物质使用障碍（substance use disorder,SUD）是国内外社会发展所面临的重要公共卫生问题,是多因素病因导致的慢性复发性脑疾病。SUD具有“难戒断、易复吸”等特点,目前国内外均采用了各种措施遏制SUD,但其全球负担仍在不断加重,究其原因,尽管SUD患者治疗后努力摆脱对物质使用的肉体依赖,但长期物质使用导致的脑结构、脑功能的损伤仍未恢复。因此,迫切需要进行SUD病理学机制的探索,以开发科学完善的戒断和治疗方法。基于以上背景,本文以重度大麻使用（heavy cannabis use,CB）和可卡因使用障碍（cocaine use disorder,CUD）两种典型的SUD为研究对象,借助磁共振影像（magnetic resonance imaging,MRI）研究方法,开展了脑结构、脑功能和脑龄三个方面的研究工作:在脑结构研究方面,本文对CB患者的杏仁核、海马体和苍白球三对脑皮层下结构进行了子区水平的形态学变化模式分析。首先,本实验对预处理分割后的三对皮层下结构进行了表面三角形网格建模,接着,对建模后的皮层下结构进行表面保形参数化（conformal parameterization）,借助表面保形表示（conformal representations）和逆一致表面配准框架（inverse-consistent surface registration framework）配准至公共模板,最后,应用形态敏感的多元组合特征,对三对皮层下结构的表面形态学变化进行了分析。本研究发现CB患者在左侧杏仁核、右侧海马体和右侧苍白球具有全局显著的形态学变化,得出了CB患者三对皮层下结构子区水平的形态学变化模式,得出了CB患者三对皮层下结构表面形态学与大麻使用相关的临床信息的相关性发展模式。本研究结果解释了之前研究报道异质性结果的原因,为CB的病理学机制研究提供了脑结构方面的支撑。在脑功能研究方面,本文对CUD患者的异常状态依赖的、状态共享的动态功能连接（dynamic functional connectivity,dFC）进行了研究。首先,本实验基于独立成分分析（independent component analysis,ICA）将全脑磁共振功能成像（functional magnetic resonance imaging,f MRI）信号划分为属于7个子网的48个独立成分,接着,基于滑动窗口分析和dFC构建脑网络,应用状态聚类算法将dFC状态聚类为强功能连接状态和弱功能连接状态,最后,分析了CUD时间属性变化、状态依赖的和状态共享的dFC异常改变,并对异常dFC与CUD患者可卡因临床使用信息进行相关分析。本研究发现CUD患者有更多的跨强、弱功能连接的状态转换次数,在强功能连接状态下有显著更高的分数窗口比例、显著更长的平均驻留时间;发现CUD患者在强、弱功能连接状态下状态依赖的dFC变化,和跨强、弱功能连接状态共享的dFC变化;发现若干异常dFC与每周使用可卡因剂量之间存在的显著相关关系。本研究结果从脑功能角度阐述了CUD病理学变化,为CUD的病理学机制研究提供了新的依据。在脑龄研究方面,本文对CB的横、纵向脑龄变化模式和CUD的横向脑龄变化模式进行了研究。首先,本研究基于两阶段级联脑龄预测模型对CB患者和HC的横、纵向脑龄进行了预测,对CUD患者和HC的横向脑龄进行了预测。接着,计算了被试脑预测年龄与真实年龄的差异（brain-predicted age difference,Brain-PAD）,最后,我们对CB患者的脑龄变化速率进行了分析,对CUD患者的Brain-PAD和可卡因临床使用信息进行了相关性分析。本研究发现重度大麻使用导致CB患者每年0.60年的减龄性脑发育迟缓,发现CUD患者存在0.36年的增龄性脑功能衰退,发现了CUD患者可卡因使用年限同个体Brain-PAD呈显著负相关,且约在可卡因使用年限为12年时,Brain-PAD为0。本研究结果从脑龄的角度阐述了CB患者在脑发育、CUD患者在脑老化方面的病理学模式,为CB、CUD的病理学机制的理解提供了新的视角。