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肥胖是全世界公共健康的一个主要关注点,给社会和个人带来了巨大的经济和健康负担。过去的30年间,全球以及各个国家和地区的超重肥胖率持续上升,并且没有任何一个国家有效地解决了肥胖问题。探索肥胖与大脑之间的关系是心理学与认知神经科学领域的重要研究内容。通过识别肥胖的神经影像生物学标记物,可以为神经反馈和刺激干预提供潜在的靶点,也可能为肥胖治疗和预后效果提供评价指标。然而,以往大量基于小样本量的研究结果的可重复性较差,难以作为肥胖的神经标记物。并且,以往的肥胖神经影像学研究几乎都关注于肥胖与大脑之间的单变量关联。鉴于人脑的多变量本质,肥胖与大脑功能活动和形态结构的之间多变量关系可能是肥胖-脑关联的更准确表征。此外,肥胖-脑关联还因衡量肥胖水平的指标——肥胖表型的多样性而变得愈加复杂。大脑与肥胖之间的多变量关系如何受到人格特质因素的影响也尚不明确。为了解决上述制约肥胖神经影像学的理论研究发展和研究结果的临床转化的几个关键问题,有必要开展基于多数据集、大样本的多变量脑-肥胖关联研究,并探索脑与肥胖之间的多变量关联如何受到人格特质的影响。因此,本研究基于四个大型神经影像数据库中共3377人的静息态和结构态磁共振成像数据和肥胖表型数据,利用机器学习技术分别建立了4种肥胖表型的神经预测模型,揭示了表征每个肥胖表型的多变量功能和结构连接模式和每个肥胖表型之间共享的多变量功能连接模式和结构连接模式,并验证了基于共享多变量功能连接模式和结构连接模式生成的预测模型的可重复性。最后,本研究还检验了惩罚敏感性在共享多变量连接模式与肥胖之间的调节作用,以进一步探究人格特质的个体差异如何作用于肥胖发展。研究一基于大样本（N=1646）和机器学习实现静息态功能连接组对体脂率（BF%）、身体质量指数（BMI）、腰围（WC）和腰高比（WHt R）等4种肥胖表型的预测。结果表明,功能连接组能够显著预测和表征每个肥胖表型。进一步分析表明表征每个肥胖表型的多变量功能连接模式之间存在差异,但这些模式之间的共有结构表明:视觉皮层内（外侧枕叶、中腹枕叶和梭状回）、视觉皮层与顶下小叶和眶额皮层之间以及眶额皮层与杏仁核之间的连接组是肥胖的稳定预测因素,即肥胖的稳定功能影像生物标志物。这些生物标志物可能进一步说明视觉（食物）线索的感知、注意和奖赏价值编码的功能障碍以及奖赏环路本身的异常可能是肥胖的关键神经脆弱因素或神经心理特征。共享功能连接模式也能够成功泛化到纵向数据集（N=488）和另外两个独立数据集（N=1033,N=313）中,表明了其可重复性和预测模型的可靠性。研究二同样基于大样本（N=1728）和机器学习实现形态相似性连接组对4种肥胖表型的预测。结果表明,形态相似性连接组能够显著预测和表征每个肥胖表型,且4种肥胖表型的多变量结构连接模式之间的共有结构表明外侧枕叶与其他多个脑区之间的广泛形态相似性连接,丘脑与其他多个脑区之间、基底神经节与丘脑之间以及丘脑内的形态相似性连接是肥胖的稳定结构影像生物标记物,并可能支持了肥胖者的视觉信息处理和奖赏功能的异常以及较差的认知表现（如记忆和执行功能）。共享结构连接模式能够泛化到纵向数据集（N=500）中,并能相对成功地泛化到另外两个独立数据集（N=1112,N=224）中,表明了这一连接模式的可重复性和预测模型的可靠性。研究三在研究一和研究二的基础上进一步探讨了惩罚敏感性在大脑多变量连接模式与肥胖表型之间的调节效应。结果表明,惩罚敏感性显著调节共享多变量功能连接模式对BMI、WC和WHt R的影响。简单效应分析结果显示,相比于高惩罚敏感性个体,低惩罚敏感性个体的大脑功能连接模式的异常更有可能导致异常饮食行为和肥胖。最后,分别对高低惩罚敏感性组进行的两项验证性的预测分析也进一步证实了惩罚敏感性的显著调节作用。综上所述,本研究主要创新点在于:（1）首次使用三个大型神经影像数据集（N=2992）确立了表征4种肥胖表型的多变量静息态功能连接模式,并揭示了肥胖的稳定功能影像生物学标记物;（2）首次将形态相似性网络引入肥胖神经影像学研究,并基于三个大型神经影像数据集（N=3064）确立了表征4种肥胖表型的多变量结构连接模式,并进一步揭示了肥胖的稳定结构影像生物学标记物;（3）首次揭示了大脑多变量功能连接模式对肥胖的影响受到人格特质因素——惩罚敏感性的显著调节。总之,研究一和研究二共同表明大脑功能和结构与肥胖之间存在复杂的多变量关系,且表征不同肥胖表型的多变量连接模式之间既存在差异又存在共性。通过识别跨表型的共享多变量连接模式并进行内部验证和外部验证,可以确定肥胖相关的稳健的功能影像和结构影像生物学标记物。功能和结构影像标记物共同突出了肥胖与外侧枕叶等参与视觉注意加工的区域的功能和结构连接模式的异常密切相关,也表明肥胖与负责和支持奖赏处理和其他认知功能的连接模式异常相关。这些发现为更好地理解肥胖的神经脆弱因素以及制定可靠的肥胖干预策略做出了重要贡献。进一步的调节效应分析揭示了惩罚敏感性在脑-肥胖关联中的重要调节作用,这为未来肥胖干预提供了一个重要信息:需要充分考虑人格特质的个体差异以开展更个性化和有效的针对肥胖的认知行为和神经干预。