全面性癫痫是一种因大脑双侧半球大量神经元异常同步放电而引起的脑功能性疾病,累及广泛皮层和皮层下区域,但脑区间的交互机制尚不明确。作为一种脑网络疾病,在网络层面开展研究能够更好地揭示癫痫电活动以及认知功能等方面的脑病理机制。多模态脑成像技术为癫痫脑网络多维度特征的刻画提供了重要的支持,利用融合分析手段可以更加全面地对不同尺度下脑网络的交互模式进行探索,以更深入地揭示癫痫的潜在脑网络机制。本论文借助多模态脑影像技术,从脑网络角度出发考察了全面性癫痫的大尺度脑功能网络特征,重点探索了皮层下-皮层的交互关系。主要工作包括如下五个部分:第一部分,利用丘脑与全脑的功能、结构连接特征,对传统经典的丘脑-皮层环路进行精细划分,进而计算各丘脑亚区与全脑的功能连接,基于此探索了全面性癫痫中青少年肌阵挛癫痫不同丘脑亚区与皮层功能交互模式的共有及特异改变。研究结果表明后丘脑与额上回的功能连接降低,而与辅助运动区的功能连接增强,这可能与青少年肌阵挛癫痫中额叶中央优势的全面性棘-慢波电活动的传播有关。此外,还发现多数丘脑亚区与突显网络的功能连接增强,而与默认模式网络的功能连接减少,这可能与癫痫患者处理内外部刺激的情绪和认知损伤有关。青少年肌阵挛癫痫患者表现出的丘脑内部、丘脑和基底节以及小脑的功能连接增强,暗示了皮层下核团和小脑对丘脑-皮层回路具有调节作用。本部分工作提供了功能连接的新证据,使得我们可以更好地了解特定丘脑亚区对青少年肌阵挛癫痫丘脑-皮质网络的影响,并反映出后丘脑可能在全面性癫痫活动中起了关键作用。第二部分,在丘脑-皮层环路的皮层端,默认模式网络对于癫痫电活动的起源及传播有着至关重要的影响,且与意识、认知等脑功能损伤密切相关。因此,有必要对癫痫状态下默认模式网络的功能特征进行深入研究。本部分工作采用多中心的分析方法,探讨了不同癫痫默认模式网络内部的功能连接。从7个中心收集了247例全面性癫痫患者、288例部分性癫痫患者、135例良性癫痫患者以及307例健康对照。在体素水平和脑区水平分别考察了默认模式网络的动态和静态功能连接。在单个中心开展了不同癫痫亚组分析,并进行了跨中心综合统计。此研究发现除了背侧后扣带回功能连接增强外,在全面性癫痫和部分性癫痫的其他默认模式网络区域功能连接均降低。基于脑区的分析发现全面性癫痫和部分性癫痫的默认模式网络表现出功能连接降低且功能连接变异性增加。此外,良性癫痫的默认模式网络功能连接并未表现出显著异常。良性癫痫中默认模式网络未受累及的表现为理解癫痫良性的脑机制提供了新的线索。癫痫患者默认模式网络的低连接性和高变异性可能反映了癫痫发生和认知障碍共同脑网络机制。本研究结果为今后癫痫的默认模式网络研究提供了可靠的参考。第三部分,利用多模态MRI数据,以结构连接为约束限制,构建了大尺度动态和静态功能脑网络,且使用盲解卷积的方式构建了神经电活动层面的功能网络。创新性地发展了“网络加权耦合概率”指标,并利用该指标来评估静态功能连接和动态功能连接之间的关系。研究发现了全面性癫痫患者以默认模式网络、皮层下网络以及额顶网络为核心的多个脑网络多模态连接特征的异常改变。研究结果揭示了健康被试中大尺度脑网络动态和静态功能连接的拮抗效应,但全面性癫痫患者的核心癫痫网络中动态-静态功能连接之间表现出显著减弱的拮抗效应。本研究揭示了大尺度脑网络框架下不同癫痫网络的连接差异,从动态和静态功能连接拮抗效应的角度为癫痫脑网络机制提供新的线索。第四部分,本部分工作着眼于动态功能连接的时空特征,借助功能连接密度指标,利用滑动窗的方法,在全脑百量级亚区上考察体素水平的功能连接特征以及空间模式随时间的动态改变,并综合刻画了脑网络水平的时空变异模式。对于全脑指定区域,计算了功能连接密度序列的时间变异性,以及基于体素的空间变异性。研究发现健康被试的高级网络表现出更高的时空变异性,皮层下和初级网络表现出中等水平的时空变异性,边缘系统表现出较低的时空变异性。与健康对照相比,全面性癫痫患者在默认模式网络中的时间变异性降低而空间变异性增高;在皮层下网络的时空变异性都降低。除此以外,在患者组观察到感觉运动网络和高级网络的时空变异性都增高。本研究结果表明特异脑网络的高同步性与癫痫活动的产生和传播的内在易感性有关。感觉运动网络和高级网络的动态特征异常可能是患者运动和认知异常等外在临床表型的潜在因素。本研究利用时空动态特征深入地揭示了全面性癫痫的脑网络机制。第五部分,本研究从层级连接的角度对全面性癫痫患者的皮层下-皮层的功能连接特征进行描述。为找出全面性癫痫特有的连接模式,本研究纳入颞叶癫痫患者开展了进一步对照分析。以丘脑、纹状体和小脑作为种子点,利用逐步功能连接的方法对层级结构进行分析,并重点探讨了逐步连接的强度、距离和空间范围等特征。研究发现所有皮层下种子点都逐渐连接到了一系列共同脑区,主要分布在初级感知觉和额顶注意网络。全面性癫痫患者与健康对照的对比时,表现出默认模式网络的低连接和视觉网络的高连接;而与部分性癫痫对比则展现出其独有的中央前后回高连接。此外,全面性癫痫患者丘脑与辅助运动区的连接距离显著缩短、视觉皮层与丘脑和纹状体的连接距离延长,而和小脑的连接距离缩短。全面性癫痫患者还表现出了与视觉和高级网络连接范围的扩大。本研究提供了新颖的证据来解释疾病特异性的皮层下区域的功能层级紊乱。上述发现强调了在理解不同癫痫的皮层下效应的时候,初级感知觉系统可能是一个特别值得关注的点。本论文的研究工作从多模态融合的脑网络层面出发,利用功能-结构、动态-静态以及时间-空间的融合分析技术,揭示了全面性癫痫的多维度特征,为理解脑网络机制提供了重要信息。本论文首先细化拓展了传统的丘脑-皮层环路,明确了不同环路在癫痫状态下的功能连接特征,并利用多中心大数据的研究方法阐明了默认模式网络失连接为主的异常功能状态。其次,基于大尺度的多模态脑网络连接融合分析揭示了以默认模式网络、皮层下网络和额顶网络为核心的癫痫脑网络异常,以及动-静态连接的异常耦合关系。再次,利用动态功能连接时-空特征的融合进一步指出了全面性癫痫患者不同脑网络的特异改变模式。最后,基于逐步功能连接的层级网络分析方法探究了全面性癫痫患者皮层下-皮层间信息交互的改变,并揭示了皮层下-感知觉系统特异性的超连接特征。本论文研究提出了全面性癫痫中以皮层下-皮层交互为核心环路,以及默认模式网络和额顶网络为主要异常的脑机制解释框架。