本文介绍了一个功能非线性混合效应建模框架，该框架旨在量化单个时空功能轨迹与纵向响应之间的随机、非线性关系。我们提出的框架通过时空过程解释了个体内的变异性。我们详细介绍了一种确定固定和随机效应函数以及时空协方差算子的估计方法，并建立了它们的渐近性质，包括一致一致性和弱收敛性。我们还为固定效应函数开发了全局线性假设检验和基于bootstrap的同时置信带。为了评估我们方法的有限样本性能，我们使用模拟数据集和真实数据集进行了数值分析。我们的结果表明，与现有的非线性混合效应模型相比，该模型类在检测函数固定效应方面更加灵活有效。我们将我们的方法应用于自闭症研究数据库，以调查年龄和空间动力学对胼胝体白质纤维骨架分数各向异性的影响。