It has been long debated whether averaged electrical responses recorded from the scalp result from stimulus-evoked brain events or stimulus-induced changes in ongoing brain dynamics. In a human visual selective attention task, we show that nontarget event-related potentials were mainly generated by partial stimulus-induced phase resetting of multiple electroencephalographic processes. Independent component analysis applied to the single-trial data identified at least eight classes of contributing components, including those producing central and lateral posterior alpha, left and right mu, and frontal midline theta rhythms. Scalp topographies of these components were consistent with their generation in compact cortical domains.

To quantify developmental abnormalities in cerebral and cerebellar volume in autism.The authors studied 60 autistic and 52 normal boys (age, 2 to 16 years) using MRI. Thirty autistic boys were diagnosed and scanned when 5 years or older. The other 30 were scanned when 2 through 4 years of age and then diagnosed with autism at least 2.5 years later, at an age when the diagnosis of autism is more reliable.Neonatal head circumferences from clinical records were available for 14 of 15 autistic 2- to 5-year-olds and, on average, were normal (35.1 +/- 1.3 cm versus clinical norms: 34.6 +/- 1.6 cm), indicative of normal overall brain volume at birth; one measure was above the 95th percentile. By ages 2 to 4 years, 90% of autistic boys had a brain volume larger than normal average, and 37% met criteria for developmental macrencephaly. Autistic 2- to 3-year-olds had more cerebral (18%) and cerebellar (39%) white matter, and more cerebral cortical gray matter (12%) than normal, whereas older autistic children and adolescents did not have such enlarged gray and white matter volumes. In the cerebellum, autistic boys had less gray matter, smaller ratio of gray to white matter, and smaller vermis lobules VI-VII than normal controls.Abnormal regulation of brain growth in autism results in early overgrowth followed by abnormally slowed growth. Hyperplasia was present in cerebral gray matter and cerebral and cerebellar white matter in early life in patients with autism.

Objectives: Electrical potentials produced by blinks and eye movements present serious problems for electroencephalographic (EEG) and event-related potential (ERP) data interpretation and analysis, particularly for analysis of data from some clinical populations. Often, all epochs contaminated by large eye artifacts are rejected as unusable, though this may prove unacceptable when blinks and eye movements occur frequently. Methods: Frontal channels are often used as reference signals to regress out eye artifacts, but inevitably portions of relevant EEG signals also appearing in EOG channels are thereby eliminated or mixed into other scalp channels. A generally applicable adaptive method for removing artifacts from EEG records based on blind source separation by independent component analysis (ICA) (Neural Computation 7 (1995) 1129; Neural Computation 10(8) (1998) 2103; Neural Computation 11(2) (1999) 606) overcomes these limitations. Results: Results on EEG data collected from 28 normal controls and 22 clinical subjects performing a visual selective attention task show that ICA can be used to effectively detect, separate and remove ocular artifacts from even strongly contaminated EEG recordings. The results compare favorably to those obtained using rejection or regression methods. Conclusions: The ICA method can preserve ERP contributions from all of the recorded trials and all the recorded data channels, even when none of the single trials are artifact-free.

ContextAutism most commonly appears by 2 to 3 years of life, at which time the brain is already abnormally large. This raises the possibility that brain overgrowth begins much earlier, perhaps before the first clinically noticeable behavioral symptoms.ObjectivesTo determine whether pathological brain overgrowth precedes the first clinical signs of autism spectrum disorder (ASD) and whether the rate of overgrowth during the first year is related to neuroanatomical and clinical outcome in early childhood.Design, Setting, and ParticipantsHead circumference (HC), body length, and body weight measurements during the first year were obtained from the medical records of 48 children with ASD aged 2 to 5 years who had participated in magnetic resonance imaging studies. Of these children, 15 (longitudinal group) had measurements at 4 periods during infancy: birth, 1 to 2 months, 3 to 5 months, and 6 to 14 months; and 33 (partial HC data group) had measurements at birth and 6 to 14 months (n = 7), and at birth only (n = 28).Main Outcome MeasuresAge-related changes in infants with ASD who had multiple-age measurements, and the relationship of these changes to brain anatomy and clinical and diagnostic outcome at 2 to 5 years were evaluated by using 2 nationally recognized normative databases: cross-sectional normative data from a national survey and longitudinal data of individual growth.ResultsCompared with normative data of healthy infants, birth HC in infants with ASD was significantly smaller (z = –0.66, P<.001); after birth, HC increased 1.67 SDs and mean HC was at the 84th percentile by 6 to 14 months. Birth HC was related to cerebellar gray matter volume at 2 to 5 years, although the excessive increase in HC between birth and 6 to 14 months was related to greater cerebral cortex volume at 2 to 5 years. Within the ASD group, every child with autistic disorder had a greater increase in HC between birth and 6 to 14 months (mean [SD], 2.19 [0.98]) than infants with pervasive developmental disorder-not otherwise specified (0.58 [0.35]). Only 6% of the individual healthy infants in the longitudinal data showed accelerated HC growth trajectories (>2.0 SDs) from birth to 6 to 14 months; 59% of infants with autistic disorder showed these accelerated growth trajectories.ConclusionsThe clinical onset of autism appears to be preceded by 2 phases of brain growth abnormality: a reduced head size at birth and a sudden and excessive increase in head size between 1 to 2 months and 6 to 14 months. Abnormally accelerated rate of growth may serve as an early warning signal of risk for autism.

PURPOSE: To quantitate neuroanatomic parameters in healthy volunteers and to compare the values with normative values from postmortem studies. MATERIALS AND METHODS: Magnetic resonance (MR) images of 116 volunteers aged 19 months to 80 years were analyzed with semiautomated procedures validated by means of comparison with manual tracings. Volumes measured included intracranial space, whole brain, gray matter (GM), white matter (WM), and cerebrospinal fluid (CSF). Results were compared with values from previous postmortem studies. RESULTS: Whole brain and intracranial space grew by 25%–27% between early childhood (mean age, 26 months; age range, 19–33 months) and adolescence (mean age, 14 years; age range, 12–15 years); thereafter, whole-brain volume decreased such that volunteers (age range, 71–80 years) had volumes similar to those of young children. GM increased 13% from early to later (6–9 years) childhood. Thereafter, GM increased more slowly and reached a plateau in the 4th decade; it decreased by 13% in the oldest volunteers. The GM-WM ratio decreased exponentially from early childhood through the 4th decade; thereafter, it gradually declined. In vivo patterns of change in the intracranial space, whole brain, and GM-WM ratio agreed with published postmortem data. CONCLUSION: MR images accurately depict normal patterns of age-related change in intracranial space, whole brain, GM, WM, and CSF. These quantitative MR imaging data can be used in research studies and clinical settings for the detection of abnormalities in fundamental neuroanatomic parameters.

Autism is a neurologic disorder that severely impairs social, language, and cognitive development. Whether autism involves maldevelopment of neuroanatomical structures is not known. The size of the cerebellar vermis in patients with autism was measured on magnetic resonance scans and compared with its size in controls. The neocerebellar vermal lobules VI and VII were found to be significantly smaller in the patients. This appeared to be a result of developmental hypoplasia rather than shrinkage or deterioration after full development had been achieved. In contrast, the adjacent vermal lobules I to V, which are ontogenetically, developmentally, and anatomically distinct from lobules VI and VII, were found to be of normal size. Maldevelopment of the vermal neocerebellum had occurred in both retarded and nonretarded patients with autism. This localized maldevelopment may serve as a temporal marker to identify the events that damage the brain in autism, as well as other neural structures that may be concomitantly damaged. Our findings suggest that in patients with autism, neocerebellar abnormality may directly impair cognitive functions that some investigators have attributed to the neocerebellum; may indirectly affect, through its connections to the brain stem, hypothalamus, and thalamus, the development and functioning of one or more systems involved in cognitive, sensory, autonomic, and motor activities; or may occur concomitantly with damage to other neural sites whose dysfunction directly underlies the cognitive deficits in autism.

Visual evoked potentials (VEPs) were recorded from normal adult subjects performing in a visual discrimination task. Subjects counted the number of presentations of the numeral 4 which was interposed rarely and randomly within a sequence of tachistoscopically flashed background stimuli (numeral 2s). Intrusive, task-irrelevant (not counted) stimuli were also interspersed rarely and randomly in the sequence of 2s; these stimuli were of two types: simples, which were easily recognizable (e.g., geometric figures), and novels, which were completely unrecognizable (i.e., complex, colorful patterns). It was found that the simples and the counted 4s evoked posteriorly distributed P3 waves (latency 380–430 msec) while the irrelevant novels evoked large, frontally distributed P3 waves (latency 360–380 msec). These large, frontal P3 waves to novels were also found to be preceded by large N2 waves (latency 278 msec). These findings indicate that “the P3” wave is not a unitary phenomenon but should be considered in terms of a family of waves, differing in their brain generators and in their psychological correlates. These late positive components are discussed in terms of task-relevance, recognition and Pavlov's “what is it” response. Les potentiels évoqués visuels (VEPs) ont été enregistrés chez des sujets adultes normaux réalisant une tâche de discrimination visuelle. Les sujets comptent le nombre de présentations du chiffre 4 qui sont interposées rarement et de façon aléatoire à l'intérieur d'une séquence de stimuli de base présenté au tachistoscope (chiffres 2). Des stimuli importuns, sans liaison à la tâche (et non comptés) sont également inoculés rarement et de façon aléatoire dans la séquence de chiffres 2; ces stimuli sont de deux types: simples, pouvant être aisément reconnaissables (par example, figure géométrique), nouveaux, impossibles à connaître (par example, patterns complexes colorés). Il a été observé que les stimuli simples et les chiffres 4 comptés évoquaient des ondes P3 de topographie postérieure (latence entre 380 et 430 msec), tandis que les stimuli nouveaux inadéquats évoquaient des ondes P3 amples et distribuées sur la région frontale (latence 360–380 msec). Ces grandes ondes P3 frontales aux stimuli nouveaux s'avèrent également être précédées par de grandes ondes N2 (latence 278 msec). Ces données indiquent que l'onde P3 n'est pas un phénoméne unique mais doit être considérée en termes d'une famille d'ondes qui différent quant à leurs générateurs cérébraux et leurs corrélats psychologiques. Ces composantes positives tardives sont discutées en terme d'adéquation à la tâche, de reconnaissance et de réponse interrogative au sens de Pavlov.

Processing the human face is at the focal point of most social interactions, yet this simple perceptual task is difficult for individuals with autism, a population that spends limited amounts of time engaged in face-to-face eye contact or social interactions in general. Thus, the study of face processing in autism is not only important because it may be integral to understanding the social deficits of this disorder, but also, because it provides a unique opportunity to study experiential factors related to the functional specialization of normal face processing. In short, autism may be one of the only disorders where affected individuals spend reduced amounts of time engaged in face processing from birth. Using functional MRI, haemodynamic responses during a face perception task were compared between adults with autism and normal control subjects. Four regions of interest (ROIs), the fusiform gyrus (FG), inferior temporal gyrus, middle temporal gyrus and amygdala were manually traced on non-spatially normalized images and the percentage ROI active was calculated for each subject. Analyses in Talairach space were also performed. Overall results revealed either abnormally weak or no activation in FG in autistic patients, as well as significantly reduced activation in the inferior occipital gyrus, superior temporal sulcus and amygdala. Anatomical abnormalities, in contrast, were present only in the amygdala in autistic patients, whose mean volume was significantly reduced as compared with normals. Reaction time and accuracy measures were not different between groups. Thus, while autistic subjects could perform the face perception task, none of the regions supporting face processing in normals were found to be significantly active in the autistic subjects. Instead, in every autistic patient, faces maximally activated aberrant and individual-specific neural sites (e.g. frontal cortex, primary visual cortex, etc.), which was in contrast to the 100% consistency of maximal activation within the traditional fusiform face area (FFA) for every normal subject. It appears that, as compared with normal individuals, autistic individuals `see' faces utilizing different neural systems, with each patient doing so via a unique neural circuitry. Such a pattern of individual-specific, scattered activation seen in autistic patients in contrast to the highly consistent FG activation seen in normals, suggests that experiential factors do indeed play a role in the normal development of the FFA.

Abstract Over the past few decades, neuroimaging has become a ubiquitous tool in basic research and clinical studies of the human brain. However, no reference standards currently exist to quantify individual differences in neuroimaging metrics over time, in contrast to growth charts for anthropometric traits such as height and weight 1 . Here we assemble an interactive open resource to benchmark brain morphology derived from any current or future sample of MRI data ( http://www.brainchart.io/ ). With the goal of basing these reference charts on the largest and most inclusive dataset available, acknowledging limitations due to known biases of MRI studies relative to the diversity of the global population, we aggregated 123,984 MRI scans, across more than 100 primary studies, from 101,457 human participants between 115 days post-conception to 100 years of age. MRI metrics were quantified by centile scores, relative to non-linear trajectories 2 of brain structural changes, and rates of change, over the lifespan. Brain charts identified previously unreported neurodevelopmental milestones 3 , showed high stability of individuals across longitudinal assessments, and demonstrated robustness to technical and methodological differences between primary studies. Centile scores showed increased heritability compared with non-centiled MRI phenotypes, and provided a standardized measure of atypical brain structure that revealed patterns of neuroanatomical variation across neurological and psychiatric disorders. In summary, brain charts are an essential step towards robust quantification of individual variation benchmarked to normative trajectories in multiple, commonly used neuroimaging phenotypes.

The cerebellum traditionally has been viewed as a neural device dedicated to motor control. Although recent evidence shows that it is involved in nonmotor operations as well, an important question is whether this involvement is independent of motor control and motor guidance. Functional magnetic resonance imaging was used to demonstrate that attention and motor performance independently activate distinct cerebellar regions. These findings support a broader concept of cerebellar function, in which the cerebellum is involved in diverse cognitive and noncognitive neurobehavioral systems, including the attention and motor systems, in order to anticipate imminent information acquisition, analysis, or action.