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과학 경찰 연구소 법의 제9연구실, 통칭 '제9'는 강력, 중대 범죄에서 피해자나 범인이 사망했을 때 뇌를 특수한 MRI 스캐너에 넣어서 생전의 기억을 영상화하는 'MRI 수사'를 진행하는 부서이자 기밀 조직이다. 경이로운 기억력과 날카로운 통찰력을 가진 마키는 제9의 실장으로 임명되어 대학 시절부터의 친구이자 부실장을 담당하게 된 스즈키와 함께 새로운 일을 맡게 된다. 제9에 처음으로 들어온 사형수의 뇌를 스캔해서 진상을 알아내던 도중 놀라운 사실이 드러나는데...

마키가 존경하는 뇌 과학자이자 스승인 카이누마 교수가 자택에서 스스로 목숨을 끊었다. 병 때문에 이런 선택을 했다는 것을 뒤늦게 알고, 마키는 카이누마의 용태를 눈치채지 못한 것을 후회한다. 제9를 위해 마지막까지 자신을 활용해 달라는 유언을 받들어, 스즈키가 카이누마의 뇌를 MRI로 볼 것을 약속한다. 유언장에 마키는 자신의 MRI를 보지 말아 달라는 부탁이 있었기에 마키를 제외한 모든 수사원이 카이누마의 뇌 속 기억을 보기 시작하는데...

카이누마가 소년 28명을 죽인 살인범이었다는 충격적인 사실이 밝혀진다. 보는 사람마저 광기의 세계로 끌어들이는 카이누마의 끔찍한 뇌 MRI 영상을 마지막까지 지켜본 스즈키는 그 데이터를 파괴한 후 스스로 목숨을 끊으려다 절친인 마키의 손에 사망한다. 그 일 이후 3년 만에 새로운 신입이 제9에 배속된다. 유능한 수사관인 마키를 동경해서 제9에 들어왔다는 신입, 아오키의 얼굴을 보자마자 마키는 말을 잃고 마는데...

어느 사설 철도 연선에서, 3명의 남녀가 연달아 누군가에게 살해되는 일이 발생한다. 연쇄 살인 사건의 양상을 띠기 시작했기에 제9에서 수사를 담당해, 피해자의 뇌를 살펴본다. 그러자 사망한 3명은 출근, 통학하는 길에 같은 전철을 이용하는 사람들이었고, 그 전철에서 1주일 전 사건이 일어났다는 것을 알게 되었다. 출근 시간의 만원 전철 차내에서 약사 사토나카 쿄코가 칼에 찔려 사망한 사건으로, 지금도 범인이 잡히기는커녕 목격자도 나타나지 않아 수사는 난항을 겪고 있었는데...

만원 전철에서 일어났음에도 불구하고 목격자가 한 사람도 나타나지 않는 약사 살인 사건, 그 전철에 탑승했던 승객들이 차례로 살해당하는 연쇄 살인 사건, 그리고 승객들의 손톱에 이상 현상이 나타나는 바이러스와 관련된 생물학 테러 의심 사건. 마키는 세 가지 사건이 우연히 동시에 일어나고 있을 수도 있다는 가능성을 제시한다. 그러던 도중 유키코는 부검 과정에서 우연히 바이러스에 감염되고, 치료법이 없다는 사실을 알면서도 감염자의 시신 부검을 자신이 전부 담당하겠다고 선언하는데...

유키코가 근무하는 법의학 제1연구실에 철거된 단지 터에서 발견된 시랍화 시신이 들어온다. 온도가 낮고 습도가 높으며 공기와 접촉하지 않는 특수한 환경 속에서 밀랍처럼 변해 생전의 모습을 유지하고 있는 시신은 유키코의 판단에 따르면 20~25년 전에 매장된 것이라고 한다. 하복부에 찔린 상처가 다수 집중되어 있는 잔인한 수단으로 살해당한 시신이기에 유키코는 ‘제9’에서 뇌를 살펴보고 수사해야 한다는 의견을 전하지만, 마키는 유키코의 제안을 고집스럽게 거부하는데...

센도 외무대신의 외동딸 사키가 납치를 당했다. 경찰은 용의자로 추정되는 사나에의 자택에 돌입하지만, 사나에는 현장에서 사망. 사키의 행방을 알아낼 수 없게 된 납치 사건은 최악의 전개를 맞이하고, ‘제9’가 사나에의 뇌를 MRI로 스캔해 사키가 마지막으로 있었던 위치를 파악하려 시도한다. 사나에의 MRI 영상에는 어떤 항구의 컨테이너 안에 기절한 채 누워 있는 여고생에게 약간의 물과 식량을 남겨두고 문을 잠근 후 떠나가는 모습이 담겨 있었는데...

센도 외무대신은 국제 화물선의 컨테이너 안에 납치, 감금당한 소녀가 자신의 딸 사키가 아니라는 것이 판명되자마자 해양경찰청의 구조를 중단시킨다. 마키는 ‘제9’의 MRI 수사를 역이용한 아와지의 범행, 센도 대신의 비겁한 행동에 분노하면서도 어째서 일부러 전혀 다른 소녀를 사키처럼 꾸며내서 대역을 만들어낸 것인지 그 진의를 파악하지 못하고 있었다. 한편, 병실에서 센도와 직접 마주하게 된 아와지는 자신이 계속해서 살아 있는 한 결코 뇌를 꺼내어 볼 수 없을 것이라며 도발하는데...

제9의 MRI 영상 저장 서버에 누군가 침입하려 했던 흔적이 발견된다. 침입 시도에 사용된 것은 '카이누마 사건' 발생 전, 스즈키와 다른 수사관들이 살아 있던 시절에 사용하던 옛날 패스워드. 게다가 이 사실을 알게 된 마키가 조사를 위해 주차장으로 향하자 자동차에 설치되어 있던 폭탄이 폭발한다. 간발의 차로 큰 부상은 면했지만, 명백하게 마키를 타깃으로 삼은 공격에 제9 멤버들은 동요한다. 그중에서도 아오키와 오카베는 누군가가 마키만이 알고 있는 '비밀'을 노리고 있다고 생각하는데...

아오키의 누나 와카코가 남편과 함께 자택에서 살해당하는 사건이 발생, 부부의 뇌는 제9에서 MRI 스캔을 진행하게 된다. 장례식에서 뇌를 적출한 흉터가 남아 버린 누나의 시신을 본 아오키는, 지금까지의 수사에서 자신이 사람의 죽음을 이용해 왔기 때문이라며 누나의 시신 앞에서 통곡한다. 조문을 온 제9 수사관들과 마키에게 자신을 '부부 살인 사건'의 수사에서 제외하지 말아 달라고 간청하는 아오키였지만, 이를 들은 어머니 치에는 격분하며 자신의 아들에게 달려드는데...

제9에 복귀한 타키모토는 끝없이 아오키를 포함한 부하들의 목숨으로 마키를 협박한다. 이에 굴복한 마키는 결국 엄중히 보관되어 있던 레벨 5의 데이터를 무단으로 반출해 달아난다. 경찰이 마키를 향해 발포 허가를 내리자, 마키가 생명의 위협을 받고 있다는 것을 눈치챈 아오키는 오카베의 저지를 뿌리치고 뛰쳐나간다. 스즈키가 살아 있던 시절, 유키코와 마키 세 사람이 함께 방문했던 곳에 마키가 있을 거라는 확신을 가지고 스즈키는 그 장소를 향해 달려가는데...