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人类大脑皮层的形状受到遗传、发育、可塑性、性别、精神神经疾病等多种因素影响。这导致了不同人群之间，以及人类个体间的大脑皮层存在着形状差异。通过分析大脑皮层形状，我们可以了解这些因素的作用机制，也可以辅助诊断精神神经疾病。结构磁共振影像的出现使我们能够更好地进行大脑皮层的形状分析。形状分析离不开各种各样的形状度量，本文介绍了在多个分辨率下，使用三种度量对大脑皮层进行形状分析的方法：
在局部层次，通过分析先天盲人和后天盲人的视觉皮层的厚度，我们研究了影响皮层厚度的主要因素，如突触发生和突触修剪等。我们发现先天盲人的双侧视觉皮层厚度明显大于后天盲人和正常志愿者，而后两组人的视觉皮层厚度没有显著差异。该发现可能反应了在发育关键期缺乏视觉经验所造成的视觉皮层突触修剪的减少。本文的结果支持了感觉经验是神经元的正常修剪和重塑过程的必要因素的假说，以及突触修剪可能是决定如皮层厚度等宏观解剖特征的主要因素的假说。
作为局部到整体的过渡层次，我们使用了球小波来压缩大脑皮层各点的空间坐标，使得能用少量的参数就能较为准确地描述大脑皮层的表面形状信息。基于该方法，我们提出了一个使用脑结构磁共振影像中重建的皮层表面来对精神分裂症患者进行分类的分类器。该方法在对男性精神分裂症患者的磁共振影像进行留一法验证时获得了较高的分类正确率。
在整体层次，本文提出了一种鲁棒及准确的分形维估计算法。该算法基于一种首次在脑研究中采用立方体-三角形相交检测的方法，以及在分形维估计中广泛采用的盒计数方法。这两种方法赋予了该算法鲁棒性。本算法的准确性通过人工生成的数据和真实磁共振影像得到了验证。