Bold-fMRI（血氧水平依赖功能磁共振成像）原理
因为要做医学图像相关工作设计此方面，需要补习一下基础知识，总是会忘记，所以在这里记录一下以便复习回顾。
核磁共振成像（MRI）
核磁共振成像，又称自旋成像、也称磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，简称MRI），是利用核磁共振（NMR）原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。
磁共振工作的基本原理在于两个重要因素：
- 磁场，即磁共振仪器产生的强大磁场，静磁场（用于将宏观磁矩为0的氢原子核调向）+梯度磁场（可测出任意位置）；
- 核，就是人体组织器官细胞内的氢原子核，因为人体大部分是水，包含氢原子多。
磁共振的工作原理简单的讲是被检查的组织细胞内氢原子核，在强大的射频磁场作用下发生了共振的现象，H质子吸收能量，纵向磁化量减小并产生横向磁化量，这个过程产生MR信号，当撤去射频脉冲后，质子又回到初始位置。不同组织的质子恢复的时间是不同的，因此，MRI信号强度受多种因素的影响，包括质子密度、T1弛豫时间、T2弛豫时间、扩散效应、磁化敏感效应和体内液体的流动等。这种现象通过磁共振仪器把共振的轨迹记录下来，再经过仪器内的高能电子计算机对数据重建，从而形成的磁共振影像用于临床诊断。
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血氧水平依赖功能磁共振成像（Bold-fMRI）
根据对比度的类型不同，MRI检查方法也包括了常规MRI检查、弥散成像（DWI）、扩散张量成像（DTI）、灌注加权成像（PWI）、血氧水平依赖脑功能成像（BOLD-fMRI）。其中，BOLD-fMRI描绘了由于任务诱导或自发调节神经代谢而导致的脱氧血红蛋白浓度的变化。
如何理解“任务诱导”、“自发调节”呢？这里举一个例子：
我们设想，当一个被试躺在磁共振中，观看一些面孔视觉刺激，那他负责面孔加工的脑区就处于一种活跃的状态。这时候在微观层面上，神经电活动增加，能耗和氧耗增加，从而引起该脑区的血流供应大量增加，进而影响该脑区的脑氧代谢率 (CMRO2) 上调。
由于生成能量的过程瞬间消耗了毛细血管附近组织的局部氧气储备，而产生了废物堆积，引起血管舒缩反应，导致这些血管扩张。脑血流量（CBF）增加，使氧供大于氧耗。因此，神经元激活时，该脑区内氧合血红蛋白（HbO2）相对去氧血红蛋白（Hb）的比例增加（如下图所示，这点非常重要）。成像的基础也正是局部组织氧合的这种大反弹。
为什么氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白比例的反转会有助于成像了？
fMRI 之所以能够检测到这种变化，是因为氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的顺磁特性存在根本差异。研究表明，这两种物质的磁化程度不同，氧合血红蛋白具有抗磁性，而去氧血红蛋白为顺磁性物质，这就会形成局部磁场梯度，导致这些不同物质内的氢质子会感受到不同的磁场强度，从而造成磁场的不均匀性，并促进了H质子的局部去相位。自旋H质子去相位的快慢决定了横向弛豫时间（T2）的长短。
T2长→横向磁化矢量消失得慢→MR信号高→图像更亮。
到这儿，我们就知道，当某脑区兴奋激活时，氧合血红蛋白远远高于脱氧血红蛋白，导致H质子的去相位速度减慢，延长了T2，那只要使用T2加权的成像序列就可以探测其改变，从而定位脑功能活动了。所以，我们经常听到的功能像其实指的也是T2像。
所以，fMRI不是直接测量神经元电活动，而是测量神经活动的间接后果（血流动力学反应）。一个短暂的外在刺激产生的局部BOLD响应称为血流动力学响应函数（HRF，如下图所示）。
在给出刺激大约5~8s的潜伏期后BOLD响应会达到峰值，且回到基线水平需要同样的时间，这是因为血红蛋白对去氧血红蛋白的比例短时增加，MR信号增强。但从这也可以看出，神经活动虽然是ms级别，但HRF响应非常缓慢，这也就体现了fMRI的特点——空间分辨率高，但时间分辨率低。而EEG的特点是时间分辨率高，空间分辨率低。所以，大家可根据自身的研究目的来选择合适的研究方法。