Abstract Oxytocin may influence various human behaviors and the connectivity across subcortical and cortical networks. Previous oxytocin studies are male-biased and often constrained by task-based inferences. Here we investigate the impact of oxytocin on resting state connectivity between subcortical and cortical networks in women. We collected resting state fMRI data on 26 typically-developing women 40 minutes following intranasal oxytocin administration using a double-blind placebo-controlled crossover design. Independent components analysis (ICA) was applied to examine connectivity between networks. An independent analysis of oxytocin receptor ( OXTR ) gene expression in human subcortical and cortical areas was carried out to determine plausibility of direct oxytocin effects on OXTR . In women, OXTR was highly expressed in striatal and other subcortical regions, but showed modest expression in cortical areas. Oxytocin increased connectivity between corticostriatal circuitry typically involved in reward, emotion, social-communication, language, and pain processing. This effect was 1.39 standard deviations above the null effect of no difference between oxytocin and placebo. This oxytocin-related effect on corticostriatal connectivity covaried with autistic traits, such that oxytocin-related increase in connectivity was stronger in individuals with higher autistic traits. In sum, oxytocin strengthened corticostriatal connectivity in women, particularly with cortical networks that are involved in social-communicative, motivational, and affective processes. This effect may be important for future work on neurological and psychiatric conditions (e.g., autism), particularly through highlighting how oxytocin may operate differently for subsets of individuals.

Abstract Autism spectrum disorder (ASD) is associated with atypical brain development. However, the phenotype of regionally specific increased cortical thickness observed in ASD may be driven by several independent biological processes that influence the gray/white matter boundary, such as synaptic pruning, myelination, or atypical migration. Here, we propose to use the boundary sharpness coefficient (BSC), a proxy for alterations in microstructure at the cortical gray/white matter boundary, to investigate brain differences in individuals with ASD, including factors that may influence ASD-related heterogeneity (age, sex, and intelligence quotient). Using a vertex-based meta-analysis and a large multi-center magnetic resonance structural imaging (MRI) dataset, with a total of 1136 individuals, 415 with ASD (112 female; 303 male) and 721 controls (283 female; 438 male), we observed that individuals with ASD had significantly greater BSC in the bilateral superior temporal gyrus and left inferior frontal gyrus indicating an abrupt transition (high contrast) between white matter and cortical intensities. Increases were observed in different brain regions in males and females, with larger effect sizes in females. Individuals with ASD under 18 had significantly greater BSC in the bilateral superior temporal gyrus and right postcentral gyrus; individuals with ASD over 18 had significantly increased BSC in the bilateral precuneus and superior temporal gyrus. BSC correlated with ADOS-2 CSS in individuals with ASD in the right medial temporal pole. Importantly, there was a significant spatial overlap between maps of the effect of diagnosis on BSC when compared to cortical thickness. These results invite studies to use BSC as a possible new measure of cortical development in ASD and to further examine the microstructural underpinnings of BSC-related differences and their impact on measures of cortical morphology.

Abstract It has been suggested that the children of parents with particular interests and aptitude for understanding systems via input-operation-output rules (i.e. systemizing) are at increased likelihood of developing autism. Furthermore, assortative mating (i.e. a non-random pattern in which individuals are more likely to pair with others who are similar to themselves) is hypothesised to occur in relation to systemizing, and so romantic couples may be more similar on this variable than chance would dictate. However, no published study has yet tested this hypothesis. We therefore examined intra-couple correlations for a measure of autistic traits (Autism Spectrum Quotient [AQ]), self-report measures of empathizing (Empathy Quotient [EQ]), and systemizing (Systemizing Quotient-Revised [SQ-R]), as well as the Reading the Mind in the Eyes Test (RMET) and Embedded Figures Task (EFT). We observed positive intra-couple correlations of small-to-medium magnitude for all measures except EQ. Further analyses suggest that these effects are attributable to people pairing with those who are more similar to themselves than chance (initial assortment) rather than becoming more alike over the course of a relationship (convergence), and to seeking out self-resembling partners (active assortment) rather than pairing in this manner due to social stratification increasing the likelihood of similar people meeting in the first place (social homogamy). Additionally, we found that the difference in scores for the AQ, SQ-R, RMET and EFT of actual couples were smaller (i.e. more similar) than the average difference scores calculated from all other possible male-female pairings within the dataset. The current findings therefore provide clear evidence in support of the assortative mating theory of autism.

Abstract BACKGROUND Sensory atypicalities are particularly common in autism spectrum disorders (ASD). Nevertheless, our knowledge about the divergence of the underlying somatosensory region and its association with ASD phenotype features is limited. METHODS We applied a data-driven approach to map the fine-grained variations in functional connectivity of the primary somatosensory cortex (S1) to the rest of the brain in 240 autistic and 164 neurotypical individuals from the EU-AIMS LEAP dataset, aged between 7 and 30. We estimated the S1 connection topography (‘connectopy’) during rest and during the emotional face-matching (Hariri) task, an established measure of emotion reactivity, and accessed its association with a set of clinical and behavioral variables. RESULTS We demonstrated that the S1 connectopy is organized along a dorsoventral axis, mapping onto the somatotopic organization of S1. We found that its spatial characteristics were linked to the individuals’ adaptive functioning skills, as measured by the Vineland Adaptive Behavior Scales, across the whole sample. Higher functional differentiation characterized the S1 connectopies of individuals with higher daily life adaptive skills. Notably, we detected significant differences between rest and the Hariri task in the S1 connectopies, as well as their projection maps onto the rest of the brain suggesting a task-modulating effect on S1 due to emotion processing. CONCLUSIONS Variation of daily life adaptive skills appears to be reflected in the brain’s mesoscale neural circuitry, as shown by the S1 connectivity profile, which is also differentially modulated during rest and emotional processing.

Abstract Autism presents with significant phenotypic and neuroanatomical heterogeneity, and neuroimaging studies of the thalamus, globus pallidus and striatum in autism have produced inconsistent and contradictory results. These structures are critical mediators of functions known to be atypical in autism, including sensory gating and motor function. We examined both volumetric and fine-grained localized shape differences in autism using a large ( n =3145, 1045-1318 after strict quality control), cross-sectional dataset of T1-weighted structural MRI scans from 32 sites, including both males and females (assigned-at-birth). We investigated three potentially important sources of neuroanatomical heterogeneity: sex, age, and intelligence quotient (IQ), using a meta-analytic technique after strict quality control to minimize non-biological sources of variation. We observed no volumetric differences in the thalamus, globus pallidus, or striatum in autism. Rather, we identified a variety of localized shape differences in all three structures. Including age, but not sex or IQ, in the statistical model improved the fit for both the pallidum and striatum, but not for the thalamus. Age-centered shape analysis indicated a variety of age-dependent regional differences. Overall, our findings help confirm that the neurodevelopment of the striatum, globus pallidus and thalamus are atypical in autism, in a subtle location-dependent manner that is not reflected in overall structure volumes, and that is highly non-uniform across the lifespan.

Abstract Background Voxel-based Morphometry (VBM) studies in Autism Spectrum Disorder (autism) have yielded diverging results. This might partly be attributed to structural alterations being associating with the combined influence of several regions rather than with a single region. Further, these structural covariation differences may relate to continuous measures of autism rather than with categorical case-control contrasts. The current study aimed to identify structural covariation alterations in autism, and assessed canonical correlations between brain covariation patterns and core autism symptoms. Methods We studied 347 individuals with autism and 252 typically developing individuals, aged between 6 and 30 years, who have been deeply phenotyped in the Longitudinal European Autism Project (LEAP). All participants’ VBM maps were decomposed into spatially independent components using Independent Component Analysis. A Generalized Linear Model (GLM) was used to examine case-control differences. Next, Canonical Correlation Analysis (CCA) was performed to separately explore the integrated effects between all the brain sources of gray matter variation and two sets of core autism symptoms. Results GLM analyses showed significant case-control differences for two independent components. The first component was primarily associated with decreased density of bilateral insula, inferior frontal gyrus, orbitofrontal cortex, and increased density of caudate nucleus in the autism group relative to typically developing individuals. The second component was related to decreased densities of the bilateral amygdala, hippocampus, and parahippocampal gyrus in the autism group relative to typically developing individuals. The CCA results showed significant correlations between components that involved variation of thalamus, putamen, precentral gyrus, frontal, parietal, and occipital lobes, and the cerebellum, and repetitive, rigid and stereotyped behaviors and abnormal sensory behaviors in autism individuals. Limitations Only 55.9% of the participants with autism had complete questionnaire data on continuous parent-reported symptom measures. Conclusions Covaried areas associated with autism diagnosis and/or symptoms are scattered across the whole brain and include the limbic system, basal ganglia, thalamus, cerebellum, precentral gyrus, and parts of the frontal, parietal, and occipital lobes. Some of these areas potentially subserve social-communicative behavior whereas others may underpin sensory processing and integration, and motor behavior.

Abstract Background Although many studies have explored atypicalities in gray and white matter (GM, WM) morphology of autism, most of them rely on unimodal analyses that do not benefit from the likelihood that different imaging modalities may reflect common neurobiology. We aimed to establish multimodal brain patterns that differentiate between autism and typically developing (TD) controls and explore associations between these brain patterns and clinical measures. Methods We studied 183 individuals with autism and 157 TD individuals (6-30 years) in a large deeply phenotyped autism dataset (EU-AIMS LEAP). Linked Independent Component Analysis was utilized to link all participants’ GM and WM images, and group comparisons of modality shared variances were examined. Subsequently, we performed a canonical correlation analysis to explore the aggregated effects between all multimodal GM-WM covariations and clinical profiles. Results One multimodal pattern was significantly related to autism. This pattern was primarily associated with GM in bilateral insula, frontal, pre- and post-central, cingulate, and caudate areas, and co-occurred with altered WM features in the superior longitudinal fasciculus. The canonical analysis showed a significant multivariate correlation primarily between multimodal brain patterns that involved variation of corpus callosum, and symptoms of social affect in the autism group. Conclusions Our findings demonstrate the assets of integrated analyses of GM and WM alterations to study the brain mechanisms that underpin autism, and show that the complex clinical autism phenotype can be interpreted by multimodal brain patterns that are spread across the brain involving both cortical and subcortical areas.

Individuals affected by autism spectrum conditions (ASC) are considerably heterogeneous. Novel approaches are needed to parse this heterogeneity to enhance precision in clinical and translational research. Applying a clustering approach taken from genomics and systems biology on two large independent cognitive datasets of adults with and without ASC (n=715; n=251), we find replicable evidence for 5 discrete ASC subgroups that are highly differentiated in item-level performance on an explicit mentalizing task tapping ability to read complex emotion and mental states from the eye region of the face (Reading the Mind in the Eyes Test; RMET). Three subgroups comprising 42-65% of ASC adults show evidence for large impairments (Cohen's d = -1.03 to -11.21), while other subgroups are effectively unimpaired. These findings delineate robust natural subdivisions within the ASC population that may allow for more individualized inferences and accelerate research towards precision medicine goals.

Background: Autism is a heterogenous collection of disorders with a complex molecular underpinning. Evidence from post-mortem brain studies using adult brains have indicated that early prenatal development may be altered in autism. Induced pluripotent stem cells (iPSCs) generated from autistic individuals with macrocephaly also indicate prenatal development as a critical period for this condition. But little is known about early altered cellular events during prenatal stages in autism. Methods: IPSCs were generated from 9 unrelated autistic individuals without macrocephaly and with heterogeneous genetic backgrounds, and 6 typically developing, control, individuals. IPSCs were differentiated towards either cortical or midbrain fates. Gene expression and high throughput cellular phenotyping was used to characterise iPSCs at different stage of differentiation. Results: A subset of autism-iPSC cortical neurons were RNA-sequenced to reveal autism-specific signatures similar to post-mortem brain studies, indicating a potential common biological mechanism. Autism-iPSCs differentiated towards a cortical fate displayed impairments in the ability to self-form into neural rosettes. In addition, autism-iPSCs demonstrated significant differences in rate of cell type assignment of cortical precursors, and dorsal and ventral forebrain precursors. These cellular phenotypes occurred in the absence of alterations in cell proliferation during cortical differentiation, differing from previous studies. Acquisition of cell fate during midbrain differentiation was not different between control- and autism-iPSCs. Conclusions: Taken together, our data indicate that autism-iPSCs diverge from control-iPSCs at a cellular level during early stage of neurodevelopment. This suggests that unique developmental differences associated with autism may be established at early prenatal stages.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Dissatisfaction in social relationships is reported widely across many psychiatric conditions. We investigated the genetic architecture of family relationship satisfaction and friendship satisfaction in the UK Biobank. We leveraged the high genetic correlation between the two phenotypes (rg = 0.87 se = 0.03; P < 2.2x10-16) to conduct multi-trait analysis of Genome Wide Association Study (GWAS) (Neffective family = 164,112; Neffective friendship = 158,116). We identified two genome-wide significant associations for both the phenotypes: rs1483617 on chromosome 3 and rs2189373 on chromosome 6, a region previously implicated in schizophrenia. eQTL and chromosome conformation capture in neural tissues prioritizes several genes including NLGN1. Gene-based association studies identified several significant genes, with highest expression in brain tissues. Genetic correlation analysis identified significant negative correlations for multiple psychiatric conditions including highly significant negative correlation with cross-psychiatric disorder GWAS, underscoring the central role of social relationship dissatisfaction in psychiatric diagnosis. The two phenotypes were enriched for genes that are loss of function intolerant. Both phenotypes had modest, significant additive SNP heritability of approximately 6%. Our results underscore the central role of social relationship satisfaction in mental health and identify genes and tissues associated with it.