神經血管耦合：fUS 讀到的訊號
功能性超音波（fUS）並不感測動作電位或膜電位。它與功能性磁振造影一樣，讀取的是血液動力學的替身訊號：當某局部神經族群變得活躍時，神經血管耦合會在約一秒後增加該處的腦血容積。fUS 就以聲波量測這個血容積變化。這既是優勢——能免基因地造影一整個深部切面——也是硬性限制：它是間接且緩慢的。
s(t) = (h * a)(t) = \int_{0}^{\infty} h(\tau)\, a(t-\tau)\, d\tau
量得的血容積訊號 s(t) 是神經活動 a(t) 與緩慢血液動力學反應 h(τ) 的卷積。由於 h 是一個（數秒寬的）低通濾波器，fUS 永遠無法比它所觀察的血管系統更快。
超快速平面波功率都卜勒
關鍵技巧是超快速造影。fUS 不逐線掃描聚焦波束，而是發射未聚焦的平面波，再以運算重建整幅影像，達到每秒數千幀。這極高的幀率讓功率都卜勒估計——都卜勒訊號的能量，正比於移動紅血球的數目——得以偵測到追蹤活動的微小血容積變化。
f_D = \frac{2\, f_0\, v \cos\theta}{c}
血流以速度 v 運動所產生的都卜勒頻移。功率都卜勒累加訊號的能量而非其平均頻移，因此對角度依賴大幅降低，並對小血管中的緩慢血流更敏感——正是活動造影所需。
從造影到腦機介面
邁向 fUS 腦機介面的一步，是從這些血容積圖解碼意圖。在非人靈長類中，運動意圖（例如計畫中的眼動或伸取方向）已能從頂葉皮質的腦血容積解碼出來，甚至能在動作之前預測——這證明血液動力學訊號雖慢，仍帶有可用的意圖資訊。由於探頭一次造影整個平面，單次擷取即可看到多個區域，這對解碼分散式狀態相當有吸引力。
一個互補的前沿是超音波定位顯微術（ULM）：注入的微氣泡被逐一定位並在數分鐘內累積，解析出低於繞射極限的微血管系統。ULM 以時間解析度換取空間細節——得到的是血管的超解析圖，而非活動的快速影片。