Abstract Neurotransmitter receptors support the propagation of signals in the human brain. How receptor systems are situated within macroscale neuroanatomy and how they shape emergent function remains poorly understood, and there exists no comprehensive atlas of receptors. Here we collate positron emission tomography data from >1 200 healthy individuals to construct a whole-brain 3-D normative atlas of 19 receptors and transporters across 9 different neurotransmitter systems. We find that receptor profiles align with structural connectivity and mediate function, including neurophysiological oscillatory dynamics and resting state hemodynamic functional connectivity. Using the Neurosynth cognitive atlas, we uncover a topographic gradient of overlapping receptor distributions that separates extrinsic and intrinsic psychological processes. Finally, we find both expected and novel associations between receptor distributions and cortical thinning patterns across 13 disorders. We replicate all findings in an independently collected autoradiography dataset. This work demonstrates how chemoarchitecture shapes brain structure and function, providing a new direction for studying multi-scale brain organization.

Abstract Resting-state fMRI has been used in numerous studies to map networks in the brain that employ spatially disparate regions. However, attempts to map networks with high spatial resolution have been hampered by conflicting technical demands and associated problems. Results from recent fMRI studies have shown that spatial resolution remains around 0.7 × 0.7 × 0.7 mm 3 , with only partial brain coverage. This work presents a novel fMRI method, TR-external EPI with keyhole (TR-external EPIK), which can provide a nominal spatial resolution of 0.51 × 0.51 × 1.00 mm 3 (0.26 mm 3 voxel) with whole-brain coverage. TR-external EPIK enabled the identification of various resting-state networks distributed throughout the brain from a single fMRI session, with mapping fidelity onto the grey matter at 7T. The high-resolution functional image further revealed mesoscale anatomical structures, such as small cerebral vessels and the internal granular layer of the cortex within the postcentral gyrus.