Το μαθηματικό άγχος αποτελεί έναν πολυδιάστατο γνωστικοσυναισθηματικό παράγοντα που επηρεάζει σημαντικά την ακαδημαϊκή επίδοση και το μαθησιακό προφίλ των μαθητών, ιδιαίτερα κατά την κρίσιμη μετάβαση από την πρωτοβάθμια στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση. Αν και υπάρχουν ποικίλες μέθοδοι αξιολόγησής του, αυτές βασίζονται κυρίως σε ερωτηματολόγια και υποκειμενικές αναφορές. Στην παρούσα εργασία προτείνεται ένα καινοτόμο ερευνητικό πλαίσιο αξιοποίησης του διακρανιακού υπέρηχου (Transcranial Doppler Sonography-TCD) για τη διερεύνηση των νευροφυσιολογικών ενδείξεων που συνδέονται με το μαθηματικό άγχος, μέσω της μέτρησης της αιματικής ροής σε εγκεφαλικές αρτηρίες κατά τη διάρκεια μαθησιακών δραστηριοτήτων ή/και φάσεων ηρεμίας. Στόχος είναι η αποτύπωση αντικειμενικών βιοδεικτών που θα επιτρέψουν την ανάπτυξη στοχευμένων παρεμβάσεων για την ενίσχυση της μαθησιακής εμπειρίας. Το άρθρο παρουσιάζει το θεωρητικό υπόβαθρο, προτείνει ερευνητικό σχεδιασμό και συζητά τις μελλοντικές εφαρμογές του TCD στην εκπαιδευτική πράξη.