慢性阻塞性肺病（COPD）是一种高死亡率的疾病，且中枢病变的神经精神症状已成为其病情严重化的标志和先兆。然而，COPD脑结构和功能的改变及其与COPD病情严重程度的关系未见报道。本项目在临床呼吸内科招募了25例不同分级的COPD患者及25个在性别、年龄和教育程度匹配的健康对照组进行了脑结构和功能磁共振（MRI）扫描。运用基于3DT1的结构像和弥散张量成像的数据，我们分析了COPD患者脑皮质密度、体积、厚度、面积和曲率、皮质下灰质核团体积及脑白质纤维显微结构和体积的改变情况，发现受损脑区主要集中在岛叶、前额叶、扣带前回和脑桥。这些脑结构主要是心血管和呼吸调节相关中枢。基于静息态功能磁共振的数据主要发现也是心血管和呼吸调节相关中枢的细胞活动受到抑制。我们进一步对细胞活动受抑制的扣带后回和舌回的功能连接进行了分析，发现它们与多个脑区的连接发生改变，这种改变可能患者空间认知能力损害有关。另外我们也在另外一组COPD患者中检测了血液中神经细胞和神经纤维髓鞘损伤后释放因子的含量，并进行了治疗前后得比较。课题的另一部分是建立了不同因素（烟熏和脂多糖诱导的炎症）诱导的COPD大鼠模型。首先测试了动物的空间认知、平衡和情绪等行为，然后分别在脑片组织定位、蛋白定量和整体脑磁共振水平进行了研究，发现与对照组比较，烟熏和炎症分别导致了脑岛叶、纹状体及多个皮层灰质体积的改变，这些改变与血液中检测到的神经细胞和神经纤维髓鞘损伤后释放的分子水平呈显著相关性；差异脑区的相关蛋白表达可能与脑体积改变有关。综合人体和动物模型研究，本项目部分揭示了COPD脑结构和功能改变及其与疾病严重程度的关系，初步筛选出了中枢病变的影像学和外周血液的生物标记。本项目的研究结果为COPD临床分级、病情恶化和预后提供了脑结构和功能方面的依据。