恐惧记忆是保证人和动物免受伤害性刺激侵害,维持生存的重要功能之一,但其强化过度而不能正常消退也是造成创伤后应激障碍(post-traumatic stress disorder,PTSD)、焦虑症等神经精神疾病的重要原因。巴甫洛夫恐惧条件反射(Pavlovian fear conditioning)是恐惧记忆相关实验研究中最为经典的范式,在过去的30多年里,学者们利用脑区毁损、电生理学、药理学、分子生物学及影像学等方法对恐惧记忆的表现和形成机制进行了大量研究,发现恐惧记忆涉及到多个脑区,并且存在相应的神经环路。但是,以前的实验结果大多是从啮齿类动物的条件性恐惧记忆研究中获得,无法直接应用到人脑研究。随着医学影像学成像技术和图像后处理分析方法的不断发展,以及计算机三维可视化技术和数学建模在脑科学、尤其是神经影像学领域的进一步应用,关于人的恐惧记忆相关脑区以及相应的神经环路的活体研究成为可能。本研究对招募的正常受试者进行磁共振扫描,采集高分辨率活体脑多模态磁共振图像数据,包括静息态功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI)数据、T1 加权三维结构图像数据以及磁共振弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)数据,利用计算机三维重建、可视化、数学建模、相关性分析及纤维束追踪、重建等方法和图像后处理技术,探索参与恐惧记忆的脑区及其纤维联系。第一部分实验中,利用高场强磁共振扫描仪采集高分辨率T1加权三维结构图像数据和rs-fMRI数据,用功能连接(functional connectivity,FC)分析的方法探索参与恐惧记忆的相关脑区。实验选用经过纳入及排除标准并进行质量控制筛选后的95名大学生志愿者(女性50例,男性45例)的高质量磁共振图像数据,使用DPARSFA软件对采集到的图像数据进行功能连接分析,再通过SPM和REST软件对功能连接分析得到的结果数据进行统计学分析。结果显示:(1)恐惧记忆相关的脑激活区主要有杏仁体、内侧前额叶皮层(medial prefrontal cortex,mPFC)、颞叶、岛叶、海马旁回(parahippocampus,PPA)、海马(hippocampus,HPC)、扣带回、丘脑等结构;(2)对比男、女组受试者的功能连接分析结果,部分脑区的激活强度存在显著的性别差异,女性主要在楔前叶和楔叶有更大的激活,男性在颞叶、PPA、额下回、中央前回等区域的激活强度比女性大。第二部分的研究中,选用正常受试者的DTI数据和高分辨率T1加权三维结构图像数据,根据第一部分rs-fMRI功能连接分析的实验结果并参考相关动物实验的研究结论,我们选择与恐惧记忆高度相关的杏仁体作为种子点,以HPC及腹内侧前额叶皮层(ventromedial prefrontal cortex,vmPFC)为包含区,利用FreeSurfer,BrainSuite和MRtrix等软件对图像数据进行处理,对恐惧记忆相关脑区之间的纤维束进行概率性追踪,探索与恐惧记忆相关的纤维环路。结果显示:连接上述与恐惧记忆相关脑区间的纤维环路主要有两条:一条经过穹隆并连接杏仁体、vmPFC、HPC等部位;一条通过扣带将vmPFC、杏仁体、HPC等脑结构相连接。综合两部分的研究结果可以得出结论:(1)杏仁体、扣带回、mPFC、HPC、颞叶、岛叶、PPA、丘脑是参与恐惧记忆的重要脑区。(2)在恐惧记忆的加工过程中,部分脑区的激活强度呈现出明显的性别差异,男性主要体现在颞叶、PPA、额下回、中央前回,而女性主要涉及楔前叶和楔叶。(3)由杏仁体-海马-穹隆-腹内侧前额叶皮层构成的环路以及由杏仁体-海马-扣带-腹内侧前额叶皮层构成的环路是参与恐惧记忆的两条重要的神经环路。本课题的研究,揭示了人参与恐惧记忆的相关脑区和存在的神经环路,为进一步探索恐惧记忆的形成机制以及相关神经精神疾病的诊断和治疗提供了形态学基础。