自20世纪90年代早期发展以来，功能磁共振成像在科学界掀起了一场风暴，这种增长很容易从PubMed生物医学文献数据库中提到这项技术的几篇论文的情节中看出来，如图1.1所示。回到1996年，坐下来在一周内阅读完整的功能磁共振成像文献是可能的，而现在阅读前一周发表的所有功能磁共振成像论文几乎是不可能的！引起这种兴趣的原因是，与正电子发射断层扫描(PET)等以前的方法相比，fMRI提供了前所未有的安全和非侵入性的脑活动成像能力，具有非常好的空间分辨率和相对良好的时间分辨率。
1.1 自1992年以来，PubMed数据库中每年与查询[“fMRI”或“Functional MRI”或“Functional磁共振成像”]匹配的引文数量的曲线图
1. 血流量与神经元活动
最常见的功能磁共振成像方法是利用这样一个事实，即当大脑中的神经元变得活跃时，流经该区域的血液量会增加。这一现象早在100多年前就已为人所知，尽管人们对导致这种现象的机制只有部分了解。特别有趣的是，输送到该地区的血液量超过了细胞活动所需的氧气补充量。因此，神经元活动引起的与活动相关的血流量增加导致局部血氧相对过剩。在功能磁共振成像中测量的信号依赖于氧合的这种变化，被称为血氧水平依赖的信号，或BOLD信号。
图1.2显示了所谓的血流动力学反应的一个例子，即短暂的神经元活动后的血流量增加。有两个关于血流动力学反应的事实构成了BOLD功能磁共振成像的基本特征，并决定了必须如何分析数据。首先，血液动力学反应缓慢；虽然神经元活动可能只持续几毫秒，但随之而来的血流量增加需要大约5秒才能达到最大值。这一峰值之后是低射，至少在15-20秒内不会完全恢复到基线。其次，在一次近似下，血流动力学响应可视为线性时不变系统(Cohen, 1997; Boynton et al., 1996; Dale,1999)。本质上，其想法是通过累加一串较短的活动反应的转换版本来确定一长串神经元活动的反应。这种线性关系使得可以使用卷积的数学运算来创建一个简单的统计模型，该模型描述血液动力学信号的时程，在给定的神经元活动的某些特定时程下，这是可以预期的。
2. 磁共振成像
磁共振成像(MRI)令人难以置信的能力怎么夸大都不为过。在不到10分钟的时间内，就可以以完全安全且无创的方式获得与验尸质量相媲美的人脑图像。在MRI发展之前，成像主要依赖于电离辐射的使用(如X射线、计算机断层扫描和正电子发射断层扫描)。除了对辐射的安全担忧外，这些技术都不能提供像MRI可以测量广泛组织特征一样的灵活性。因此，在20世纪80年代，MRI作为一种标准的医学成像工具，导致了一场看到能够人体内部的革命。
1.2 显示500ms对比度反转的棋盘所引起的V1区血流动力学反应的一个例子。这四条不同的线是来自四个不同个人的数据，表明这些反应在不同的人之间可能会有多大的差异。MRI信号每隔250ms测量一次，这解释了这些图表的噪声。(数据由明尼苏达大学Stephen Engel提供)
以上内容来自《Handbook of functional MRI Data Analysis》。
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