偏头痛是一种严重的多相性脑疾病,以反复发作的中重度头痛为特征,通常伴有多种感觉症状,如恶心、呕吐,以及对嗅觉、视觉、听觉和体感刺激的过敏反应。偏头痛在世界范围内有很高的患病率,并且严重可致残,很大程度上会影响患者的生活质量,也造成了巨大的社会经济负担。但偏头痛的病理生理机制尚未完全了解,这阻碍了对该疾病的有效治疗。前期神经影像学研究通常从全脑出发,探究了偏头痛患者的功能和结构改变,反映了该疾病带来的神经影像学变化。然而三叉神经痛觉通路中关键脑区亚区的功能和结构改变值得我们进一步去研究。随着技术的进步,我们可利用多模态磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）更精细地探究偏头痛患者三叉神经痛觉通路中关键脑区亚区结构的功能和结构改变,以及利用血氧水平依赖效应（blood oxygen level-dependent,BOLD）探究白质纤维束和灰质区域的功能耦合,进一步揭示白质中的功能改变。本论文采集了50例无先兆偏头痛和50例性别年龄匹配的健康对照组的多模态磁共振数据,包括静息态功能磁共振数据（48例）、高分辨T1加权结构像（50例）和弥散张量成像（46例）。首先,本文从三叉神经痛觉通路的关键脑区——脑干、丘脑、感觉运动皮层出发,探究这些脑区亚区结构和全脑的功能连通性。基于静息态功能磁共振数据的分析发现:与健康对照组对比,无先兆偏头痛患者脑干区域后脑桥与顶上小叶、颞中回、额中回功能连接显著降低,并且功能连接异常的后脑桥局部一致性（regional homogeneity,Re Ho）也降低。丘脑亚区功能连接性研究表明:无先兆偏头痛患者丘脑前背核与楔前叶功能连接显著降低,丘脑腹后核与楔前叶、顶下小叶、额中回功能连接显著降低。感觉运动亚区功能连接性研究发现:与健康对照组相比,无先兆偏头痛患者感觉运动亚区与后顶叶、视觉皮层、颞叶、扣带回、前额叶、楔前叶、感觉运动区及小脑之间的功能连接中断。其次,我们研究了无先兆偏头痛患者的小脑和脑干的结构变化。功能连接研究表明三叉神经血管通路脑区与大脑其他痛觉相关的脑区功能连接异常,进一步证实了三叉神经血管学说在偏头痛病理中的作用。这些与疼痛相关的脑区通常被称为“疼痛矩阵”,“疼痛矩阵”之间异常的功能连接可能与连接这些脑区的脑白质纤维束的功能和结构异常有关。本研究中,我们基于无先兆偏头痛患者和健康对照组高分辨T1加权结构像和弥散张量数据,并利用空间无偏的人类脑干和小脑的高分辨的模板（spatially unbiased infratentorial template,SUIT）,更精细地探测了无先兆偏头痛患者的小脑和脑干的结构变化。研究结果显示:白质纤维束小脑下脚的微结构发生改变,小脑蚓体六区延伸至双侧小叶五区和小叶六区的各向异性降低,以及三叉神经脊束核的灰质体积和弥散张量系数改变。再者,我们研究了偏头痛患者白质纤维束和灰质脑区的功能连接性。功能磁共振成像（functional MRI,fMRI）一般利用BOLD效应来探测灰质中的神经活动,而使用适当的数据分析方法,也可以探测白质中的BOLD信号,并可计算灰质和白质之间的功能连接性。因此,我们使用改进的数据分析方法进一步计算了偏头痛患者白质纤维束和灰质区域的功能连接。我们的研究发现无先兆偏头痛组灰质和白质功能连接中断,同时反应了白质纤维束和灰质脑区的功能存在异常。功能异常的白质纤维束包括:脑干纤维束,如右侧内侧丘系、右侧小脑下脚、小脑中脚、双侧小脑上脚;投射纤维,如双侧前辐射冠;此外还有联络纤维如双侧上纵束、左侧外囊、左侧后丘脑辐射（包含视辐射）。功能异常的灰质脑区包括躯体感觉区、听觉皮层、额叶区、扣带皮层和顶叶皮层。上述多模态MRI研究表明:无先兆偏头痛患者后脑桥存在功能异常,脑干、丘脑、感觉运动皮层与全脑多个脑区功能连接中断,这可能导致患者在多元感觉整合、痛觉处理、空间注意、认知评估和疼痛调节方面的功能障碍。小脑脑干结构分析表明,小脑下脚弥散系数发生改变,提示无先兆偏头痛患者从延髓到小脑的感觉运动信息传导和整合存在异常;三叉神经脊束核的结构改变可能导致三叉神经脊束核异常地传输和调节来自脑血管和脑膜的有害信息。此外,与健康对照相比,无先兆偏头痛患者白质纤维束和灰质区域之间的功能连接整体中断,这可能导致“疼痛矩阵”的功能连接中断。并且我们发现了一些白质纤维束和灰质脑区整体的功能连接降低,这反映了白质纤维束的功能异常。我们进一步推测灰质脑区功能异常,以及功能连接中断与白质纤维束的功能和结构异常有关。这些结果为偏头痛病理的神经基础提供了新的见解,并将有利于这种疾病的诊断和治疗。