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孤独症谱系障碍（Autism spectrum disorder,ASD）是一种脑连接异常的神经发育性疾病,其核心症状表现为言语障碍、社会交流异常和重复刻板行为。孤独症谱系障碍病因尚不明确,患病率日益增加,其临床诊疗效果欠佳,给患者和家庭造成了严重的经济和精神负担。如何实现孤独症谱系障碍的早期诊断和干预成为了急需解决的科学问题。因此,探索孤独症谱系障碍病理学机制,并找出能识别孤独症谱系障碍发病机理的生物标记物对其临床诊断和干预具有重大的现实意义。大量研究表明孤独症谱系障碍患者神经活动的同步性出现异常,并且这种异常在大脑发育过程中会不断发生变化。近年来,磁共振成像技术因其安全无创性、高分辨率和可重复性等特点被广泛应用于各种精神疾病的研究,为我们从不同层面探究神经活动的同步性提供了重要途径。本论文借助磁共振成像技术和脑连接相关的分析方法,以大脑发育过程中脑连接异常变化为切入点,对孤独症谱系障碍患者脑功能和脑结构的异常连接模式进行研究,试图探索出能够作为孤独症谱系障碍潜在病理学机制的生物标记物。主要研究内容如下:1.针对孤独症谱系障碍儿童大脑默认网络动态功能连接异常表征的科学问题,采用静息态动态功能连接方法,探测到孤独症谱系障碍儿童大脑中后扣带皮层与右侧中央前回的动态功能连接显著低于正常对照组,并且这些异常降低的动态连接模式与患者的社交动机和人际间交往行为存在显著的负相关关系。此外,还探测到孤独症谱系障碍儿童患者与正常对照在不同的状态下连接模式存在显著的不同。该研究揭示了后扣带区域到感觉运动皮层异常的动态功能连接与孤独症患者异常社会行为存在密切联系,并强调了后扣带区域在孤独症谱系障碍患者异常的社会认知中扮演着重要角色。2.针对孤独症谱系障碍青少年前期患者大脑默认网络子系统动态整合异常的科学问题,采用静息态动态功能连接方法,探测到孤独症谱系障碍患者内侧颞叶子系统异常的动态功能连接模式与其症状的关系。结果发现,在内侧颞叶子系统中,孤独症谱系障碍患者左后顶叶节点时域变异性显著低于正常对照,而后压皮质节点时域变异性显著高于正常对照;同时,在内侧颞叶子系统中,孤独症谱系障碍患者大脑的腹内侧前额叶与右侧海马的功能连接变异性显著高于正常对照,以及左后顶叶与背内侧前额叶子系统中右侧颞极的功能连接变异性显著低于正常对照。进而,这些异常的变异性可有效预测孤独症谱系障碍患者的重复刻板行为。此外,孤独症谱系障碍患者大脑动态功能连接状态比正常对照更加稳定。该研究表明,孤独症谱系障碍患者大脑内侧颞叶子系统异常的功能连接变异性与其症状相关,为我们对其病理生理学机制的理解增加了新的知识。3.针对孤独症谱系障碍青少年前期患者脑网络异常发育轨迹的科学问题,发展了结构-功能连接估计脑连接组年龄的分析方法,探测到儿童时期孤独症脑连接组年龄显著高于其实际年龄,而在青少年时期中孤独症脑连接组年龄显著低于其实际年龄,但这种差异在正常对照中并不明显。该研究表明,孤独症患者在儿童时期表现出大脑加速发育,但随后至青春期大脑发育开始变得迟缓,强调了脑连接组年龄在理解孤独症患者大脑的异常发育轨迹中扮演着重要角色,并为该疾病的病理生理学机制提供了新的视角。4.针对孤独症谱系障碍青少年前期患者脑连接异常耦合的科学问题,发展了多重线性回归模型分析方法,探测到孤独症谱系障碍患者大脑在右侧辅助运动区、右侧脑岛和左侧额下回的结构连接与其功能连接耦合异常高于正常对照组,并且这些异常的结构和功能连接耦合关系能预测出孤独症谱系障碍患者症状（Autism diagnostic observation schedule,ADOS）总的严重程度。此外,还探测到孤独症谱系障碍患者症状严重程度可以作为中介因子,调节着右侧辅助运动区到全脑的结构连接与对应功能连接之间的关系。该研究表明,脑结构和脑功能连接异常耦合模式在孤独症谱系障碍病理学机制中扮演着重要角色,对结构和功能关系的详尽描述有助于深入了解孤独症谱系障碍病理学机制,并对其症状早期的临床诊疗提供新的思路。5.针对孤独症谱系障碍青少年前期患者不同模态的异常脑连接模式的科学问题,发展了支持向量机（Support vector machine,SVM）分类模型和多模态融合的方法,探测到融合三模态的连接特征能识别孤独症谱系障碍和正常对照的准确率可达82.69%,比任何单一模态或者任意两个模态组合的分类准确率都高,而且这些分类特征主要分布在弥散张量成像模态（Diffusion tensor imaging,DTI）的颞叶、顶叶和枕叶网络,功能模态（Functional magnetic resonance imaging,f MRI）的前额叶和顶叶网络以及T1结构模态（Structural magnetic resonance imaging,s MRI）的颞叶网络。此外,还探测到这些特征的连接模式能预测孤独症谱系障碍患者异常的社会交往行为。该研究表明,基于多模态的脑连接模式可以为探索孤独症谱系障碍病理学机制提供互补的信息,并强调神经影像学不同模态的连接模式在孤独症谱系障碍病理生理机制中扮演着重要角色。总之,本论文以磁共振成像技术为载体,从局部到整体,发展了脑连接方法以及建立了多模态脑连接融合模型;进一步,建立脑连接网络模式识别、预测模型,探索孤独症谱系障碍在发育过程中脑连接的异常变化模式,从而拓展了探测孤独症谱系障碍神经病理学机制的新视角,并为孤独症谱系障碍早期诊断和干预提供了新的思路。