基于磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）的脑功能连接技术已广泛应用于脑功能和脑疾病的网络机制研究,其方法学基础是针对MRI获得的脑血氧水平依赖信号（blood oxygen level-dependent signal,BOLD）进行关联性、同步性等分析,以刻画脑功能网络化和组织化。基于MRI的BOLD信号反映了局部脑区的微血管特征和血液中脱氧血红蛋白相对含量的改变,其刻画的脑连接特征会受到生物体微血管特征的影响。但目前关于脑连接特征的改变与微血管特征改变的关系尚不明确,这会导致脑网络机制的解释出现较大偏差。所以综合考虑微血管的影像特征有助于更准确地解释基于BOLD信号刻画的脑连接特征。因此,本论文以脑连接特征与微血管特征的关系作为主要目标,从内在扰动和外在刺激两个角度开展较为系统的研究。健康老化既存在脑功能改变又存在微血管特征改变且无病理性特征的改变,故被选为内在扰动条件。经颅直流电刺激（transcranial direct current stimulation,t DCS）具有无创且能够同时诱发脑活动和血供的改变而被选为外在刺激的工具。本论文借助多模态成像技术,基于功能MRI（functional MRI,f MRI）刻画脑连接特征、肾脏BOLD信号刻画系统性微血管氧合特征、基于动脉自旋标记（arterial spin labeling,ASL）的脑血流量（cerebral blood flow,CBF）刻画脑灌注特征,考察不同脑连接特征与系统性微血管氧合特征或脑灌注特征间的关系,以期揭示脑连接与微血管特征的关联机制。主要工作包括如下五个部分:第一部分,以健康老化为内在扰动,将脑自发活动特征和脑灌注特征进行融合分析,构建全脑和局部的神经血管耦合指标,探索健康老化对神经血管耦合的影响。结果表明健康老化引起全局神经血管耦合解耦,且这种解耦与认知下降有关。老化还会引起高级认知皮层和运动皮层的局部神经血管耦合增加,以及视觉和听觉皮层的局部神经血管耦合下降。这暗示在健康老化条件下,认知和运动皮层需要更多的供给以维持其神经元活动。本部分强调了神经血管耦合对认知的重要性,并从神经血管耦合角度论证了脑皮层核心节点的功能特征的改变与脑灌注特征密切相关。第二部分,利用功能连接密度（functional connectivity density,FCD）考察体素水平上健康老化对脑连接特征的影响。将系统性微血管氧合特征与脑FCD进行相关分析来研究脑FCD的改变与系统性微血管氧合特征的关系。结果显示健康老化引起的脑运动皮层的FCD增加、默认模式网络的FCD降低、脑动脉血管分水岭区域FCD的改变与系统性微血管氧合下降有关。这些结果表明易受老化影响的脑区功能连接的改变与系统性微血管氧合有关,揭示脑连接的改变与微血管氧合特征紧密相关,为研究功能连接的生理基础提供了新的视角。第三部分,利用逐步功能连接的方法考察健康老化引起的感知觉-认知的功能层级结构的改变与系统性微血管氧合的关系,并构建微血管氧合-脑层级功能连接-行为认知的研究模型。结果发现健康老化引起脑皮层核心节点的转换,且脑层级功能连接特征改变越大,微血管氧合越差,认知功能越低。本部分构建微血管氧合-脑层级功能连接-行为认知的研究模型来揭示了脑层级连接特征、微血管氧合特征、行为认知三者间的相关关系,提示系统性微血管氧合对脑层级连接特征的重要性。第四部分,综合脑f MRI、ASL及肾脏BOLD三种模态,利用功能梯度分析刻画不同状态下（静息态和自然刺激态）的脑功能层级结构,并通过调节分析考察系统性微血管氧合或脑灌注特征对脑功能特征与行为表现间关系的作用。在静息态下,健康老化引起感知觉运动系统和高级认知皮层的功能梯度压缩,这些区域的功能梯度在自然刺激态下将进一步被压缩。调节分析表明,微血管特征越好,不同状态下的脑岛功能梯度与行为表现间的关系越紧密。本部分证实了微血管特征能够调节脑功能特征和行为表现的关系,为研究功能连接的生理机制提供了新的框架。第五部分,以t DCS为外在刺激条件,考察脑功能特征改变和脑灌注改变的关系。利用脑自发活动和功能梯度反映脑功能特征,将脑功能特征和CBF进行耦合分析。结果表明t DCS引起刺激靶区、视觉网络、高级认知网络的功能特征显著改变,和丘脑、颞上回CBF的降低。耦合分析表明t DCS增强了神经血管耦合,且t DCS引起的丘脑CBF的变化和初级皮层功能梯度改变呈正相关,而与高级皮层网络的功能梯度改变呈负相关,这表明丘脑作为中继站,其灌注的改变与初高级网络的功能特征的变化有关。本部分从外在刺激的角度证实了丘脑灌注在脑功能特征中扮演着重要的角色,也再次强调了灌注的改变在脑连接研究中的重要性。总的来说,本论文探究了不同扰动条件下脑连接特征与微血管特征改变的关联机制。以健康老化为内在扰动,本论文发现健康老化引起的脑自发活动、脑FCD、脑层级连接结构的改变都与微血管特征的改变有关,且微血管特征能够调节脑功能特征和认知功能的关系。以t DCS为外在刺激,本论文发现刺激增强了神经血管耦合,以及刺激诱导的初、高级皮层脑功能梯度改变都与丘脑灌注改变有关。本论文证实了易受扰动影响的脑区连接特征的改变均与微血管特征的改变紧密相关,揭示了微血管特征对脑连接特征的重要性,为脑连接的生理机制提供了解释框架。