Tractography based on non-invasive diffusion imaging is central to the study of human brain connectivity. To date, the approach has not been systematically validated in ground truth studies. Based on a simulated human brain data set with ground truth tracts, we organized an open international tractography challenge, which resulted in 96 distinct submissions from 20 research groups. Here, we report the encouraging finding that most state-of-the-art algorithms produce tractograms containing 90% of the ground truth bundles (to at least some extent). However, the same tractograms contain many more invalid than valid bundles, and half of these invalid bundles occur systematically across research groups. Taken together, our results demonstrate and confirm fundamental ambiguities inherent in tract reconstruction based on orientation information alone, which need to be considered when interpreting tractography and connectivity results. Our approach provides a novel framework for estimating reliability of tractography and encourages innovation to address its current limitations.

Objective:  Primary progressive aphasia (PPA) is characterized by isolated decline in language functions. Semantic dementia and progressive nonfluent aphasia are accepted PPA variants. A "logopenic" variant (LPA) has also been proposed, but its cognitive and anatomic profile is less defined. The aim of this study was to establish the cognitive and anatomic features of LPA. Methods:  Six previously unreported LPA cases underwent extensive neuropsychological evaluation and an experimental study of phonological loop functions, including auditory and visual span tasks with digits, letters, and words. For each patient, a voxel-wise, automated analysis of MRI or SPECT data were conducted using SPM2. Results:  In LPA, speech rate was slow, with long word-finding pauses. Grammar and articulation were preserved, although phonological paraphasias could be present. Repetition and comprehension were impaired for sentences but preserved for single words, and naming was moderately affected. Investigation of phonological loop functions showed that patients were severely impaired in digit, letter, and word span tasks. Performance did not improve with pointing, was influenced by word length, and did not show the normal phonological similarity effect. Atrophy or decreased blood flow was consistently found in the posterior portion of the left superior and middle temporal gyri and inferior parietal lobule. Conclusions:  Logopenic progressive aphasia (LPA) is a distinctive variant of primary progressive aphasia. Cognitive and neuroimaging data indicate that a deficit in phonological loop functions may be the core mechanism underlying the LPA clinical syndrome. Recent studies suggest that Alzheimer disease may be the most common pathology underlying the LPA clinical syndrome. GLOSSARY: AD = Alzheimer disease; BA = Brodmann area; CDR = Clinical Dementia Rating; CVLT-MS = California Verbal Learning Test–Mental Status Edition; ECD = ethyl cysteinate dimer; FWHM = full-width at half-maximum; GM = gray matter; LPA = logopenic progressive aphasia; MMSE = Mini-Mental State Examination; PNFA = progressive nonfluent aphasia; PPA = primary progressive aphasia; Rey-O = Rey–Osterrieth; SemD = semantic dementia; VBM = voxel-based morphometry; WAB = Western Aphasia Battery; WAIS-III = Wechsler Adult Intelligence Scale, Third Edition.

Abstract We assessed the effects of age of acquisition and language exposure on the cerebral correlates of lexical retrieval in high‐proficient, early‐acquisition bilinguals. Functional MRI was used to study Spanish–Catalan bilinguals who acquired either Spanish or Catalan as a first language in the first years of life. Subjects were exposed to the second language at 3 years of age, and have used both languages in daily life since then. Subjects had a comparable level of proficiency in the comprehension of both languages. Lexical retrieval with the verbal fluency task resulted in the well‐established pattern of left hemispheric activation centered on the inferior frontal region. The effect of age of acquisition was assessed by dividing the subjects into two groups, on the basis of the language acquired first (Catalan‐born or Spanish‐born bilinguals). Functional comparisons indicated that less extensive brain activation was associated with lexical retrieval in the language acquired earlier in life. The two groups were also different in language usage/exposure, as assessed with a specific questionnaire; in particular, the exposure to the second language (Spanish) was less intensive in the case of Catalans. This was reflected in a significant interaction, indicating a more extensive activation in Catalans during production in Spanish. Overall, these results indicate that, during a production task, both age of acquisition and language exposure affect the pattern of brain activation in bilinguals, even if both languages are acquired early and with a comparable level of proficiency. Hum. Brain Mapping 19:170–182, 2003. © 2003 Wiley‐Liss, Inc.

In this essay, we review 19th century conceptions on the neurobiology of speech and language, including the pioneer work of Franz Gall, Jean-Baptiste Bouillaud, Simon Alexandre Ernest Aubertin, Marc Dax, Paul Broca, and Carl Wernicke. We examine how these early investigations, anchored in the study of neurological disorders, have broadened their scope via neuropsychological and psycholinguistic theories and models. Then, we discuss how major technological advances have led to an important paradigm shift, through which the study of the brain slowly detached from the study of disease to become the study of individuals of all ages, with or without brain pathology or language disorders. The profusion of neuroimaging studies that were conducted in the past four decades, inquiring into various aspects of language have complemented—and often challenged—classical views on language production. Our understanding of the “motor speech center,” for instance, has been entirely transformed. The notion of cerebral dominance has also been revisited. We end this paper by discussing the challenges and controversies of 21st century neurobiology of speech and language as well as modern views of the neural architecture supporting speech and language functions.

Fiber tractography based on non-invasive diffusion imaging is at the heart of connectivity studies of the human brain. To date, the approach has not been systematically validated in ground truth studies. Based on a simulated human brain dataset with ground truth white matter tracts, we organized an open international tractography challenge, which resulted in 96 distinct submissions from 20 research groups. While most state-of-the-art algorithms reconstructed 90% of ground truth bundles to at least some extent, on average they produced four times more invalid than valid bundles. About half of the invalid bundles occurred systematically in the majority of submissions. Our results demonstrate fundamental ambiguities inherent to tract reconstruction methods based on diffusion orientation information, with critical consequences for the approach of diffusion tractography in particular and human connectivity studies in general.