第一部分：不同发育阶段视觉剥夺对盲人脑结构重构的影响[目的]本研究通过收集从先盲到晚盲各失明年龄段的大样本数据库,联合脑皮层厚度分析、脑灰质体积分析以及脑白质弥散指标分析等多种脑结构分析方法,试图阐明以下科学问题：(1)发育关键期对大脑结构的重构发挥什么样的作用?(2)即使过了关键期,脑结构是否仍旧发生了持续的重构,或者说失明年龄与重构是否存在相关?[方法]本研究共纳入20例先盲、31例早盲、53例晚盲和40例视力正常的对照者。对所有受试者行三维T1加权结构像和弥散张量成像(DTI)采集。使用T1结构像构建皮层表面,提取皮层厚度；并对T1像进行容积分割,得到相对灰质体积；使用单指数模型解算弥散张量,提取出各向异性分数(FA)指标。分别使用基于体素(或者顶点)的分析方法和基于感兴趣区的分析方法比较上述结构指标的组间差异。并分析各结构指标与失明年龄的相关性。[结果](1)和正常人相比,先盲以初级及腹侧视觉皮层广泛增厚为主要表现,部分减低的脑区位于双侧颞极、梭状回、以及双侧中央前回；晚盲腹侧视觉亚区及MT+皮层厚度明显变薄；而早盲除了MT+以外,其余视觉亚区受累均不显著。初级和腹侧视觉皮层的厚度与失明年龄呈显著负相关。(2)整个盲人组视觉皮层灰质体积以减低为主。初级视觉皮层比高级视觉皮层受累严重,晚盲比早盲受累严重。并且初级及腹侧视觉皮层灰质体积与失明年龄呈负相关。各盲人组旁中央小叶灰质体积明显增加,并且先盲组显著高于早盲组和晚盲组。(3)各盲人组的前视觉通路白质FA值显著减低,失明年龄约大,受累范围越广泛,但各组减低幅度无显著差异,FA值与失明年龄也无显著相关。[小结](1)早期视觉经验对视觉皮层及其他感觉皮层的结构重塑起着至关重要的作用；(2)失明年龄对盲人的脑灰质结构特别是对视觉皮层的重构也有显著的影响,并且这种影响即使在视觉皮层发育关键期之后也持续存在。第二部分：盲人脑功能连接密度的重构[目的]为了阐明不同视觉剥夺时期对静息态脑功能组构的影响,本研究引入功能连接密度(FCD)分析来验证以下两个假设：(1)先盲和晚盲初级视觉皮层的功能连接密度均减低,因为前期研究已经表明他们前视觉传导通路结构均受损；(2)先盲在高级视觉区的功能连接密度重构要比晚盲显著,因为大脑在关键发育期拥有更强的跨模态重塑能力[方法]本研究纳入先盲19例、晚盲34例和健康对照43例。对所有受试者行静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)。得到的数据先进行rs-fMRI的常规预处理后,计算出全脑短程及长程FCD指标。基于体素水平比较各组短程及长程FCD的差异,并分析FCD与失明年龄的相关性。[结果](1)和正常人相比,早盲初级视觉皮层的短程及长程FCD显著减低,高级视觉通路FCD的增加,并且腹侧视觉通路比背侧通路重构显著。(2)晚盲初级视觉皮层的FCD减低比先盲广泛,而且视觉后丘脑也受累。晚盲的高级视觉通路FCD也有重构,但是腹侧通路受累比先盲要弱得多。(3)在晚盲中,左侧初级视觉皮层的短程FCD与失明年龄存在负相关。[小结](1)各盲人组初级感觉皮层、腹侧及背侧视觉通路上的静息态功能组构发生了明显的重塑；(2)早期视觉经验在腹侧视觉通路功能连接的重塑方面起着重要的作用；(3)即使过了发育关键期,初级视觉皮层的功能连接受损也会随着失明年龄增加而更严重。第三部分：先盲视觉亚区结构和功能的发育与视觉经验的相关性[目的]前面研究已经表明先盲视觉皮层发生了显著的结构和功能重构,但是各视觉亚区的受累情况尚未完全阐明。本研究综合运用皮层厚度分析和功能连接(FC)分析进一步验证以下假设：(1)不同视觉亚区的结构和功能发育对视觉经验的依赖程度是不同的；(2)高级视觉皮层和初级视觉皮层之间的内在FC在先盲中发育正常。[方法]本研究共纳入39例先盲和56例正常志愿者。首先对各受试者行三维T1结构像和rs-fMRI数据采集。提取出全脑和各视觉亚区的皮层厚度。计算初级体感皮层(S1)与视觉皮层及其各亚区的FC以及视觉各亚区内部之间的FC。比较各组上述指标的差异。[结果](1)先盲的初级视觉皮层厚度增加最显著,而许多高级视觉皮层亚区厚度增加不明显；越靠近初级视觉皮层,增幅越大。(2)视觉皮层和S1的FC显著减低,并且初级视觉皮层比高级视觉皮层受累明显,腹侧视觉区比背侧视觉区受累明显。(3)同侧大脑半球的初级视觉区与高级视觉区的FC增加,而半球间的功能连接减弱。[小结]视觉各亚区的发育对视觉依赖性是不同的,这种假设可以解释多数有关枕叶皮层结构和功能重构发现。基于视觉区内FC分析,本研究也提示间接皮层-皮层连接可能是非视觉感觉信号到达初级视觉皮层的重要通路。第四部分：先盲注意网络功能连接的可塑性[目的]许多研究表明先盲比正常人对听觉和触觉的感知能力要强,而注意在其中可能起到重要的作用。为了明确先盲的注意网络是否发生了重构,本文使用静息态网络分析试图验证以下假设：(1)注意网络内的功能连接是增强的,这有助于解释先盲处理注意需求任务的能力高于正常人；(2)注意网络与枕叶脑区的FC也增强,从而有助于解释先盲在处理听/触觉识别任务时枕叶皮层的激活。[方法]本研究纳入39例先盲和76例正常志愿者。首先采集rs-fMRI和DTI数据。对rs-fMRI数据进行预处理后,提取出背侧注意网络(DAN)和腹侧注意网络(VAN),分析注意网络内部,以及注意网络与枕叶之间的功能连接差异。并使用概率追踪寻找注意网络与枕叶皮层直接结构连接的证据。[结果](1)和正常人相比,先盲注意网络内的FC只发现增强。增强的连接主要在DAN内,以及DAN与其它注意节点之间；而VAN内FC增强不明显。(2)额岛区注意节点(aINS、pMFG和pIFG)与广泛枕叶皮层的FC显著增强。(3)额岛注意节点与枕叶之间有直接的结构连接。[小结](1)注意网络内FC的增加助于提高先盲对触觉/听觉刺激的识别力；(2)额岛注意节点与枕叶的功能连接也增强有助于内源性注意信号从额叶传递到枕叶,从而解释枕叶的跨模态激活及静态脑代谢增强；(3)额岛枕通路可能是内源性注意信号到达枕叶皮层的通路之一。第五部分：皮层下梗死脑白质完整性与运动康复的相关性[目的]上述研究表明多模态影像分析法对揭示盲人的结构及功能重构有重要价值。为了进一步验证我们分析方法在研究其它局部损伤导致的脑重构方面也能适用,我们选择了一组运动回复良好的皮层下单发梗死的慢性患者,使用多种DTI分析方法,试图阐明以下问题：(1)运动功能回复良好中风患者的运动相关白质束是否仍然存在长期的损伤?(2)这些患者的白质弥散指标的变化是否能预测精细运动的损伤?[方法]本研究选择28例运动康复良好的中风患者和24例健康对照。首先评价中风患者的神经系统指标,包括Fugl-Meyer评分,握力检查(GFT),九孔实验(NHPT)以及简易智能量表(MMSE)。采集所有受试者的DTI图像。计算弥散张量,提取弥散指标。使用骨架分析法(TBSS)、VBA以及ROI等多种手段评价中风患者的脑白质弥散指标变化情况,并分析弥散指标与精细运动评分(GFT和NHPT)的相关性。[结果]和正常人相比,本研究未发现病灶侧CST的FA值显著降低,也未发现任何FA增加的脑区。TBSS和VBA均发现双侧齿状核周围白质、病灶侧脑桥臂和丘脑后部FA值显著减低。进一步分析发现,FA的减低主要是横向本征值的增加导致的。最后,齿状核周围白质束FA值与精细运动评分显著相关。[小结](1)即使在运动功能恢复良好的慢性中风患者中,小脑白质特别是齿状核周围白质仍旧存在持续的继发性损伤；(2)弥散指标的特征提示以脱髓鞘可能性大；(3)齿状核周围白质束的弥散特征可以作为预测精细运动功能恢复的潜在生物标记,监测其重构有利于评估上述康复手段的疗效。结论本文使用多模态影像学方法分析了失明后脑结构和功能的重构。结果表明：早期视觉经验不管是对盲人脑的灰/白质结构还是对静息态功能的重构起着关键作用。另外,失明年龄对盲人枕叶皮层的结构和功能重构有重要影响。视觉各亚区的发育对视觉经验的依赖性是不同的。静息态注意网络的内在功能联系发生了增强。非视觉信号可能通过顶枕间接皮层-皮层通路和额岛枕直接皮层-皮层通路传入视觉皮层。