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岛叶,位于外侧裂下,是结构和功能异质型的脑区。岛叶具有总体的梯度微观组成,而且可以被分为三个不同颗粒度的子区,负责整合各种感觉信息,如味觉、嗅觉、内感受、听觉、躯体感觉和运动等,并且参与高级认知功能,如社会行为、情绪调节和奖赏等。人类前岛叶存在纺锤体神经元,它的异常涉及各种各样的精神疾病,而且被认为与灵长类进化有一定的联系。早期的研究发现在高级灵长类,例如人类和猩猩,前侧岛叶存在纺锤体神经元,但是并没有在猕猴岛叶皮层发现纺锤体神经元。近期,随着纺锤体神经元在猕猴前侧岛叶被发现,灵长类岛叶的同源关系需要进一步地研究。此外,在灵长类进化中,人类岛叶皮层表现出显著的扩张。因此,从进化角度研究人和猕猴岛叶的区域同源关系和连接差异可以更好地理解人类大脑功能特异性。本文利用多模态磁共振影像数据,研究了人和猕猴岛叶的整体连接梯度和分区,并从连接模式角度探索人和猕猴岛叶子区同源关系和连接特异性。本文主要成果如下:(1)基于结构连接分区框架,构建猕猴皮层下区域脑图谱。本文利用八只猕猴标本的高质量弥散加权像数据,基于结构连接,对猕猴皮层下八个区域进行分区,包括伏隔核、杏仁核、尾状核、海马结构、下丘脑、苍白球、壳核和丘脑,一共被划分为左、右侧半球共56个子区。此外,利用公开的猕猴标本弥散加权像数据,对皮层下区域分区做验证并发现两个数据集分区的一致性。本文通过概率纤维跟踪,构建了每个子区的结构连接模式,并且借助于其他猕猴全脑图谱定义的48个皮层和皮层下区域绘制了子区的连接指纹图。这样的基于连接的猕猴皮层下区域脑图谱,有助于更好地理解皮层下解剖结构和功能,并为理解岛叶复杂的连接和多样的功能提供一定的帮助。(2)提出梯度结合分区的方法构建猕猴岛叶脑图谱。本文利用八只猕猴标本弥散加权像数据,基于扩散映射,解析猕猴岛叶整体结构连接梯度,而且岛叶主梯度表现出从头到尾增加的梯度变化。由于岛叶前两个梯度一共可以解释岛叶十个梯度超过55%的变化,因此通过提取前两个岛叶梯度最大和最小的25%分量,构成猕猴岛叶四分区模式,而且表现出前-后模式的子区分布。利用基于连接的分区方法,将这四个子区再次分区,结合分区指标,这四个子区都被分成两个子区,分别表现出内-外或者腹-背的分区模式。通过构建子区的结构连接指纹图和置换检验,发现被划分后的两个子区都展现出显著的结构连接差异。此外,猕猴岛叶前两个梯度和岛叶皮层厚度、髓鞘化指标都有显著的相关性,说明宏观的结构连接梯度捕捉到了岛叶潜在的形态学和微观特征。(3)整合人脑岛叶梯度和精细分区,构建岛叶四分区脑图谱。同样地,本文利用40个成年人的弥散加权像数据,基于扩散映射,解析人脑岛叶的整体梯度,发现岛叶前两个梯度分别具有从头到尾和从腹侧到背侧的梯度变化。利用结构连接分区方法,本文根据分区指标提示将人脑岛叶划分为七个子区。通过整合前两个梯度和七分区模式,得到了与猕猴岛叶类似的人脑岛叶四分区模式,表现出前侧腹-背和后侧前-后的分区模式,而且这四个子区在结构连接和功能连接模式上都表现出连接差异。此外,人脑岛叶结构连接梯度和岛叶皮层厚度、髓鞘化都有显著的相关性,说明宏观的人脑岛叶梯度也捕捉到了岛叶皮层的形态学和微观结构特征。本文还利用90个人脑弥散加权像构建了岛叶微观的颗粒度指标,而且发现岛叶的四个子区在颗粒度指标上表现出显著差异,并具有一定的区域性梯度变化。基于结构和功能影像学数据,本文详细地研究了人脑岛叶整体梯度变化和分区模式,有助于理解岛叶的解剖结构,并为与岛叶相关的精神疾病研究做出了一定的贡献。(4)揭示人和猕猴岛叶子区同源性关系,并发现两个物种都具有纺锤体神经元的岛叶子区具有连接差异。基于已经构建的人和猕猴岛叶四分区模式,从结构连接角度跨物种探索了人和猕猴岛叶子区同源关系以及对应子区的连接差异。从灵长类岛叶体积和全脑灰质体积比例的对比中,本文发现相对于猕猴和黑猩猩,人脑岛叶表现出显著的体积扩张。此外,基于岛叶子区和定义的全脑同源的46个脑区的连接模式,通过计算人和猕猴岛叶子区的相对熵,本文发现人和猕猴岛叶的四个子区表现出一一对应的同源性关系,而且对应的前侧岛叶子区相对熵高于后侧岛叶子区,说明前侧岛叶的进化程度强于后侧子区。更有意思的是,人和猕猴都存在纺锤体神经元的岛叶子区分别位于人脑前岛叶腹侧和猕猴眶额皮层后侧表面,而且在所有四个同源子区关系对比中表现出进化差异最大。根据两个物种的子区连接模式,人类的这个子区和杏仁核的结构连接强度明显高于猕猴该同源子区和杏仁核的连接,说明人类在情绪调控上存在显著的进化优势;并且人类这个子区和味觉皮层的结构连接强度明显高于猕猴,说明人类在味觉的整合和反馈上明显占据优势。这样的跨物种人和猕猴岛叶对比,有助于理解大脑结构和功能的进化。本文从探索猕猴皮层下区域、岛叶皮层和人类岛叶皮层的解剖结构出发,解析了不同物种岛叶的结构组成和连接特征,并且发现了人类和猕猴岛叶子区的同源关系。通过结合以往灵长类岛叶纺锤体神经元解剖位置的研究,本文揭示了人类和猕猴岛叶都存在纺锤体神经元的子区具有同源关系,但是在结构连接上存在进化差异,即人类在情绪调节和味觉功能上存在明显的进化优势。