SPM/血流动力学响应函数

一般来说，认知过程与神经元放电频率的增加有关。神经活动增加导致神经元代谢需求增加。神经活动的开始导致局部血管网络中一系列系统性的生理变化，包括脑组织单位脑血容量（CBV）的变化、脑血流速率（CBF）的变化以及氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度的变化。

有不同的 fMRI 技术可以捕捉到与上述血流动力学响应各个组成部分变化相对应的功能信号。最常见的功能成像信号是血氧水平依赖信号 (BOLD)，它主要对应于脱氧血红蛋白的浓度。简而言之，磁共振信号来自用射频脉冲激发氢核，并检测核返回低能态时发射的无线电波。脱氧血红蛋白的磁性与氧合血红蛋白不同 - 它是一种顺磁性物质，这意味着它会使微观域内的局部磁场不均匀。这将导致该域中核发射的信号发生去相位，在观察到的 MR 信号中造成相消干涉。在宏观域（即一个功能体素）中，脱氧血红蛋白含量越高，信号越弱。功能 BOLD 信号表现为 MR 信号的增加，对应于脱氧血红蛋白浓度的降低。脱氧血红蛋白浓度降低是因为神经活动后 CBF 的增加超过了氧摄取增加的影响。

为了估计实验范式中的 BOLD 信号，SPM 使用典型血流动力学响应函数 (HRF)。该函数被假定为系统（由 MR 信号反映）对短暂、强烈的脑神经刺激的响应。SPM HRF 如右图所示，表现出在 5 秒达到峰值的上升，随后是持续相当长一段时间的下冲（在 15 秒左右达到峰值）。该图的代码如下。

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

在此图中，y 轴为任意单位。绘制脉冲响应的一种常见方法是使用基线条件下百分比信号变化的单位。一个非常强大的刺激（例如闪烁的视觉刺激与无视觉刺激之间的对比）可能会在 BOLD 信号中产生 2%-4% 的变化。涉及更高层次认知过程的对比中观察到的变化通常要小得多。