精神分裂症(schizophrenia)是一种严重的精神疾病,部分患者会出现主动性和认知功能丧失,最终导致脑功能衰退和精神残疾,也有的患者经过治疗后可以基本痊愈。本文在前人的工作基础上,基于格兰杰因果关系(Granger causality,GC)的因效性脑网络分析方法,深入研究了正常人、精神分裂症患者和无症状的患者亲属这三类人群的复杂脑网络差异,寻找客观的量化指标帮助医生及时发现病症。基于相关理论,本文主要完成了如下研究:第一,将直接定向传递函数(Direct Directed Transfer Function,dDTF)作为因果关系度量值,分别对三类人群的脑磁图(Magnetoencephalography,MEG)数据进行格兰杰因果关系分析,基于得出的因果关系邻接矩阵构建三类人群的因效性脑网络。实验结果发现,患者相比正常对照组在额叶区的因果作用要强,在颞叶区的因果作用要弱。这些异常的因果连接可能是导致患者的精神异常,甚至出现幻听、幻视等症状的原因。值得注意的是患者亲属左中央区的因果作用出现缺失,这可能是家族遗传过程中表现出来的一个隐性症状。第二,研究了三类人群复杂脑网络的网络拓扑熵、平均聚类系数、网络全局效率等全局拓扑特性,并且分析了不同大脑节律下因效性脑网络的特性差异。实验结果表明,三类人群脑网络的全局拓扑特性之间没有显著性差异,而在不同大脑节律下的dDTF均值存在显著差异。并且正常对照组和患者在不同节律下的网络全局特征相差不大。此外,患者亲属的各网络全局测度在频段普遍高于其他两类人,而在频段和频段普遍低于其他两类人。第三,研究了三类人群复杂脑网络的局部拓扑特性,即节点的度、介数、紧密度和核心数等网络“核心位置”测度。实验结果表明,正常对照组的脑网络分布最为稠密,有较多的核心节点和核心连接边,而患者亲属和患者的脑网络则相对稀疏。患者的脑网络在额叶区的因果作用较强,而在颞叶区较弱。根据实验结果推测,患者和患者亲属的某个节点与其余大部分节点丧失了相互作用。在中央额区三类人群均具有最高介数,是脑网络中的核心位置;患者和患者亲属在左中央区具有较高介数,且介数值均高于正常对照组。此外,患者亲属有较多节点的紧密度明显高于正常对照组和患者。第四,选取不同阈值,研究了三类人群的全频段分层因效性脑网络。通过分析发现,在高阈值和中等阈值下,三类人群的脑网络中同一脑区内的信息交流要大于不同脑区之间的信息交流,从一定程度上表明大脑更符合Hilgetag等人提出的全局稀疏的模块化分层结构。通过对网络拓扑熵的分析发现,三类人群的网络拓扑熵在中等阈值下最高,在高阈值下次之,在低阈值下最低。在中高阈值下,正常对照组的网络拓扑熵最高,患者次之,患者亲属最低。