترل، بهبود ارتباط با خانواده و افزایش مشارکت در فرایند درمان باشد. استفاده از هنر به‌ویژه برای بیمارانی که بیان کلامی هیجان برای آنان دشوار است، ظرفیت قابل‌توجهی دارد.
با وجود این ظرفیت، چالش‌های علمی و بالینی متعددی وجود دارد. یکی از مهم‌ترین محدودیت‌ها ناهمگونی روش‌های هنر‌درمانی است؛ زیرا نقاشی‌درمانی، موسیقی‌درمانی، نوشتاردرمانی و سایر روش‌ها سازوکارها و شدت مداخله یکسانی ندارند. همچنین بسیاری از مطالعات حجم نمونه محدود، دوره پیگیری کوتاه یا گروه‌های کنترل متفاوت دارند. در نتیجه، نمی‌توان همه تغییرات مشاهده‌شده را مستقیماً به تغییرات عصبی نسبت داد. دشواری اندازه‌گیری مستقیم فعالیت مغز در محیط‌های بالینی نیز یکی از محدودیت‌های مهم پژوهش‌های نوروبیولوژیک هنر‌درمانی است.
از سوی دیگر، عواملی مانند خستگی، تهوع، درد، داروهای ضدسرطان، اختلال خواب، وضعیت شناختی و شرایط روانی بیمار می‌توانند بر مشارکت در فعالیت هنری اثر بگذارند. بنابراین، اجرای مداخله باید انعطاف‌پذیر و متناسب با توان جسمانی و روانی بیمار باشد. همچنین هنر‌درمانی نباید به‌عنوان روشی که به‌تنهایی قادر به درمان سرطان یا جایگزینی درمان پزشکی است معرفی شود؛ بلکه جایگاه منطقی آن در چارچوب مراقبت جامع و مکمل سرطان تعریف می‌شود.
برای توسعه این حوزه، انجام مطالعات تصادفی‌سازی‌شده با حجم نمونه کافی، گروه کنترل مناسب و دوره پیگیری طولانی‌تر ضروری است. پژوهش‌های آینده می‌توانند از روش‌هایی مانند تصویربرداری عملکردی مغز، الکتروانسفالوگرافی، سنجش شاخص‌های فیزیولوژیک استرس و ارزیابی‌های دقیق درد و هیجان برای بررسی سازوکارهای عصبی استفاده کنند. همچنین مقایسه انواع مختلف هنر‌درمانی و بررسی تفاوت پاسخ بیماران بر اساس نوع سرطان، مرحله بیماری و ویژگی‌های روان‌شناختی می‌تواند به شخصی‌سازی مداخلات کمک کند.نوروبیولوژی هنر‌درمانی در سرطان حوزه‌ای میان‌رشته‌ای در مرز علوم اعصاب، روان‌شناسی، هنر‌درمانی و انکولوژی است که می‌تواند درک دقیق‌تری از ارتباط مغز، هیجان، پاداش و درد فراهم کند و زمینه را برای طراحی مداخلات مکمل، فردمحور و مبتنی بر شواهد در مراقبت روانی ـ اجتماعی بیماران مبتلا به سرطان گسترش دهد.