随着扫描技术和数据分析的进步,功能磁共振成像(Functional magnetic resonance imaging,fMRI)已经成为探索人脑功能的主要工具之一,同时为研究阿兹海默症、精神分裂症等神经精神疾病提供了一种非入侵式的有效方法。通过脑影像技术研究脑动态功能连接有助于理解脑内跨越时间空间维度的功能交流,而且可以应用于神经精神疾病功能异常的分析中。虽然已经有许多前人工作探究了动态连接方面的性质及其在疾病中的异常,然而功能连接模式在结构连接的制约下是如何灵活地改变的,其中机理我们知道的很少。有许多工作通过将复杂系统科学中的复杂网络以及自组织临界理论引进脑科学研究领域,作为分析方法和工具来探究脑功能活动的机制,并且取得了一定的结果。我们提出连接数目熵指标来衡量脑功能连接在时间空间上的灵活性,基于95名健康被试的静息态fMRI数据分析,我们发现熵值与表示脑活动长程时间自相关性的赫斯特指数成正比,说明人脑处于临界点附近时有最高的功能灵活性。接着我们在基于弥散张量影像的动力学模型中验证了上述结论。并且我们观察到,在临界点时熵在模型与数据中的分布最为相似,因为此时结构连接的信息可以被临界动力学所反映。我们运用临界动力学理论探索了功能灵活性背后的机制,为刻画动态功能连接提供了一种可行方法,为分析脑疾病中动态功能的异常提供了潜在应用价值。烟雾病是一种分布广泛的脑血管疾病,会对患者造成认知障碍。由于其致病机制还不清楚,所以其诊治方法还不明确。我们基于fMRI数据,数据包括26名健康被试,51名烟雾病患者,患者又分为27名有认知障碍的VCI组和24名无认知障碍的NonVCI组。首先我们检查了三组被试的静态脑网络在全局以及局部水平的差异,然后用连接数目熵来探究三组的功能灵活性在全脑、局部脑区以及静息态脑网络上的差异,接着定位了三组中的功能灵活脑区和功能特化脑区。静态网络分析表明烟雾病患者脑功能网络表现出“小世界网络”属性,但与健康被试对比发现,刻画人脑功能整合、分割能力的网络拓扑参数以及小世界性指标都发生了偏离。随后的动态分析发现三组的熵值在全脑以及静息态网络层次都存在显著性差异,在脑区分布上的差异多集中在与多种认知能力相关的脑区。进一步分析发现,功能灵活和特化的脑区在三组之间都发生了改变。以上工作不仅第一次从静态和动态两方面刻画功能连接在烟雾病中的改变,而且表明烟雾病会导致大脑临界态的偏离,为理解其病理生理学和判断诊治方向提供了一种新的方法观点。