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。

血氧浓度相依对比（Blood oxygen-level dependent, BOLD）首先由小川诚二等人于1990年所提出，接着由邝健民等人于1992年发表在人身上的应用。由于神经元本身并没有储存能量所需的葡萄糖与氧气，神经活化所消耗的能量必须快速地补充。经由血液动力反应的过程，血液带来比神经所需更多的氧气，由于带氧血红素与去氧血红素之间磁导率不同，含氧血跟缺氧血量的变化使磁场产生扰动而能被磁振造影侦测出来。借由重复进行某种思考、动作或经历，可以用统计方法判断哪些脑区在这个过程中有信号的变化，因而可以找出是哪些脑区在执行这些思考、动作或经历。

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。

功能核磁共振技术，由于其无创性的优点而成为神经科学领域，特别是研究正常人脑功能的关键技术之一，其基本原理是利用神经活动和局部血流增加存在关联，利用局部血流增加导致氧合血红蛋白浓度增加导致的核磁共振信号差异，间接分析神经活动，这种技术天生的缺陷是分辨率极限，因为血流变化毕竟是神经活动的间接信号，在时间和空间上都不完全一致。另外，神经细胞的功能不只是电活动本身，神经递质释放这种关键神经细胞功能表现也不一定出现电活动的改变，过去功能核磁共振无法分析神经递质释放。今天《科学》报道了一种可以检测神经递质释放的功能核磁共振技术，这种技术有望给这一技术插上了翅膀，将会引起广泛的应用。科学家利用这种技术实现了对大鼠前付隔核多巴胺神经递质释放的定量定位检测。这种新的技术可以称为分子功能核磁共振技术molecularfunctional MRI (mfMRI)。

http://www.sciencemag.org/content/344/6183/533.abstract