人类大脑是迄今最为复杂精细的系统之一。大脑的某项认知功能是由神经元活动同步的脑区共同协调完成。静息态功能核磁共振成像技术是一项探索脑功能静息活动强有力的分析工具。它可以描述脑区间低频功能活动特征的相似性,即静息态功能连接。弥散张量成像技术则是一项通过组织中水分子各向异性来探测脑微观组织结构的成像方法。它可以描述大脑神经突触连接,即白质纤维结构连接。静息态功能连接和白质纤维结构连接已分别应用于许多神经精神疾病的研究中。然而大脑的结构和功能并不是独立存在,而是相互依赖。因此,本论文将以静息功能连接和白质结构连接为基础,围绕多模态分析方法,利用神经影像的多维特征来探测情感障碍和运动障碍患者内在的脑异常连接。本文的工作主要有以下几部分内容。1.采用弥散张量成像以及白质纤维束追踪技术,通过图论分析方法分析创伤后应激障碍患者脑结构连接网络拓扑属性。结果发现患者保留了小世界拓扑组织结构。但是我们观察到患者显著降低的最短路径长度和标准化最短路径长度。另外,异常改变的节点中心性的脑区主要在显著性网络、前扣带回、苍白球和海马。该研究揭示了创伤后应激障碍是一种脑网络疾病,为理解该患者功能失常和临床症状提供了结构上的证据。2.利用白质纤维束追踪技术,构建未用药抑郁症患者结构连接网络,然后使用图论分析方法,探测抑郁症患者的结构网络拓扑属性是否异常。进一步采用基于网络的统计(NBS)方法来探究该患者是否有异常改变的子网络。我们发现未用药抑郁症患者结构网络的全局拓扑属性有异常变化,比如异常降低的最短路径长度和异常升高的聚类系数。除此之外,NBS方法揭示了抑郁患者在眶额叶与皮下结构、梭状回、颞下回以及枕叶部分脑区间有异常的结构连接。该研究揭示了眶额叶连接在抑郁症患者病理机制中的重要作用。同时为该患者的功能异常提供了结构上的基础。3.利用静息态功能连接分析方法,我们研究了处于抑郁期的抑郁症患者和双相障碍患者的丘脑皮层网络,进一步探测特定的丘脑皮层连接是否能够有效辨别这两种情感障碍疾病。结果发现抑郁症和双相障碍的丘脑-眶额叶功能连接都异常降低,丘脑-运动连接都异常升高。双相障碍患者特有的异常连接是丘脑-顶下小叶连接。而抑郁患者特有的异常连接是丘脑-颞叶、丘脑-躯体感觉皮层连接。并且丘脑枕下部和左侧顶下小叶间的功能连接能有效的区分抑郁症和双相障碍。本研究表明即使抑郁症和双相障碍的临床症状很相似,我们仍然发现了它们之间影像学的差异,为临床诊断提供了一种生物学标记。4.融合白质纤维结构连接和静息态功能连接技术,我们探究了阵发性运动源性运动障碍患者的丘脑皮层结构连接和功能连接。我们发现该患者在腹外/前侧丘脑核团与运动皮层的结构连接和功能连接异常升高。患者的功能连接值与病程呈显著的正相关关系,表明了该运动障碍患者是一种复杂的发展性疾病。另外,我们还发现PRRT2基因突变患者在背内侧核团与前额叶间的功能连接异常降低,表明了PRRT2基因突变降低了丘脑到前额叶的功能整合,阐明了丘脑皮层连接失常在该患者病理机制中的重要作用。最后,我们还探究了该患者基底节-皮层连接,发现PRRT2基因未突变患者在壳核/苍白球与运动皮层间功能连接异常升高,揭示了PRRT2基因突变和PRRT2基因未突变患者间不同的发病机制。5.采用静息态功能连接分析技术,我们探究了阵发性运动源性运动障碍患者异质性问题。首先我们利用主成分分析方法提取患者功能连接特征,然后使用基于密度的聚类算法对该患者进行亚组分类。结果发现该患者有两种疾病亚型。一种亚型在小脑-丘脑-基底节-运动皮层环路异常升高,而另一种亚型在小脑-顶上回连接环路异常降低。并且,第一种亚型的全脑功能连接网络的拓扑属性异常改变。而第二种亚型的网络拓扑属性则保持不变。该研究为神经精神疾病的亚型分类提供了一种基于影像数据驱动的分析方法。