基于扩散磁共振成像(Diffusion Magnetic Resonance Imaging,d MRI)的纤维跟踪技术是目前非侵入式研究脑白质结构和认知功能的重要方法。在实际应用中,常用基于体素的分析方法(Voxel-based Analysis,VBA)来分析大脑白质纤维特征。但是,该方法存在如下问题,(1)选取感兴趣区域时非常依赖人工经验,(2)计算特征属性时会产生均值化,无法将全局扩散信息完整的展现,(3)没有详细的解剖学注释,这依赖于专家神经解剖学知识来细分和注释纤维束。为解决这些问题,基于一种自动注释纤维聚类(Automatic Annotation Fiber Clustering,AAFC)方法构建具有解剖意义的脑图谱来分析大脑认知功能,并针对国际象棋选手和阿兹海默症患者这两类在认知功能方面上特征显著的人群进行分析。论文主要工作如下:1.基于脑神经图谱,利用数据驱动算法将全脑纤维分割为多个具有解剖学定义的聚类,并在子类(例如上纵束)的分割水平上,研究大脑的认知功能。首先,二阶卡尔曼滤波纤维追踪方法对全脑纤维进行重建,得到150000根纤维。其次,将全脑纤维分割为800的子类,并选取64个子类作为感兴趣纤维束。最后,每根纤维沿整个纤维束重新采样到200个等距节点,以此来计算扩散属性并针对局部的差异进行皮尔逊相关性实验分析等检测。和传统方法相比,该方法在更加精细的尺度准确的定位全脑纤维束,并利用多点采样对具体的纤维分析。2.借助AAFC方法对职业象棋选手(n=29)和对照组(n=28)的大脑中与认知功能相关的几条纤维束进行了分析研究。实验结果证实了职业象棋选手脑白质在解剖学意义下部分脑区确实发生了变化。与普通样本相比,几乎每一条纤维束都有纤维类出现了连续的显著差异点,扩散指标也有着上升的趋势。皮尔逊相关性分析结果显示,这一区别与年龄,性别等干扰因素无关,与职业象棋选手的临床指标息息相关。实验还继续做了多重矫正加以验证,强化了结论的可靠性,证实了下象棋对人类大脑白质认知功能方面有着解剖学意义的变化。3.借助基于数据驱动的大脑图谱聚类方法细化脑区纤维,进一步研究人脑纤维结构与解剖学指标,去检测阿兹海默病人(n=29)和对照组(n=28)大脑白质有关认知缺陷的解剖学方面的变化。与上一实验中显著性差异较大的区域一一进行扩散属性的对比分析。实验结果展示出了阿兹海默症患者的上纵束与丘脑均有显著性差异区域被检测出,显著点均为连续。这就和第三章的实验结果形成了照应,缩小了有关人类大脑脑白质认知功能的研究范围,证明了认知活动与疾病均可以影响人类大脑解剖学意义上的变化。采用AAFC方法进行了人类脑白质认知功能分析,通过职业象棋选手的显著性差异证明了人脑的解剖学水平受大脑认知功能的影响。另一方面针对具有认知缺陷的阿兹海默症患者进行研究,加以佐证以上观点。综上所述,研究结果证实了职业象棋选手与阿兹海默症患者的认知功能会影响大脑解剖水平上以及扩散属性的差异。有关记忆力,注意力和视觉等白质纤维特性均有可能会受长期的认知活动的影响。研究认知功能机制的变化,对提高高层认知能力具有重要意义。同时研究大脑局部差异的属性,为研究白质的发展提供了新思路。