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fMRI 技术就依据于血流的敏感性和血氧水平依赖性(BOLD)对比度增强原理。
所谓血氧水平依赖性是指人脑皮层的微血管中的血氧发生变化时，会引起局部磁
场发生均匀性变化，从而引起核磁共振信号强度的变化。它是含氧和去氧血红蛋
白有差异、神经活动引起的血流有变化、血氧浓度及代谢率有变化的综合机制。
血红蛋白（Hb）是磁敏感的：缺氧的 Hb是顺磁性的，它的出现会扭曲静态磁场，
产生T2 缩短效应。满氧的 Hb是抗磁性的，对质子弛豫没有影响。而当神经元不
兴奋时，缺氧血红蛋白含量增加，T2 加权像信号减低。当神经元兴奋时．电活
动使脑血流量显著增加，同时消耗氧也会增加，但增加幅度比较低。产生的综
合效应是局部血液氧含量增加．而去氧血红蛋白含量降低，对应的 T2 加权像信
号增强。总之，神经元兴奋能使得局部T2加权像增强，反过来就是 T2加权像信
号能放映局部神经元的活动，即 BOLD效应。
1.2.2 血液动力响应学生理机制
虽然神经活动、血流、血氧代谢之间的联系还未被完全了解，但以目前所知
的知识，血流动力学响应过程可以简要的描述如下：首先，当大脑开始执行一项
任务时，一些特定的脑皮层区域的神经活动增加，血氧代谢活动增加，氧和葡萄
糖的使用率也随之增加。在这个阶段，提供养分的毛细血管中的血氧含量减少 （一
些研究小组已经报告过在脑活动开始后的 500-2500ms，MR值会少量的减少） 。随
之，促血管膨胀的化合物的释放率增加。只要神经电活动仍然持续，这些化合物
就不断地进入毛细血管及小动脉，小动脉膨胀，小动脉及周围毛细血管床中的血
流增加，接着毛细血管也膨胀，活动组织的氧供应超过了实际需求，毛细血管中
的血氧含量增加，并通过小静脉排出这些过量的氧，导致脱氧血红蛋白含量的减
少，静脉床的血容量增加。如果增强的神经活动继续，血管和血氧代谢的改变在
1-3分钟后达到平衡。当神经活动返回到基线(baseline)状态后，血流也相继返
回到基线。 总之，BOLD效应满足血流动力响应学，典型的BOLD响应一般滞后于神经活
动 6-9 秒后到达高峰，并且在神经刺激停止后，需要 8-20 秒才能恢复到基线状
态[1]。Friston[2]
等人提出了一种血液动力学响应函数的参数化模型(如图 1．1
所示)，并以此建立 BOLD 效应模型。另一方面，由于血流、血容量、血氧代谢、
血管的空间分布等因素对 BOLD效应的影响，对于不同的个体，BOLD 响应曲线将
不同。而对于同一体，一个特定脑区域的 BOLD 响应曲线随时间改变不会很大，
但不同脑区域的BOLD 响应曲线却不同。 图1.3 血液动力学响应函数模型
1.2.3 功能核磁共振成像特点
(1)数据采集比较迅速，有效地时间分辨率大约为 1秒。成像速度快的优势是：
①精确追踪人脑活动的快速变化．减少被试头部移动等现象导致的成像不精
确等问题；②每一个扫描时段里能进行更多的扫描，采集更多的样本．从而
提高统计检验力和对信号的敏感程度，或者可以在同一扫描时段里进行不同
的任务，执行较为复杂的研究设计。
(2)能够获得较高的空间分辨率，目前可达到 1-2mm 的分辨率，高的空间分辨率
可以增加信号的精确性。
(3)具有无创性，且可以同时得到结构像和功能像，使解剖定位与功能定位的匹
配更精确。
(4)可对单个被试和病人进行重复的研究，且提供了灵活的认知实验模式的设计。