Abstract Ventral temporal cortex (VTC) consists of high-level visual regions that are arranged in consistent anatomical locations across individuals. This consistency has led to several hypotheses about the factors that constrain the functional organization of VTC. A prevailing theory is that white matter connections influence the organization of VTC, however, the nature of this constraint is unclear. Here, we test two hypotheses: (1) white matter tracts are specific for each category or (2) white matter tracts are specific to cytoarchitectonic areas of VTC. To test these hypotheses, we used diffusion magnetic resonance imaging (dMRI) to identify white matter tracts and functional magnetic resonance imaging (fMRI) to identify category-selective regions in VTC in children and adults. We find that in childhood, white matter connections are linked to cytoarchitecture rather than category-selectivity. In adulthood, however, white matter connections are linked to both cytoarchitecture and category-selectivity. These results suggest a rethinking of the view that category-selective regions in VTC have category-specific white matter connections early in development. Instead, these findings suggest that the neural hardware underlying the processing of categorical stimuli may be more domain-general than previously thought, particularly in childhood.

Abstract Education sculpts specialized neural circuits for skills like reading that are critical to success in modern society but were not anticipated by the selective pressures of evolution. Does the emergence of brain regions that selectively process novel visual stimuli like words occur at the expense of cortical representations of other stimuli like faces and objects? To answer this question we conducted a randomized controlled trial with pre-school children (five years of age). We found that being taught reading versus oral language skills induced different patterns of change in category-selective regions of visual cortex. Reading instruction enhanced the response to text but did not diminish the response to other categories. How these changes play out over a longer timescale is still unknown but, based on these data, we can surmise that high-level visual cortex undergoes rapid changes as children enter school and begin establishing new skills like literacy.

Category-selective regions in ventral temporal cortex (VTC) have a consistent anatomical organization, which is hypothesized to be scaffolded by white matter connections. However, it is unknown how white matter connections are organized from birth. Here, we scanned newborn to 6-month-old infants and adults and used a data-driven approach to determine the organization of the white matter connections of VTC. We find that white matter connections are organized by cytoarchitecture, eccentricity, and category from birth. Connectivity profiles of functional regions in the same cytoarchitectonic area are similar from birth and develop in parallel, with decreases in endpoint connectivity to lateral occipital, and parietal, and somatosensory cortex, and increases to lateral prefrontal cortex. Additionally, connections between VTC and early visual cortex are organized topographically by eccentricity bands and predict eccentricity biases in VTC. These data have important implications for theories of cortical functional development and open new possibilities for understanding typical and atypical white matter development.

Word-selective neural responses in human ventral occipito-temporal cortex (VOTC) emerge as children learn to read, creating a visual word form area (VWFA) in the literate brain. It has been suggested that the VWFA arises through competition between pre-existing selectivity for other stimulus categories, changing the topography of VOTC to support rapid word recognition. Here, we hypothesized that competition between words and objects would be resolved as children acquire reading skill. Using functional magnetic resonance imaging (fMRI), we examined the relationship between responses to words and objects in VOTC in two ways. First, we defined the VWFA using a words > objects contrast and found that only skilled readers had a region that responded more to words than objects. Second, we defined the VWFA using a words > faces contrast and examined selectivity for words over objects in this region. We found that word selectivity strongly correlated with reading skill, suggesting reading skill-dependent tuning for words. Furthermore, we found that low word selectivity in struggling readers was not due to a lack of response to words, but to a high response to objects. Our results suggest that the fine-tuning of word-selective responses in VOTC is a critical component of skilled reading.

Abstract Reading is a cognitive skill that requires our brain to go through a myriad of changes during learning. While many studies have described how reading acquisition shapes children’s brain function, less is known about the impact of reading on brain structure. Here we examined short-term causal effects of reading training on preschoolers’ behavior and white matter structure. Forty-eight English-speaking preschoolers (4y10m to 6y2m) participated in a randomized controlled trial where they were randomly assigned to two training programs: the Letter training program was focused on key skills for reading (e.g., decoding and letter knowledge), while the Language training program strengthened oral language comprehension skills without exposure to text. Longitudinal behavioral data showed that only the Letter Training group increased letter knowledge and decoding skills after the two-week training. Diffusion MRI measures (FA and MD) of eighteen white matter pathways (including the left arcuate and the left inferior longitudinal fasciculus) did not reveal any statistically significant changes for either group despite high degrees of scan-rescan reliability across sessions. These findings suggest that a two- week reading training program can cause changes in preschoolers’ letter knowledge and decoding abilities, without being accompanied by measurable changes in the diffusion properties of the major white matter pathways of the reading network. We conclude highlighting possible constraints (i.e., age, training onset and duration, cognitive profile) to reading-related white matter plasticity.

Dyslexia is associated with abnormal performance on many auditory psychophysics tasks, particularly those involving the categorization of speech sounds. However, it is debated whether those apparent auditory deficits arise from (a) reduced sensitivity to particular acoustic cues, (b) the difficulty of experimental tasks, or (c) unmodeled lapses of attention. Here we investigate the relationship between phoneme categorization and reading ability, with special attention to the nature of the cue encoding the phoneme contrast (static versus dynamic), differences in task paradigm difficulty, and methodological details of psychometric model fitting. We find a robust relationship between reading ability and categorization performance, show that task difficulty cannot fully explain that relationship, and provide evidence that the deficit is not restricted to dynamic cue contrasts, contrary to prior reports. Finally, we demonstrate that improved modeling of behavioral responses suggests that the gap between dyslexics and typical readers may be smaller than previously reported.

Reading entails transforming visual symbols to sound and meaning. This process depends on specialized circuitry in the visual cortex, the Visual Word Form Area (VWFA). Recent findings suggest that this word-selective cortex comprises at least two distinct subregions: the more posterior VWFA-1 is sensitive to visual features, while the more anterior VWFA-2 processes higher level language information. Here, we explore whether these two subregions exhibit different patterns of functional connectivity, and whether these patterns have relevance for reading development. We address these questions using two complementary datasets: Using the Natural Scenes Datasets (NSD; Allen et al, 2022) we identify word-selective responses in high-quality 7T individual adult data (N=8; 6 females), and investigate functional connectivity patterns of VWFA-1 and VWFA-2 at the individual level. We then turn to the Healthy Brain Network (HBN; Alexander et al., 2017) database to assess whether these patterns a) replicate in a large developmental sample (N=224; 98 females, age 5-21y), and b) are related to reading development. In both datasets, we find that VWFA-1 is more strongly correlated with bilateral visual regions including ventral occipitotemporal cortex and posterior parietal cortex. In contrast, VWFA-2 is more strongly correlated with language regions in the frontal and lateral parietal lobes, particularly bilateral inferior frontal gyrus (IFG). Critically, these patterns do not generalize to adjacent face-selective regions, suggesting a unique relationship between VWFA-2 and the frontal language network. While connectivity patterns increased with age, no correlations were observed between functional connectivity and reading ability. Together, our findings support the distinction between subregions of the VWFA, and portray the functional connectivity patterns of the reading circuitry as an intrinsic stable property of the brain.