当今时代,人们的生活习惯和饮食结构发生了巨大的变化。便捷的交通方式以及人们自身“久坐不动”的工作方式导致运动消耗减少,加之过剩的食物摄入使得体重不断增加,肥胖人群比例激增,已成为全球性的健康问题。临床表明减重手术是目前治疗重度肥胖最有效的方式,能够引起长期显著和持续的体重降低。神经影像学研究发现肥胖引起大脑功能和结构的异常,而减重手术在改善代谢、饮食行为和降低体重的同时,可以显著的改善肥胖引起的大脑功能异常。研究表明,大脑结构变化是大脑功能变化的物质基础,大脑功能变化与大脑解剖结构的变化存在一定的相关性。因此,减重手术在显著降低肥胖患者体重的同时,能否逆转肥胖造成的大脑结构异常变化,是一个值得探究的科学问题。前期结构影像学研究,只是从全脑水平报道了减重手术引起的大脑灰、白质密度和白质骨架的变化,没有研究皮层形态学变化,也没有研究手术引起的皮层和皮层下脑区间白质纤维束连接的变化。这一科学问题的阐明,将从大脑皮层形态学和白质纤维束连接变化的角度为揭示减重手术引起的大脑结构变化提供影像学证据,进而也有助于揭示减重手术的中枢调节机制,为临床干预治疗和新药物研发提供临床实践和理论依据。本文采用组别(肥胖手术组、对照组)×时间(术前、术后1个月)的2×2实验设计,招募接受袖状胃切除手术(laparoscopic sleeve gastrectomy,LSG)的肥胖患者和非手术的对照组,在手术组术前和术后1个月(对照组相应时间点)进行T1结构和弥散磁共振数据扫描。运用基于表面形态学测量和概率性纤维束追踪技术,采用重复测量方差分析,研究LSG手术引起的肥胖患者大脑灰质结构和白质纤维束连接变化,探究减重手术的中枢调节机制;此外,将肥胖患者术后1个月的中枢结构变化作为特征指标,选取适用于小样本的孪生网络与K近邻(k-Nearest Neighbor,KNN)算法构建用于预测肥胖患者术后长期减重效果的分类预测模型,试图探索大脑皮层结构变化作为影像学标记用于预测体重变化的有效性。首先,招募22名接受LSG手术的肥胖患者作为手术组和21名相匹配的肥胖患者作为对照组,针对T1结构影像数据,采用表层形态学和皮层下体积测量方法,研究LSG手术引起的肥胖患者大脑灰质结构变化。结果发现,LSG手术降低了肥胖患者大脑与自我参照处理(precuneus)相关脑区的皮层厚度,增加了与驱动控制(MOFC,VACC)、情绪调节(VMPFC)、内感受(INS)和视觉加工处理(STG)相关脑区的皮层厚度;增加了与躯体感觉处理(PostCen)和情感控制(VACC)相关脑区的皮层体积,与奖赏(CAU)相关脑区的皮下体积。进一步,临床测量数据与结构影像数据的相关性分析发现,肥胖患者降低的BMI与变化的VMPFC和precuneus区域皮层厚度呈现显著相关性。这些结果表明,LSG手术在降低体重的同时,也引起了大脑结构形态学(皮层厚度和体积)的变化,这些脑区与执行控制、自我参照加工处理密切相关。其次,肥胖患者术后对高热量食物渴求显著降低,提示与食物奖赏加工相关脑区的结构变化可能影响了奖赏功能的加工处理进而改变饮食行为。于是,本项研究选取上述结果中灰质结构形态学发生变化且与奖赏相关的MOFC、CAU、INS区域作为种子区域,研究LSG手术引起的大脑白质纤维束连接变化,发现LSG手术增加了与奖赏驱动调节相关的MOFC-CAU和与感觉驱动调节相关的MOFC-INS之间白质纤维束连接部分各向异性分数(FA),降低的BMI与增加的MOFC-CAU之间白质纤维束连接FA值呈现负相关性。这一连接变化与体重变化间的相关性,表明随着体重降低,LSG逆转了白质纤维束异常的连接。最后,利用肥胖患者术后1个月大脑皮层结构变化的影像数据作为特征指标,采用孪生网络和KNN算法构建预测术后6个月减重效果的分类预测模型,结果显示分类准确率达到80.65%,灵敏度81.25%,特指度80%。这一结果表明肥胖患者大脑皮层结构变化,可作为有效的影像学标记预测术后长期减重效果。本文通过研究LSG手术前后肥胖患者大脑灰质结构和白质纤维束连接的变化,发现了LSG手术降低体重同时,逆转了肥胖造成的灰质结构和白质纤维连接的异常变化,为揭示减重手术的中枢调节机制提供了影像学证据。此外,通过术后短期灰质结构变化的影像学特征,预测术后中长期减重效果的初步尝试,有助于筛选减重效果不佳的患者,为临床及时干预治疗提供有效信息。