情景记忆是人类独有也是最高级的一种记忆模式,指记住过去某个时间、地点的特定事件,对于人类的正常生活十分重要。双相情感障碍症(Bipolar Disorder,BD)是一种危害极大的精神疾病,BD患者即有狂躁发作又有抑郁发作,很难控制自己的情绪。研究证明BD患者的情景记忆功能存在明显的异常。因此,研究人员一直试图据探索出情景记忆的工作机制以及BD患者情景记忆功能异常的原因。功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)可以精确得生成大脑影像,大量应用于临床医学和科学研究。计算机具有强大的性能已经被广泛应用于图像处理,帮助人们完成许多困难的工作。因此,计算机也已经成为fMRI据研究中必不可少的工具,急速得推动了该领域的发展。目前已经有大量关于情景记忆和BD的fMRI研究,这些研究大多都是探索各个脑区在任务态下的作用或者区域间功能连接(Functional Connectivity,FC)的贡献。大脑是一个动态的系统也是整个躯体的控制中心,每个脑区都有各自的功能。脑区间时刻都在进行着大量的信号传递,信号里面包含着重要的信息,从而实现交互使功能脑网络不断发生动态重组。因此,信息转移是大脑实现各种功能的最主要方式,要想完全了解情景记忆的工作机制和BD的病发原因必须从这个角度入手。信息转移是在微观的空间中进行,难以观察,所以这项工作的挑战性极大。传统的任务态FC方法都是使用数理统计的方法来计算各个脑区的观测信号间的相似性来建立功能网络。这些方法虽然在一定程度上描述了各个脑区功能的相关性,但是有很大的局限性只能较为模糊得表示区域间的交互作用,不能从中提取出脑区间具体的信息转移模式。静息态FC反映大脑的固有状态,可以更为准确地表示区域间功能的关联性,而且与多种任务态下的FC有很高的相似性。很多研究通过静息态FC准确预测到了情景记忆的表现并且发现一些在情景记忆起重要作用的区域。最近有专家根据大脑的生理特性提出了一种信息转移映射法,通过静息态FC估计出了多种任务刺激下区域间的信息转移规律。综上所述,静息态FC必定包含着大量有价值的信息可以用来探索情景记忆的机制,并且与任务态下区域间的信息转移存在着某种映射关系。因此,本文将计算机作为研究工具对正常人(Normal Control,NC)和BD的fMRI数据分析,将静息态FC作为重要的研究对象。首先计算NC和BD的各个区域的全局连通性以及任务区分度,以此分析各个区域传递信息流的潜力,之后基于信息转移映射原理来估计NC和BD在执行情景记忆时大脑各个区域间的信息转移规律,以此来表示大脑动态重组的特性。主要研究内容和结果如下:(1)根据功能将大脑的静息态fMRI划分为360个区域建立静息态下的FC网络并计算各区域的全局连通性。结果表明与认知控制有关的网络具有较高的全局连通性,说明这些网络具有较高传递信息的潜力。(2)提出一种任务区分度算法,来衡量各个脑区对不同任务的表征能力。设计情景记忆实验范式,得到事件相关fMRI,提取体素的任务激活序列(Beta序列)。通过Beta序列去计算NC和BD各个区域的任务区分度,并验证了方法的准确性。结果证明了与认知控制相关的网络具有较高的任务区分度,因此这些网络对信息处理更为灵活。此外NC各网络的任务区分度要高于BD。这些结果可以验证区域间信息转移结果的准确性。(3)使用信息转移映射原理对NC的fMRI数据分析,估计大脑在情景记忆任务的编码和提取阶段中各个区域间的信息转移的强度,并分析信息转移与激活模式以及记能力的关系,以此来研究区域的功能。结果表明,无论在编码还是提取阶段区域间的信息转移主要发生在认知控制网络和注意力控制网络中。此外认知控制网络中产生的信息流与任务激活值和记忆表现都有显著的正相关性。这些结果证明了认知控制网络在情景记忆机制中起着最重要的作用,并且是通过信息转移的方式来实现功能。(4)使用信息转移映射原理对BD的fMRI数据进行分析,估计BD各个脑区间信息转移的强度,并与NC的结果做对比,发现BD信息转移的异常,并分析这些异常对情景记忆能力造成的影响。结果发现BD的信息转移强度要明显低于NC,而且降低的转移主要集中在认知控制和注意力控制系统之中。此外,还发现了这些系统中几条信息转移的异常对BD情景记忆能力的下降有很大的影响。这些结果证明了认知控制和注意控制的异常是造成BD发病的主要原因,而且这些异常是由于信息转移能力下降造成的。本文将静息态FC作为重要研究对象,使用信息转移映射原理分析在情景记忆中各个脑区间的信息转移的规律,探索信息转移发挥的作用,并通过BD和NC的比较发现了BD患者信息转移的异常以及情景记忆功能降低的原因,这些结果不仅反映了大脑网络的动态重组规律还进一步证明了信息转移是大脑实现各种功能的重要方式,为大脑认知功能的研究以及BD的诊断和治疗提供了全新的思路。