利手(handedness)是在日常生活、工作、学习和劳动活动中惯用或善用的手,也被称为“优势手”,同时它也是人类中枢神经系统偏侧化最明显的反映,通常与大脑解剖形态和功能的不对称性联系在一起。以往研究显示,与利手相关的大脑解剖形态差异主要集中在皮层下组织和语言功能网络中,前者与大脑皮层的高级认知网络存在结构、功能和神经递质传递上的关联,后者主要归结于利手与语言功能偏侧化之间的联系上。在对白质纤维束不对称性的研究中,利手与胼胝体和弓形束、上纵束等纤维束的解剖形态和微结构属性之间存在关联。在对大脑功能的不对称性研究中,与利手联系最紧密且具有明显偏侧化属性的认知功能是语言功能,而且该功能网络的解剖形态和功能连接(functional connectivity,FC)等特征也与利手有密切联系。通过对以往文献的梳理和总结,笔者发现,利手似乎与大脑功能之间的关联比与大脑解剖形态的关联更强。另外,大部分研究只关注利手与大脑解剖形态或大脑功能不对称性的关联,很少有研究尝试综合利用这些基于利手的大脑特征做出预测方面的工作。所以,为验证这一假设并补充以往研究的不足,本研究将从大脑灰质形态、白质纤维微结构和静息态FC模式等层面探讨利手与大脑不对称性的关联,尝试在统一框架内做出解释,并运用这些基于利手的大脑特征来预测剑桥大学老化和神经科学中心(Cambridge Centre for Ageing and Neuroscience,Cam-CAN)数据库中部分样本个体的利手系数,这将有助于解释和补充现有基于利手的脑机制预测研究,对利手的发展发育从进化角度做出解释。基于此,本研究将开展四项研究考察利手与大脑解剖形态和功能的不对称性之间的联系,并利用这些联系对Cam-CAN数据集部分样本个体的利手系数进行预测研究。研究一到研究三的着重点在于探究利手的大脑解剖形态基础和功能活动机制,并提取相应特征以构建预测模型,在研究四中完成对个体利手系数的预测。具体而言,研究一在灰质形态层面上考察了利手与体积不对称性的关联,结果表明,利手与丘脑区域灰质体积的不对称性有显著关联,即个体的用手偏好越倾向于右手,其丘脑团簇的灰质体积右侧不对称性越低,这与以往研究的结论相似。研究二尝试从白质形态上对利手与大脑解剖形态不对称性之间的联系作出刻画,研究结果表明,个体的利手系数越大,即表现为右利手,其胼胝体压部部分各向异性(fractional anisotropy,FA)的右侧不对称性程度越高,在白质连接层面反映了利手与颞叶功能的联系。鉴于利手与语言功能偏侧化之间的联系,研究三采用静息状态功能数据,选取对大脑语言功能偏侧化做出较大贡献的关键脑区作为种子区,采用种子区对全脑体素的FC模式计算方式,探究利手和这些FC模式不对称性的关系,具体研究结果表明,利手与双侧额下回三角区对左侧脑岛团簇、左侧枕中回团簇和左侧辅助运动区团簇的FC不对称性,与双侧脑岛对左侧颞中回团簇和左侧内侧额上回团簇的FC不对称性,与双侧颞上回对左侧枕中回团簇的FC不对称性之间呈显著正相关;与双侧额中回对左侧梭状回团簇和左侧中央后回团簇的FC不对称性,与双侧辅助运动区对左侧额中回团簇的FC不对称性之间表现出显著负相关,这些结果在静息状态层面上反映了利手与语言功能偏侧化的联系。研究四使用Cam-CAN的部分样本数据,根据被试的年龄、性别、利手系数等人口学变量匹配之后包含49名左利手个体和相等人数的右利手个体。通过综合前三个子研究所得的基于利手的大脑不对称性特征,将这些特征一同纳入到预测模型中,采用向后逐步回归的分析方法,逐一排除未达到显著预测效果的变量,并反复评估模型的预测能力,最终确定最优的预测模型。研究结果发现,双侧额下回三角区与左侧脑岛团簇、双侧脑岛与左侧内侧额上回团簇以及双侧额中回与左侧中央后回团簇的FC不对称性能够显著预测个体利手系数11.6%的变异,说明利手与大脑不对称性的关联主要表现在大脑功能层面,这与研究的假设相一致,同时也提示我们大脑语言系统和运动系统的共同作用,以及遗传基因、环境影响方面的因素联合起来可能会对个体的利手系数具有更强的解释力。总的来说,本研究采用多模态脑影像数据,在大脑解剖形态的不对称性和功能的不对称性两个层面上考察了利手与大脑不对称性的相关关系,并利用这些特征显著预测了Cam-CAN样本个体的利手系数,提高了研究整体的可靠性。未来的研究可以使用较大的样本量,利用多模态脑影像数据,结合现有的研究分析方法,对利手的大脑不对称性机制进行进一步探讨。本研究通过综合考察利手的大脑解剖形态基础和功能机制,并综合这些特征对个体的利手系数进行预测,弥补了以往研究的不足,从进化角度剖析了利手与大脑不对称性的关联,为深入理解利手的大脑机制提供了进一步证据,也为未来基于多模态影像特征对利手的预测研究和数据挖掘工作提供了一定参考。