fMRI的原理同PET相似，当静止的神经元（如上左图）变成活跃的神经元（如上右图）时，通向它们的血流量增多，进入该神经元的放射性标记物也增加。 fMRI通过测量各个部位的放射量即可知道各部位的血流量，从而得知哪些部位的神经元较活跃。

      功能性磁共振成像（fMRI，functional magnetic resonance imaging）是一种新兴的神经影像学方式，其原理是利用磁振造影来测量神经元活动所引发之血液动力的改变。目前主要是运用在研究人及动物的脑或脊髓。

自从1890年代开始，人们就知道血流与血氧的改变（两者合称为血液动力学）与神经元的活化有着密不可分的关系。神经细胞活化时会消耗氧气，而氧气要借由神经细胞附近的微血管以红血球中的血红素运送过来。因此，当脑神经活化时，其附近的血流会增加来补充消耗掉的氧气。从神经活化到引发血液动力学的改变，通常会有1-5秒的延迟，然后在4-5秒达到的高峰，再回到基线（通常伴随着些微的下冲）。这使得不仅神经活化区域的脑血流会改变，局部血液中的去氧与带氧血红素的浓度，以及脑血容积都会随之改变。

　　1990年 , Ogawa等人根据脑功能活动区氧合血红蛋白 (HbO2 )含量的增加导致磁共振信号增强的原理得到关于人脑的功能性磁共振图像〔 1〕,即血氧水平依赖的脑功能成像 (Bl ood Oxygen Level Dependent fMRI, BOLD-fMRI) 。由于血液动力学反应与脑神经活动之间存在着紧密的联系 , BOLD-fMRI信号与局部脑血流、 氧合血红蛋白 (HbO2 )和脱氧血红蛋白 ( dHb)含量密切相关。当被特定的任务刺激后 (如视觉、 运动等 ) ,可激活相应的脑功能皮质区 ,从而引起局部脑血流量和氧交换量的增加 ,氧的供量大于氧的消耗量 ,其结果导致氧合血红蛋白含量增加 ,脱氧血红蛋白含量降低。脱氧血红蛋白具有顺磁特性〔 2〕,可使组织毛细血管内外出现非均匀性的磁场 ,从而加快质子的失相位 ,缩短 T2驰豫时间 ,导致 T2加权信号降低。因此当脱氧血红蛋白含量减少时可促使局部的 T2加权信号增强 ,从而获得相应激活脑区的功能成像图〔 1, 3～5〕。

      fMRI的实验设计主要有两种类型:组块设计(Blocked Design)和事件相关设计 (Event related Design)。组块设计特点是以组块的形式进行刺激 ,在每一个组块内同一类型的刺激反复、 连续呈现 ,常用于功能定位; 事件相关设计特点是随机化设计,常用于对行为事件的研究。

      fMRI扫描序列通常采用回波平面成像技术(Echo Planar Imaging, EPI )、 梯度回波脉冲序列(GRE) 或螺旋成像技术 ( SPIRAL )。梯度回波脉冲序列的成像速度较慢,易受运动影响产生伪影 ,一般只用于单一刺激的简单运动研究。回波平面成像技术是目前 fMRI研究中最常用、最快速的成像方法 ,可以在极短时间内 (数毫秒 2 数秒 )完成脑皮层的功能性成像 ,可用于多刺激、 复杂运动的多功能区成像研究。回波平面成像技术需要梯度磁场的快速转换 ,因而产生的噪声较大。螺旋成像技术对梯度切换速率要求较低 ,与回波平面成像技术相比较成像时间分辨率较高。

      几乎大部分的功能性磁共振成像都是用BOLD的方法来侦测脑中的反应区域，但因为这个方法得到的信号是相对且非定量的，使得人们质疑它的可靠性。因此，还有其他能更直接侦测神经活化的方法（像是氧抽取率（Oxygen Extraction Fraction, OEF）这种估算多少带氧血红素被转变成去氧血红素的方法）被提出来，但由于神经活化所造成的电磁场变化非常微弱，过低的信杂比使得至今仍无法可靠地统计定量。

      除了BOLD-fMRI作为基本的fMRI技术外，灌注加权成像和扩散张量成像是另外两种fMRI技术。灌注成像通常表现为较低的敏感性以及较低的解剖覆盖率，包括对于宏观部分的磁场效应不很敏感，而宏观部分效应与脑神经活动关系不密切。Duyu等采用单发射脉冲式旋转标记法结合双倒置标记技术，大大降低了背景信号，增加时间分辨率近2倍。如果把这减少的时间用在重复做实验，可以提高信号平均度，从而提高SNR。

      扩散加权成像在高磁场强度的应用中起着一定作用，因为该技术可以减少来自于血液的信号，增强血管外现象的敏感性，从而提高与神经活动有关的敏感性。