目前,肥胖已经成为全球性的健康问题,而我国也已成为世界上肥胖人口最多的国家。肥胖患者面对食物刺激时倾向选择立即摄入高能量食物,而非选择拒绝食物或者选择低能量食物,表明肥胖患者摄食相关的认知决策功能紊乱,由此导致的不良饮食行为是肥胖发展与形成的主要因素。以袖状胃切除术（Laparoscopic Sleeve Gastrectomy,LSG）为主的外科减重手术作为目前临床治疗重度肥胖唯一长期有效的方式,不仅能够有效降低体重、改善术后饮食行为,而且调节了摄食相关的大脑功能活动,这可能是减重手术长期有效的关键因素。以往研究探究了减重手术调节肥胖患者大脑食物奖赏加工处理功能的中枢机制,然而忽略了摄食行为相关的认知决策功能,尚不清楚减重手术是否以及如何调节肥胖患者的认知决策功能,及其与术后饮食行为改善、减重效果之间的联系。这一问题的研究将进一步揭示减重手术改善饮食行为与长期有效减重的中枢调节机制,为后续优化减重手术治疗效果以及研发无创减重干预方式提供理论支撑。此外值得注意的是,减重手术虽然具有良好的临床减重效果,但术后长期（两年以上）个体减重效果差异明显。以往研究表明,肥胖患者术前基线状态下的大脑功能影像指标与术后减重效果呈现相关性,提示大脑功能影像或可作为潜在的标志物特征用于构建减重效果预测模型,这对于术前患者筛查与术后个体化干预具有重要的临床意义。于是,本文采用功能磁共振影像纵向追踪肥胖患者减重手术前后的认知决策功能变化:首先,开展肥胖患者异常认知决策功能的影像学横断面研究;接着,纵向研究减重手术调节跨期决策、食物决策等摄食相关认知决策功能的中枢机制;最终,以认知决策功能的中枢机制研究为指导,采用认知决策任务态与静息态功能影像特征构建减重手术效果预测模型。本文的主要创新性工作如下:认知决策功能在摄食行为调节中扮演着重要角色,基于奖赏的认知决策功能障碍是导致肥胖的一个重要因素。因此,针对肥胖患者异常认知决策功能的中枢机制研究,有助于理解减重手术调节肥胖患者认知决策功能的中枢机制。本项研究通过文献综述,系统回顾分析了肥胖患者异常食物决策、跨期决策等认知决策功能的影像学研究,发现肥胖患者背外侧前额叶、腹侧纹状体、腹内侧前额叶、脑岛等区域功能存在异常。其中,以背外侧前额叶为主的执行控制脑区和以腹侧纹状体为主的奖赏驱动脑区相互制衡共同作用于决策行为;腹内侧前额叶则通过整合来自前额叶（执行控制）、纹状体（奖赏驱动）、脑岛（内感受）等多方面的因素进行价值评估,进而影响决策行为。因此,执行控制、奖赏加工以及价值评估相关脑区异常的功能活动与功能连接导致肥胖患者基于奖赏的认知决策功能紊乱。其中,跨期决策作为一种表征冲动抑制与延迟满足能力的认知决策功能,决定着肥胖患者的饮食控制能力,因其异常导致的冲动性饮食行为是肥胖发展和形成的主要原因之一。然而,现有针对肥胖患者跨期决策功能的研究大多采用单一肥胖被试组别的实验设计,尚不清楚肥胖患者异常跨期决策功能的中枢机制及其与饮食行为之间的关系。因此,本项研究采用对照实验设计,基于延时折扣任务从大脑激活与功能连接角度探究跨期决策中肥胖患者对比正常体重被试的大脑功能差异。研究发现,肥胖患者执行控制相关脑区（背外侧前额叶、角回、顶下小叶）激活水平显著高于正常被试,而且跨期决策能力介导了背外侧前额叶活动水平与饮食行为之间的关系;同时,顶下小叶与背外侧前额叶,右侧角回与尾状核之间的功能连接显著低于正常体重被试。上述研究结果表明,肥胖患者执行控制脑区异常的激活与功能连接,以及与奖赏脑区间的异常交互是肥胖患者跨期决策能力降低与冲动性增加的主要原因,进而导致冲动性饮食行为。术后肥胖患者的高能量食物渴求显著降低,摄食行为改善,提示减重手术可能提升了肥胖患者的认知决策能力,但缺乏科学准确的认知决策能力评估,同时尚不清楚减重手术调节肥胖患者认知决策能力的中枢机制。因此,本项研究针对饮食控制相关的跨期决策和食物选择相关的食物决策能力,开展了肥胖患者减重手术前、术后一个月的纵向追踪对比研究。首先,基于延时折扣任务探究减重手术调节肥胖患者跨期决策功能的中枢机制,发现LSG减重手术不仅降低了跨期决策中肥胖患者执行控制（背外侧前额叶）、情景预期（背内侧前额叶）、奖赏处理（尾状核）相关脑区激活,并恢复至正常水平,而且增强了内感受相关脑岛的激活水平以及尾状核与背内侧前额叶间的功能连接,且与降低的折扣率（r=-0.460,P=0.012）、体重呈现负相关性（r=-0.551,P=0.002）,表明LSG减重手术不仅恢复了肥胖造成的异常大脑功能,还具有额外的补偿效应提升肥胖患者的跨期决策能力。同时,本项研究采用食物支付意愿实验范式,探究减重手术引起的肥胖患者食物决策能力变化。行为学研究发现,减重手术显著降低了肥胖患者的高能量食物支付意愿（P=0.033）,增加了低能量食物支付意愿（P=0.005）;影像学研究发现,LSG减重手术不仅调节了与上述跨期决策功能研究类似的内感受（脑岛）、奖赏加工（腹侧被盖区）、自我调节（额下回）相关脑区功能活动,还增强了情景记忆（海马）、能量平衡（下丘脑）相关脑区的激活水平。上述两项研究表明,LSG减重手术通过调节执行控制、奖赏加工、内感受相关脑区功能提升肥胖患者基于奖赏的跨期决策与食物决策能力,进而改善术后饮食行为并实现有效减重。上述研究揭示了肥胖和减重手术影响大脑认知决策相关的脑区与功能连接,并与术后饮食行为改善、减重效果呈现相关性,提示上述认知决策相关脑区活动水平与功能连接或可作为减重手术效果预测特征。因此,针对减重手术效果预测这一临床问题,本项研究分别基于认知决策任务态与静息态功能影像,提取、识别有效预测特征,并构建减重效果分类预测模型。由于样本量的限制,潜在的过拟合问题成为一大挑战,因此本项研究一方面采用特征工程方法筛选有效特征、降低特征维度,另一方面基于小样本学习领域中的孪生神经网络框架构建分类预测模型,降低样本量的需求。首先,采用术前肥胖患者延时折扣与食物支付意愿任务中的认知行为指标与大脑功能影像（激活水平与功能连接）作为特征,基于孪生神经网络构建了预测肥胖患者术后六个月减重效果佳或者次佳的分类模型,其正确率达到81.67%,曲线下面积为0.88,表明认知决策任务态影像特征能够有效预测术后减重效果,而且重要特征主要包括执行控制、奖赏加工、内感受、自我参照等相关脑区激活水平与功能连接,这与前述LSG减重手术改善大脑认知决策功能的研究结果类似,验证了前述研究结果的正确性。其次,开展了基于肥胖患者术前基线状态下静息态功能连接特征预测术后减重效果的研究,基于孪生神经网络的分类模型正确率达到80.64%,曲线下面积为0.80。特征分析发现,奖赏加工、自我参照、执行控制等多种功能网络组成的功能连接模式具有良好的术后减重效果预测能力。此外,融合认知决策任务态与静息态功能影像特征进一步提升了模型预测性能（正确率为87.10%,曲线下面积为0.89）。上述结果揭示了肥胖患者减重效果差异背后的中枢机制,证明肥胖患者术前基线状态下的大脑功能影像可作为有效特征预测术后减重效果。综上所述,本文探究了肥胖与减重手术调节大脑认知决策功能的中枢机制,其主要涉及执行控制、奖赏加工、内感受、情景预期以及能量平衡相关脑区,明确了认知决策功能与饮食行为、术后认知决策功能变化与减重效果之间的关系;同时,本文证明了认知决策任务态与静息态功能影像特征预测术后减重效果的有效性,确定了大脑功能影像预测特征。上述研究结果可为后续临床术前患者筛查与术后个体化辅助干预提供影像学证据,同时为优化减重手术治疗效果以及研发无创减重干预方式提供理论支撑。