功能磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）是近些年来发展起来的一种新的非介入性研究大脑功能的成像技术。研究人员借助信息科学中的数据分析方法对fMRI数据进行处理和分析，可以获得采用其它传统方法所无法获得的新信息，是研究人脑认知思维活动下的神经机制的一种强有力工具。大脑可塑性作为大脑的基本属性之一，长久以来受到了广泛地关注。通过对大脑可塑性的研究，可以了解大脑神经系统的动态变化，为进一步了解大脑发展的本质和开发大脑的潜在能力提供了理论基础。　　如今，针对大脑可塑性的研究大多是关于疾病的研究，以康复训练/治疗作为载体来研究大脑皮层功能的可塑性。本研究通过对大脑损伤病人康复治疗前后大脑相关神经机制的研究，为从神经活动层面揭示损伤大脑在康复过程中相关神经机制的变化提供了有价值的证据，同时，也为进行临床治疗和干预以及教育教学实践等都提供了重要的理论依据和线索。　　此外，除了损伤大脑具有可塑性之外，正常的大脑在发育过程中也是普遍存在可塑性的。并且，由于病人自身的限制，实验者无法采用精细、较长时间的实验设计，从而考察具体的学习训练引起的大脑神经机制的改变比较困难。因此，通过对经过长时间学习训练的正常被试，采用精细的实验设计可以为研究正常大脑在某个具体学习训练下的神经机制的变化提供证据，从而进一步揭示大脑活动的规律及其可塑性的神经机制提供有力的证据。　　本文所述的研究工作主要围绕大脑可塑性这一大脑基本属性展开，相关工作主要由以下三部分组成:　　1.采用功能磁共振成像和弥散张量成像(DTI)联合分析方法，分析脑卒中病人康复治疗下大脑运动皮层相关神经机制的改变、大脑白质连接完整性的变化，以及二者之间的关系。采用基于广义线性模型的统计参数映射方法对采集到的fMRI数据进行全脑分析，比较康复训练前后病人大脑单个脑区活动水平的变化;同时采用基于分数各向异性分析方法对采集到的DTI数据进行全脑分析和局部分析，比较康复训练前后病人大脑白质完整性的变化，并进一步考察康复训练前后大脑灰质活动和白质连接关系的变化。从大脑的功能和结构两个方面来考察康复训练后大脑神经机制的变化。研究表明经过康复治疗大脑皮层相关脑区进行了功能重组，为损伤大脑的功能可塑性提供了证据。　　2.采用基于静息态磁共振成像的功能连接分析方法，分析自闭症谱系障碍(ASD)儿童康复训练前后大脑连接网络的变化。尽管对于大脑单个脑区活动的变化可以提供大脑可塑性的相关信息，然而越来越多的研究表明，大脑的功能实现并不是以单一脑区来完成的，而更多地是以网络的形式进行。因此，研究的第二部分采用基于种子点的功能连接分析方法，比较康复训练前后大脑的功能连接强度的变化，并将功能连接强度的变化和病人临床诊断结果进行相关分析，考察病人大脑连接强度的变化和病人行为改善之间的关系。研究表明在ASD儿童中，前额叶皮层的过连接可能阻碍了合适的信息交流，而康复训练可能会修补异常的前额叶功能连接。而和枕颞叶区域的功能连接的增加可能说明了经过康复训练ASD儿童更依赖对低级信息的处理，而增加的功能连接可能是对前额叶功能连接异常起到代偿作用。　　3.采用独立成分分析以及精细的实验设计研究正常被试在长期学习经验影响下对不同种族面孔加工的跨种族效应的神经机制。研究的第三部分采用基于数据驱动的独立成分分析方法，避免了研究第一部分中基于模型分析方法需要对模型进行假设、研究第二部分中基于种子点分析方法需要先验知识的缺点，直接从fMRI数据得到被试对不同种族面孔加工时的大脑空间组成成分。研究发现被试分类本族面孔时，在腹侧枕颞叶皮层，尤其是梭状回脑区，所组成的网络的时间序列和实验的理想时间序列拟合程度显著高于分类外族面孔，表明可能由于我们对于本族面孔具有较高水平的专家经验，所以在处理本族面孔时更多的由枕颞叶皮层资源参与。而在分类外族面孔时，由楔前叶组成的网络的时间序列的拟合程度显著高于分类本族面孔，暗示着被试需要更多的神经和认知过程来理解和对外族面孔做出反应。