SPM/血流動力學響應函式

一般來說，認知過程與神經元放電頻率的增加有關。神經活動增加導致神經元代謝需求增加。神經活動的開始導致區域性血管網路中一系列系統性的生理變化，包括腦組織單位腦血容量（CBV）的變化、腦血流速率（CBF）的變化以及氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白濃度的變化。

有不同的 fMRI 技術可以捕捉到與上述血流動力學響應各個組成部分變化相對應的功能訊號。最常見的功能成像訊號是血氧水平依賴訊號 (BOLD)，它主要對應於脫氧血紅蛋白的濃度。簡而言之，磁共振訊號來自用射頻脈衝激發氫核，並檢測核返回低能態時發射的無線電波。脫氧血紅蛋白的磁性與氧合血紅蛋白不同 - 它是一種順磁性物質，這意味著它會使微觀域內的區域性磁場不均勻。這將導致該域中核發射的訊號發生去相位，在觀察到的 MR 訊號中造成相消干涉。在宏觀域（即一個功能體素）中，脫氧血紅蛋白含量越高，訊號越弱。功能 BOLD 訊號表現為 MR 訊號的增加，對應於脫氧血紅蛋白濃度的降低。脫氧血紅蛋白濃度降低是因為神經活動後 CBF 的增加超過了氧攝取增加的影響。

為了估計實驗正規化中的 BOLD 訊號，SPM 使用典型血流動力學響應函式 (HRF)。該函式被假定為系統（由 MR 訊號反映）對短暫、強烈的腦神經刺激的響應。SPM HRF 如右圖所示，表現出在 5 秒達到峰值的上升，隨後是持續相當長一段時間的下衝（在 15 秒左右達到峰值）。該圖的程式碼如下。

>> RT = 0.5; hrf = spm_hrf(RT); plot(0:RT:32, hrf);

在此圖中，y 軸為任意單位。繪製脈衝響應的一種常見方法是使用基線條件下百分比訊號變化的單位。一個非常強大的刺激（例如閃爍的視覺刺激與無視覺刺激之間的對比）可能會在 BOLD 訊號中產生 2%-4% 的變化。涉及更高層次認知過程的對比中觀察到的變化通常要小得多。