产前可卡因暴露（Prenatal Cocaine Exposed,PCE）指孕妇在怀孕期间接触过可卡因或者含有可卡因成分的药物或食品使胚胎间接受到可卡因影响的现象。研究表明,产前可卡因暴露不仅会提高孕妇早产、流产的机率,而且会影响其体内胚胎长期的神经认知发育,甚至导致社会性问题,因此需要对产前可卡因暴露进行研究。当处于情绪激活状态,大脑为维持内外平衡,需要调控认知功能以抑制情绪激活,因此一直处于高情绪唤醒的产前可卡因暴露青少年对认知功能需求更高。据此我们提出假设:产前可卡因暴露青少年在情绪激活状态与认知功能激活状态之间的转换频率高于正常青少年。基于上述假设,我们利用产前可卡因暴露青少年的静息态磁共振影像数据,应用传统的静息态脑功能网络拓扑属性分析方法、K-means聚类以及隐马尔科夫模型等机器学习方法,以分析产前可卡因暴露青少年与正常青少年在空间维度以及时间维度上的差异。本文的研究内容如下:1)脑功能网络拓扑特性实验利用产前可卡因暴露青少年静息态功能磁共振数据构建脑功能网络并计算拓扑属性指标。实验结果表明,产前可卡因暴露青少年脑功能网络的聚类系数、小世界属性以及局部效率值更低,这说明与正常青少年相比,产前可卡因暴露青少年的脑功能网络更紊乱,脑网络拓扑结构受到损伤。2)在利用K-means聚类对产前可卡因暴露青少年与正常青少年的情绪网络与执行控制网络进行聚类分析的实验中,分别采用手肘法、轮廓系数法以及围绕中心划分算法（Partitioning Around Medoid,PAM）共同确定最佳聚类数目。实验结果表明,不同组别的情绪网络与执行控制网络存在着不同数目的子类,聚类结果如下:正常组情绪网络为5类,产前可卡因暴露组情绪网络为6类,正常组执行控制网络为9类,产前可卡因暴露组执行控制网络为10类。产前可卡因暴露组中脑网络子类数目多于正常组,说明前者脑功能状态划分多于后者。这个实验结果说明了产前可卡因暴露青少年与正常青少年脑功能网络存在空间维度上的差异。3)我们将K-means聚类得到的聚类结果应用至隐马尔科夫模型中,将每类聚类簇用作隐马尔科夫模型的观测状态,最终得到不同组别情绪网络与执行控制网络的隐马尔科夫模型。利用隐马尔科夫模型以及观测状态可以得到状态转移概率矩阵以及每个观测状态在时间序列上所占据的比例。实验结果表明,在情绪网络以及执行控制网络中,产前可卡因暴露组的观测状态转移频率均高于正常组。这个实验结果从时间维度上说明了两组被试的差异,同时为我们的假设提供了支持的论证。本研究分别从脑功能网络拓扑特性、空间维度及时间维度上发现产前可卡因暴露青少年与正常青少年的组间差异,为理解产前可卡因暴露的内在病理机制提供了重要信息。