孤独症谱系障碍（Autism Spectrum Disorder，ASD）会严重损伤患者的社会与认知功能，因此了解其脑机制极为必要。相比于传统的基于问卷和行为观察的研究手段，基于现代神经影像学的研究技术有望为ASD的脑机制研究和诊断提供更为客观的指标。但是，前人的ASD脑机制研究至少具有如下几点局限性：（1）使用的指标重测信度可能较低；（2）没有综合考虑空域与时域信息；（3）现有方法提供的可能是有偏估计；（4）缺乏各种模态信号之间的相互比较。
　　针对上述几点局限性，本研究使用检测大脑慢速血液动力学信息的fMRI/fNIRS技术以及测量大脑快速电生理活动的EEG技术研究了三个层面的脑活动时空间特征，即单个节点瞬时活动幅值的时间动力学特征、脑功能网络内部各个节点的空间组织模式以及脑功能网络相互转换的时间动力学特征。
　　在探究ASD患者第一个层面脑活动时空间特征（即单个节点瞬时活动幅值的时间动力学特征）时，首先我们考查了用于评估脑区瞬时幅值长程时域相关性的去趋势波动分析（Detrended Fluctuation Analysis，DFA）技术的重测信度（研究一A）。我们发现DFA技术具有中等程度的可靠性。接着，DFA技术被用于考察ASD患者多种模态信号瞬时幅值的时间动力学特征（研究二A、研究三A和研究四A）。对静息态fMRI信号的分析发现，ASD组被试属于默认网络的4个前额叶脑区信号的DFA指数显著低于正常发育（typical developing，TD）组被试。对fNIRS信号的分析发现：（1）ASD组儿童fNIRS信号的DFA指数显著低于TD组儿童；（2）TD组儿童fNIRS信号的DFA指数随着年龄的增长而增长，ASD组儿童fNIRS信号的DFA指数随着年龄的增长而降低；（3）ASD组儿童fNIRS信号的DFA指数与孤独症症状严重程度显著负相关。对静息态EEG信号的分析发现ASD患者默认网络、镜像神经元系统和突显网络相关脑区活动的DFA指数显著更低。上述三种模态信号的分析结果均提示如下结论，即ASD患者的脑活动表现为高度不稳定的、随机的、不规律的特性。
　　在探究ASD患者第二个层面脑活动时空间特征（即各个节点的空间组织模式）时，首先我们考查了空间复杂性分析技术的重测信度（研究一B）。我们发现，可提供无偏估计的、基于标准熵的标准化空间复杂性具有较高重测信度且不低于传统的Omega复杂性。接着，标准化空间复杂性被用于考察ASD患者多种模态信号脑区间的空间组织模式（研究二B、研究三B和研究四B）。对静息态fMRI信号的分析发现：（1）与TD组相比，ASD组被试默认网络空间复杂性显著更高，这提示ASD患者默认网络内部信息沟通异常；（2）与TD组相比，ASD组被试前部内侧前额叶皮层在降低默认网络的空间复杂性上的作用显著更低，这可能导致患者不能有效地进行自我相关信息的加工，并进而影响他们的社会认知和交流能力。对fNIRS信号的分析发现：与TD组相比， ASD组儿童双侧前额叶内部的空间复杂性显著更高、双侧前额叶在降低全脑整体空间复杂性上的作用更低，这表明ASD儿童前额叶内部各个区域间信息沟通不畅且前额叶与大脑其余脑区的联系亦存在异常。对静息态EEG信号的分析发现：ASD患者镜像神经元系统相关脑区在降低脑功能网络空间复杂性上的贡献显著更低，而视知觉相关脑区反而更高，这可能导致ASD组儿童不能有效地加工社会认知信息，并表现出特定的视知觉加工优势。上述三种模态信号的分析结果揭示了如下结论，即ASD患者脑区间空间组织模式异常。
　　在探究ASD患者第三个层面脑活动时空间特征（即脑功能网络相互转换的时间动力学特征）时，我们对静息态EEG数据进行了微状态分析（研究四C）。该研究发现：ASD患者用更少的时间进行语音和自我心理表征相关信息加工、更频繁地进行视觉加工，且大脑腹侧网络激活异常。
　　上述几个研究对脑成像技术重测信度进行了深入考查，并拓展了我们对ASD脑机制的认识。本研究有如下发现：首先，ASD患者的脑活动表现为高度不稳定的、随机的、不规律的特性，且上述异常主要发生在与其症状表现密切相关的脑区。其次，ASD患者症状相关脑区与其他脑区的信息交流效率相对较低、一些在社会信息加工中起重要作用的脑区在ASD患者大脑空间组织中处于较为次要的地位。最后，ASD患者大尺度脑功能网络间相互转换的时间动力学特征异常。