Mutations that disrupt the open reading frame and prevent full translation of DMD, the gene that encodes dystrophin, underlie the fatal X-linked disease Duchenne muscular dystrophy. Oligonucleotides targeted to splicing elements (splice switching oligonucleotides) in DMD pre-mRNA can lead to exon skipping, restoration of the open reading frame, and the production of functional dystrophin in vitro and in vivo, which could benefit patients with this disorder.We did a single-blind, placebo-controlled, dose-escalation study in patients with DMD recruited nationally, to assess the safety and biochemical efficacy of an intramuscular morpholino splice-switching oligonucleotide (AVI-4658) that skips exon 51 in dystrophin mRNA. Seven patients with Duchenne muscular dystrophy with deletions in the open reading frame of DMD that are responsive to exon 51 skipping were selected on the basis of the preservation of their extensor digitorum brevis (EDB) muscle seen on MRI and the response of cultured fibroblasts from a skin biopsy to AVI-4658. AVI-4658 was injected into the EDB muscle; the contralateral muscle received saline. Muscles were biopsied between 3 and 4 weeks after injection. The primary endpoint was the safety of AVI-4658 and the secondary endpoint was its biochemical efficacy. This trial is registered, number NCT00159250.Two patients received 0.09 mg AVI-4658 in 900 microL (0.9%) saline and five patients received 0.9 mg AVI-4658 in 900 microL saline. No adverse events related to AVI-4658 administration were reported. Intramuscular injection of the higher-dose of AVI-4658 resulted in increased dystrophin expression in all treated EDB muscles, although the results of the immunostaining of EDB-treated muscle for dystrophin were not uniform. In the areas of the immunostained sections that were adjacent to the needle track through which AVI-4658 was given, 44-79% of myofibres had increased expression of dystrophin. In randomly chosen sections of treated EDB muscles, the mean intensity of dystrophin staining ranged from 22% to 32% of the mean intensity of dystrophin in healthy control muscles (mean 26.4%), and the mean intensity was 17% (range 11-21%) greater than the intensity in the contralateral saline-treated muscle (one-sample paired t test p=0.002). In the dystrophin-positive fibres, the intensity of dystrophin staining was up to 42% of that in healthy muscle. We showed expression of dystrophin at the expected molecular weight in the AVI-4658-treated muscle by immunoblot.Intramuscular AVI-4658 was safe and induced the expression of dystrophin locally within treated muscles. This proof-of-concept study has led to an ongoing systemic clinical trial of AVI-4658 in patients with DMD.UK Department of Health.

Background The role of intrapartum asphyxia in neonatal encephalopathy and seizures in term infants is not clear, and antenatal factors are being implicated in the causal pathway for these disorders. However, there is no evidence that brain damage occurs before birth. We aimed to test the hypothesis that neonatal encephalopathy, early neonatal seizures, or both result from early antenatal insults. Methods We used brain MRI or post-mortem examination in 351 fullterm infants with neonatal encephalopathy, early seizures, or both to distinguish between lesions acquired antenatally and those that developed in the intrapartum and early post-partum period. We excluded infants with major congenital malformations or obvious chromosomal disorders. Infants were divided into two groups: those with neonatal encephalopathy (with or without seizures), and evidence of perinatal asphyxia (group 1); and those without other evidence of encephalopathy, but who presented with seizures within 3 days of birth (group 2). Findings Brain images showed evidence of an acute insult without established injury or atrophy in 197 (80%) of infants in group 1, MRI showed evidence of established injury in only 2 infants (<1%), although tiny foci of established white matter gliosis, in addition to acute injury, were seen in three of 21 on post-mortem examination. In group 2, acute focal damage was noted in 62 (69%) of infants. Two (3%) also had evidence of antenatal injury. Interpretation Although our results cannot exclude the possibility that antenatal or genetic factors might predispose some infants to perinatal brain injury, our data strongly suggest that events in the immediate perinatal period are most important in neonatal brain injury.

BackgroundModerate hypothermia in neonates with hypoxic–ischaemic encephalopathy might improve survival and neurological outcomes at up to 18 months of age, although complete neurological assessment at this age is difficult. To ascertain more precisely the effect of therapeutic hypothermia on neonatal cerebral injury, we assessed cerebral lesions on MRI scans of infants who participated in the Total Body Hypothermia for Neonatal Encephalopathy (TOBY) trial.MethodsIn the TOBY trial hypoxic–ischaemic encephalopathy was graded clinically according to the changes seen on amplitude integrated EEG, and infants were randomly assigned to intensive care with or without cooling by central telephone randomisation. The relation between allocation to hypothermia or normothermia and cerebral lesions was assessed by logistic regression with perinatal factors as covariates, and adjusted odds ratios (ORs) were calculated. The TOBY trial is registered, number ISRCTN 89547571.Findings325 infants were recruited in the TOBY trial between 2002 and 2006. Images were available for analysis from 131 infants. Therapeutic hypothermia was associated with a reduction in lesions in the basal ganglia or thalamus (OR 0·36, 95% CI 0·15–0·84; p=0·02), white matter (0·30, 0·12–0·77; p=0·01), and abnormal posterior limb of the internal capsule (0·38, 0·17–0·85; p=0·02). Compared with non-cooled infants, cooled infants had fewer scans that were predictive of later neuromotor abnormalities (0·41, 0·18–0·91; p=0·03) and were more likely to have normal scans (2·81, 1·13–6·93; p=0·03). The accuracy of prediction by MRI of death or disability to 18 months of age was 0·84 (0·74–0·94) in the cooled group and 0·81 (0·71–0·91) in the non-cooled group.InterpretationTherapeutic hypothermia decreases brain tissue injury in infants with hypoxic–ischaemic encephalopathy. The predictive value of MRI for subsequent neurological impairment is not affected by therapeutic hypothermia.FundingUK Medical Research Council; UK Department of Health.

BACKGROUND. Symptomatic neonatal hypoglycemia may be associated with later neurodevelopmental impairment. Brain injury patterns identified on early MRI scans and their relationships to the nature of the hypoglycemic insult and neurodevelopmental outcomes are poorly defined. METHODS. We studied 35 term infants with early brain MRI scans after symptomatic neonatal hypoglycemia (median glucose level: 1 mmol/L) without evidence of hypoxic-ischemic encephalopathy. Perinatal data were compared with equivalent data from 229 term, neurologically normal infants (control subjects), to identify risk factors for hypoglycemia. Neurodevelopmental outcomes were assessed at a minimum of 18 months. RESULTS. White matter abnormalities occurred in 94% of infants with hypoglycemia, being severe in 43%, with a predominantly posterior pattern in 29% of cases. Cortical abnormalities occurred in 51% of infants; 30% had white matter hemorrhage, 40% basal ganglia/thalamic lesions, and 11% an abnormal posterior limb of the internal capsule. Three infants had middle cerebral artery territory infarctions. Twenty-three infants (65%) demonstrated impairments at 18 months, which were related to the severity of white matter injury and involvement of the posterior limb of the internal capsule. Fourteen infants demonstrated growth restriction, 1 had macrosomia, and 2 had mothers with diabetes mellitus. Pregnancy-induced hypertension, a family history of seizures, emergency cesarean section, and the need for resuscitation were more common among case subjects than control subjects. CONCLUSIONS. Patterns of injury associated with symptomatic neonatal hypoglycemia were more varied than described previously. White matter injury was not confined to the posterior regions; hemorrhage, middle cerebral artery infarction, and basal ganglia/thalamic abnormalities were seen, and cortical involvement was common. Early MRI findings were more instructive than the severity or duration of hypoglycemia for predicting neurodevelopmental outcomes.

The aim was to survey the range of cerebral injury and abnormalities of cerebral development in infants born between 23 and 30 weeks' gestation using serial MRI scans of the brain from birth, and to correlate those findings with neurodevelopmental outcome after 18 months corrected age.Between January 1997 and November 2000, consecutive infants born at < 30 weeks' gestational age underwent serial MRI brain scans from birth until term-equivalent age. Infants were monitored after 18 months of age, corrected for prematurity, with the Griffiths Mental Development Scales and neurologic assessment.A total of 327 MRI scans were obtained from 119 surviving infants born at 23 to 30 weeks of gestation. Four infants had major destructive brain lesions, and tissue loss was seen at term for the 2 survivors. Fifty-one infants had early hemorrhage; 50% of infants with term scans after intraventricular hemorrhage had ventricular dilation. Twenty-six infants had punctate white matter lesions on early scans; these persisted for 33% of infants assessed at term. Early scans showed cerebellar hemorrhagic lesions for 8 infants and basal ganglia abnormalities for 17. At term, 53% of infants without previous hemorrhage had ventricular dilation and 80% of infants had diffuse excessive high signal intensity within the white matter on T2-weighted scans. Complete follow-up data were available for 66% of infants. Adverse outcomes were associated with major destructive lesions, diffuse excessive high signal intensity within the white matter, cerebellar hemorrhage, and ventricular dilation after intraventricular hemorrhage but not with punctate white matter lesions, hemorrhage, or ventricular dilation without intraventricular hemorrhage.Diffuse white matter abnormalities and post-hemorrhagic ventricular dilation are common at term and seem to correlate with reduced developmental quotients. Early lesions, except for cerebellar hemorrhage and major destructive lesions, do not show clear relationships with outcomes.

The Developing Human Connectome Project (dHCP) seeks to create the first 4-dimensional connectome of early life. Understanding this connectome in detail may provide insights into normal as well as abnormal patterns of brain development. Following established best practices adopted by the WU-MINN Human Connectome Project (HCP), and pioneered by FreeSurfer, the project utilises cortical surface-based processing pipelines. In this paper, we propose a fully automated processing pipeline for the structural Magnetic Resonance Imaging (MRI) of the developing neonatal brain. This proposed pipeline consists of a refined framework for cortical and sub-cortical volume segmentation, cortical surface extraction, and cortical surface inflation, which has been specifically designed to address considerable differences between adult and neonatal brains, as imaged using MRI. Using the proposed pipeline our results demonstrate that images collected from 465 subjects ranging from 28 to 45 weeks post-menstrual age (PMA) can be processed fully automatically; generating cortical surface models that are topologically correct, and correspond well with manual evaluations of tissue boundaries in 85% of cases. Results improve on state-of-the-art neonatal tissue segmentation models and significant errors were found in only 2% of cases, where these corresponded to subjects with high motion. Downstream, these surfaces will enhance comparisons of functional and diffusion MRI datasets, supporting the modelling of emerging patterns of brain connectivity.

Background We postulated that during ontogenesis cortical surface area and cerebral volume are related by a scaling law whose exponent gives a quantitative measure of cortical development. We used this approach to investigate the hypothesis that premature termination of the intrauterine environment by preterm birth reduces cortical development in a dose-dependent manner, providing a neural substrate for functional impairment. Methods and Findings We analyzed 274 magnetic resonance images that recorded brain growth from 23 to 48 wk of gestation in 113 extremely preterm infants born at 22 to 29 wk of gestation, 63 of whom underwent neurodevelopmental assessment at a median age of 2 y. Cortical surface area was related to cerebral volume by a scaling law with an exponent of 1.29 (95% confidence interval, 1.25–1.33), which was proportional to later neurodevelopmental impairment. Increasing prematurity and male gender were associated with a lower scaling exponent (p < 0.0001) independent of intrauterine or postnatal somatic growth. Conclusions Human brain growth obeys an allometric scaling relation that is disrupted by preterm birth in a dose-dependent, sexually dimorphic fashion that directly parallels the incidence of neurodevelopmental impairments in preterm infants. This result focuses attention on brain growth and cortical development during the weeks following preterm delivery as a neural substrate for neurodevelopmental impairment after premature delivery.

The most common finding on magnetic resonance imaging (MRI) of the brain in preterm infants at term-equivalent age is diffuse excessive high signal intensity (DEHSI) in the white matter. It is unclear whether DEHSI represents a biological abnormality. This study used diffusion-weighted imaging (DWI) to compare apparent diffusion coefficient (ADC) values in DEHSI with infants with normal imaging and those with overt brain damage to determine whether DEHSI shows the diffusion characteristics of normal or abnormal tissue.MRI, using conventional and diffusion-weighted imaging (DWI), was performed in 50 preterm infants at term-equivalent age using a 1.5 Tesla MR scanner. The infants were divided into 3 groups on the basis of their MRI results: 1) normal white matter, 2) DEHSI, or 3) overt white matter pathology. ADC values were measured in the frontal, central, and posterior white matter at the level of the centrum semiovale. ADC values in the 3 groups of preterm infants were compared using a 1-way analysis of variance with a Bonferroni test for multiple comparisons.ADC values were significantly higher in infants with DEHSI and infants with overt white matter pathology than in infants with normal white matter. There was no significant difference between ADC values in infants with DEHSI and those with overt white matter pathology.This study provides objective evidence that DEHSI represents diffuse white matter abnormality.

Objective. The aim of this study was to establish whether abnormal signal intensity in the posterior limb of the internal capsule (PLIC) on magnetic resonance imaging is an accurate predictor of neurodevelopmental outcome at 1 year of age in infants with hypoxic-ischemic encephalopathy (HIE). Methods. We have examined 73 term neonates with HIE between 1 and 17 days after birth with cranial magnetic resonance imaging and related the magnetic resonance imaging findings to neurodevelopmental outcome at 1 year of age. Results. All infants with an abnormal signal intensity in the PLIC developed neurodevelopmental impairment although in 4 infants with very early scans the abnormal signal was not apparent until up to 4 days after birth. A normal signal intensity was associated with a normal outcome in all but 4 cases; 3 of these infants had minor impairments and all had persistent imaging changes within the white matter. The 4th infant with a normal signal intensity on day 2 died before a further image could be obtained. The absence of normal signal predicted abnormal outcome in term infants with HIE with a sensitivity of 0.90, a specificity of 1.0, a positive predictive value of 1.0, and a negative predictive value of 0.87. The test correctly predicted outcome in 93% of infants with grade II HIE, according to the Sarnat system. Applying a Bayesian approach, the predictive probability of the test (the probability that the test would predict an outcome correctly) was distributed with a mean of 0.94 and 95% confidence limits of 0.89 to 1.0. Conclusion. Abnormal signal intensity in the PLIC is an accurate predictor of neurodevelopmental outcome in term infants suffering HIE.

In this paper, we propose DeepCut, a method to obtain pixelwise object segmentations given an image dataset labelled weak annotations, in our case bounding boxes. It extends the approach of the well-known GrabCut [1] method to include machine learning by training a neural network classifier from bounding box annotations. We formulate the problem as an energy minimisation problem over a densely-connected conditional random field and iteratively update the training targets to obtain pixelwise object segmentations. Additionally, we propose variants of the DeepCut method and compare those to a naïve approach to CNN training under weak supervision. We test its applicability to solve brain and lung segmentation problems on a challenging fetal magnetic resonance dataset and obtain encouraging results in terms of accuracy.