大脑可塑性的研究是脑科学的一个重要组成部分，分为结构可塑性和功能可塑性。运动皮层是支配人体运动的高级中枢。研究显示脑卒中等疾病或脑外伤使大脑皮层受损后，会出现不同程度的运动障碍。患者康复过程中大脑皮层对运动的激活区会发生一系列的改变。将大脑运动皮层视为一个动态连通的网络，对其特性进行研究不仅可以揭示大脑学习的本质，进而对学习的效果进行客观的评价；还可以服务于临床，对涉及运动障碍的疾病预后进行评估，并对康复训练提供科学的指导意见。本文研究的目的是探索大脑运动皮层的可塑性，并进行运动皮层网络的连通性研究。论文包括三个组成部分:第一部分是对三种哺乳动物的大脑皮层连接网络研究，数据是已有的三种哺乳动物的大脑皮层功能区连接矩阵；第二部分是基于脑电图的人大脑运动皮层可塑性研究，实验对象是健康成年人；第三部分是基于功能磁共振成像的人大脑运动皮层可塑性研究，实验对象是临床脑卒中患者。初期的研究工作是在三种哺乳动物大脑皮层功能区的已有解剖连接关系基础上对皮层网络的结构特性和非线性特征进行分析，结果发现三种哺乳动物大脑皮层的结构特性非常相近，相比于它们同等规模的随机网络，哺乳动物的大脑皮层网络具有较高的复杂度，这是智能网络的共同特征。本文设计了一套手指按键运动测试系统，对19位健康被试分别采集了安静状态下和测试-训练-测试-训练-测试5个模块下的脑电数据。手指按键运动实验中运动测试模块含有可对学习训练效果进行评价的参数，在每次模块运行完毕后由系统自动计算生成。包括有效完成次数、正确率、平均反应时间和平均运动时间4个参数。本文使用统计学的假设检验工具对实验获取数据进行了研究分析。研究发现利手-非利手对运动测试结果的影响不显著，是一个无关变量。单因素方差分析表明，训练对运动测试结果有显著影响。本文使用相关对大脑运动皮层的连通性进行分析，发现通过训练，在大脑运动区中超过80%的连结都得到了增强，尤其是C4电极所在位置的脑区，C4信号与其他所有电极信号的相关性都得到了增强。信号之间相关的增强与脑区之间联系的增强以及运动能力的提高有很明显的相关性。手指按键运动实验中运动测试模块可以对每一个按键运动按下的时间进行准确跟踪，这样可以方便的观察运动皮层网络在运动计划状态下和实际运动状态下的差别。通过对信息流动的因果关系分析发现从第1次运动计划到第3次实际运动状态的变化中，由其他导联流向C4的信号显著增加，说明很多的信息需要在这个区域进行整合。通过训练这个区域在手指运动时变得更加活跃。对医院脑卒中患者进行的功能磁共振成像握拳运动实验采集了5名左侧大脑皮层有病变的患者图像，在他们发病后的第2、4、8、16周进行功能磁共振检查。使用分析软件SPM5对患者左、右手握拳任务下的图像进行分析，得到大脑运动皮层激活图。通过激活区域提取大脑运动皮层网络并计算其结构和功能特征以反映网络连通性。研究结果显示，在握拳任务下，损伤侧大脑半球与非损伤侧大脑半球相比，具有较多的激活区和较低的激活程度；运动皮层网络随着患者的逐渐康复表现出整体上较强的独立性和区域间的较强依赖性。这有可能在某种程度上反映康复的进程。通过脑电图实验的研究分析结果，本文认为在运动训练的作用下，大脑通过增强运动相关脑区之间的连通性和改变信息的流动方向提高了运动成绩，即大脑发生了可塑性变化，从而提高了运动技能。对脑卒中患者的功能磁共振成像实验结果也反映出在康复的过程中运动皮层网络连通性的变化具有一定的规律性，可以作为下一步康复评价研究的基础。