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大脑是一个复杂的动态系统。功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging,f MRI）在时间分辨率和空间分辨率之间实现了较好的均衡,已成为目前研究大脑动态的主要手段。过去十年,大脑的动态研究主要基于滑动窗的动态功能连接,但该方法人为参数较多且时间分辨率较低。近年来,基于单个时间点的动态分析方法,如共激活模式（coactivation pattern,CAP）分析逐渐开始崭露头角。大脑不同的活动模式反应了特定的生理心理状态。CAP分析通过将具有相似活动模式的时间点进行归纳平均,从而得到代表特定脑活动模式的CAP状态。然而,目前CAP分析仍处于研究初期,其可重复性仍有待阐明。其次,静息态f MRI的研究大都基于0.01～0.08 Hz的低频振荡（low-frequency oscillation,LFO）,不同子频段下频率特异的动态特征尚不明确。另一方面,大脑是个性化的,能否得到稳定的个体CAP状态对于精准医学意义重大。最后,临床人群的CAP状态及其动力学异常研究还存在较大的空白。因此,本论文针对上述问题,对CAP分析的可重复性、频率特异性、个体差异性及其临床应用进行了研究,内容如下:1.从分析灵活性入手,结合多中心数据,对CAP时空特征的可重复性进行验证,并应用于精神分裂症的脑动态异常研究。本研究在LFO下,识别了六个鲁棒的CAP状态,且在不同的数据预处理流程和图谱分辨率下得到了较好的可重复性。其中,与静息态预处理流程相比,任务态预处理流程由于包含了更多的高频信号,其CAP状态的平均持续时间有所下降;随着图谱分辨率的提高,所识别的CAP状态也表现出更多的空间细节。通过将健康对照组得到的鲁棒的CAP状态映射到精神分裂症患者,研究发现精神分裂症患者在多个状态下存在广泛的动态异常,且与症状程度存在显著相关。当状态个数从六增加到八时,四个状态保持不变,另外两个状态则产生分化。对于空间模式保持不变的状态,其组间差异也仍然保持一致。最后,在多中心之间也识别了相似的CAP状态,且中心间表现出了一致的组间差异。本研究从多个角度验证了CAP分析的可重复性,为后续研究提供了一个鲁棒的分析流程,并在更高时间分辨率下为精神分裂症的脑动态异常提供了补充信息。2.在鲁棒的CAP分析流程基础之上,进一步对不同频率下CAP的时空特征,以及精神分裂症频率相关的脑动态异常进行了探索。本章分别在slow-5（0.01～0.027 Hz）,slow-4（0.027～0.073 Hz）,slow-3（0.073～0.198 Hz）和slow-2（0.198～0.25 Hz）四个子频段下开展了CAP分析,并与LFO下的结果进行了对比。其中,slow-5和slow-4得到了与LFO高度相似的六个CAP状态。当频率高于0.08Hz后,与LFO的相似度随着频率的上升而逐渐下降。在时域动态上,CAP状态随着频率的升高而变得更加易变,表现为更短的持续时间和更多的出现频次。此外,slow-4在皮层下表现出比slow-5更强的偏离于基线活动水平的波动,反应了皮层下脑区的局部活动依赖于更高的频率。另一方面,精神分裂症患者表现出了频率相关的异常。对于由突显网络,感觉运动网络和默认模式网络所主导的CAP状态,精神分裂症患者仅在slow-5下表现出异常增加的持续时间。最后,分别以LFO,slow-5,slow-4以及slow-5+slow-4的CAP特征构建机器学习模型对精神分裂症患者进行识别。结果发现,slow-4实现了最高的诊断准确率,而更大的个体差异性可能导致了slow-5较低的准确率。3.针对是否存在稳定、特异的个体脑功能活动状态,从组水平和个体水平构建了CAP,并以不同水平下的CAP为特征进行被试识别,评估了不同脑区和功能网络的贡献度。本工作基于MSC（midnight scan club）数据集,包含了十名被试且每人均有十次静息态f MRI扫描,从组水平（所有被试的所有扫描）、被试水平（单名被试的所有扫描）以及扫描水平（单名被试的单次扫描）分别构建了CAP状态。然后,通过计算扫描间CAP状态的空间相似性得到辨识矩阵,并计算被试内相似度和被试间相似度的差距得到辨识区分度。结果发现,组水平具有较高的被试内相似度和被试间相似度,而扫描水平则表现出较低的被试内相似度和被试间相似度。因此,组水平和扫描水平均未能得到较高的辨识区分度。被试水平在保留了较高的被试内相似度的同时,降低了被试间的相似性,从而扩大了辨识区分度。来自额顶网络、默认模式网络等高级认知网络的脑区对被试区分起到了主要贡献,这些区域是最晚进化的,且表现出较大的个体差异。此外,头动会降低被试内相似度。另一方面,单名被试的不同扫描之间（扫描水平）未能得到一致的CAP状态,表明在不同的静息态扫描下,个体的脑活动是无约束、动态重构的。通过评估不同扫描时长和扫描次数的影响,对于无任务约束的静息态f MRI而言,本研究建议单次扫描时长15分钟以上,以实现较好的被试水平CAP状态以及较高的被试间区分度,且多次扫描能得到更稳定的被试水平CAP。综上所述,本论文针对CAP这一新兴的脑动态分析方法,从分析灵活性和多中心数据验证了CAP的时空特征具有较好的可重复性,并建立了一个鲁棒的CAP分析流程。此外,本研究首次揭示了CAP的频率特异性和个体差异性。最后,在单个时间点的分辨率下,为精神分裂症脑动态异常提供了新证据。