The aim of this pilot study was to evaluate whether the technique of magnetic fluid hyperthermia can be used for minimally invasive treatment of prostate cancer. This paper presents the first clinical application of interstitial hyperthermia using magnetic nanoparticles in locally recurrent prostate cancer. Treatment planning was carried out using computerized tomography (CT) of the prostate. Based on the individual anatomy of the prostate and the estimated specific absorption rate (SAR) of magnetic fluids in prostatic tissue, the number and position of magnetic fluid depots required for sufficient heat deposition was calculated while rectum and urethra were spared. Nanoparticle suspensions were injected transperineally into the prostate under transrectal ultrasound and flouroscopy guidance. Treatments were delivered in the first magnetic field applicator for use in humans, using an alternating current magnetic field with a frequency of 100 kHz and variable field strength (0–18 kA m−1). Invasive thermometry of the prostate was carried out in the first and last of six weekly hyperthermia sessions of 60 min duration. CT-scans of the prostate were repeated following the first and last hyperthermia treatment to document magnetic nanoparticle distribution and the position of the thermometry probes in the prostate. Nanoparticles were retained in the prostate during the treatment interval of 6 weeks. Using appropriate software (AMIRA), a non-invasive estimation of temperature values in the prostate, based on intra-tumoural distribution of magnetic nanoparticles, can be performed and correlated with invasively measured intra-prostatic temperatures. Using a specially designed cooling device, treatment was well tolerated without anaesthesia. In the first patient treated, maximum and minimum intra-prostatic temperatures measured at a field strength of 4.0–5.0 kA m−1 were 48.5°C and 40.0°C during the 1st treatment and 42.5°C and 39.4°C during the 6th treatment, respectively. These first clinical experiences prompted us to initiate a phase I study to evaluate feasibility, toxicity and quality of life during hyperthermia using magnetic nanoparticles in patients with biopsy-proven local recurrence of prostate cancer following radiotherapy with curative intent. To the authors’ knowledge, this is the first report on clinical application of interstitial hyperthermia using magnetic nanoparticles in the treatment of human cancer.

Abstract We use internal models of the external world to guide behavior, but little is known about how these cognitive maps are created . The orbitofrontal cortex (OFC) is typically thought to access these maps to support model-based decision-making, but it has recently been proposed that its critical contribution may be instead to integrate information into existing and new models. We tested between these alternatives using an outcome-specific devaluation task and a high-potency chemogenetic approach. We found that selectively inactivating OFC principal neurons when rats learned distinct cue-outcome associations, but prior to outcome devaluation, disrupted subsequent model-based inference, confirming that the OFC is critical for creating new cognitive maps. However, OFC inactivation surprisingly led to generalized devaluation. Using a novel reinforcement learning framework, we demonstrate that this effect is best explained not by a switch to a model-free system, as would be traditionally assumed, but rather by a circumscribed deficit in defining credit assignment precision during model construction. We conclude that the critical contribution of the OFC to learning is regulating the specificity of associations that comprise cognitive maps. One Sentence Summary OFC inactivation impairs learning of new specific cue-outcome associations without disrupting model-based learning in general.

Summary Humans generate complex hierarchies across a variety of domains, including language and music, and this capacity is often associated with activity in inferior frontal gyrus (IFG). Non-human animals have also been shown to represent simple hierarchies in spatial navigation, and human neuroimaging work has implicated the hippocampus in the encoding of items-in-contexts representations, which constitute 2-level hierarchical dependencies. These fields of research use distinct paradigms, leading to disjoint models and precluding adequate cross-species comparisons. In this study, we developed a paradigm to bring together these two areas of research and show that anterior hippocampus and medial prefrontal cortex encode hierarchical context, mimicking findings from animal spatial navigation. Additionally, we replicated classic neurolinguistic findings of 1) left IFG and posterior temporal cortex in the representation of hierarchies and 2) the association between IFG and processing automaticity. We propose that mammals share an evolutionary ancient system for the generation of simple hierarchies which is complemented in humans by additional capacities. Highlights HPC and mPFC activity is specifically modulated by hierarchical context Syntax-related regions in the left hemisphere encode for hierarchy in general IFGop activity is maintained in later trials for hierarchies but not sequences These findings mimic those from animal spatial navigation and neurolinguistics

Abstract Functional connectivity holds promise as a biomarker of psychiatric disorders. Yet, its high dimensionality, combined with small sample sizes in clinical research, increases the risk of overfitting when the aim is prediction. Recently, low-dimensional representations of the connectome such as macroscale cortical gradients and gradient dispersion have been proposed, with studies noting consistent gradient and dispersion differences in psychiatric conditions. However, it is unknown which of these derived measures has the highest predictive capacity and how they compare to raw connectivity. Our study evaluates which connectome features — functional connectivity, gradients, or gradient dispersion — best identify schizophrenia. Figure 1 summarizes this work. Surprisingly, our findings indicate that functional connectivity outperforms its low-dimensional derivatives such as cortical gradients and gradient dispersion in identifying schizophrenia. Additionally, we demonstrated that the edges which contribute the most to classification performance are the ones connecting primary sensory regions.

Abstract Recent theories of cortical organisation maintain that important features of brain function emerge through the spatial arrangement of regions of cortex. For example, areas of association cortex are located in regions of cortex furthest from sensory and motor cortex. Association cortex is also ‘interdigitated’ since adjacent regions can have relatively different patterns of functional connectivity. It is assumed that topographic properties such as distance between cortical regions constrain their functions. For example, large distances between association and sensory and motor systems may enable these areas of cortex to maintain differentiable neural patterns, while an interdigitated organisation may enable association cortex to contain many functional systems in a relatively compact space. We currently lack a formal understanding of how spatial organisation impacts brain function, limiting the ability to leverage cortical topography to facilitate better interpretations of a regions function. Here we use variograms, a quantification of spatial autocorrelation, to develop a cortex-wide profile of how functional similarity changes as a function of the distance between regions. We establish that function changes gradually within sensory and motor cortex as the distance between regions increases, while in association cortex function changes rapidly over shorter distances. Subsequent analysis suggests these differential classes of spatial dependency are related to variation in intracortical myelin between sensory motor and association cortex. Our study suggests primary and association cortex are differentiated by the degree to which function varies over space, emphasising the need to formally account for spatial properties when estimating a system’s contribution to cognition and behaviour. Significance statement The spatial arrangements of regions in the human brain are hypothesised to underpin important features of a brain regions function. Currently, however, we lack a formal understanding of how topography shapes brain function, limiting our ability to leverage topographical perspectives to inform better theories of brain function. Here we use a formal mathematical approach to establish that in regions of association cortex function varies across the cortex more rapidly than in sensory and motor cortex, a phenomenon linked to levels of intracortical myelin. This result highlights how topographical features distinguish between cortical regions with different functional profiles and provides a formal account of how spatial differences support different features of brain function.

Abstract Sensory information mainly travels along a hierarchy spanning unimodal to transmodal regions, forming multisensory integrative representations crucial for higher-order cognitive functions. Here, we develop an fMRI based two-dimensional framework to characterize sensory integration based on the anchoring role of the primary cortex in the organization of sensory processing. Sensory magnitude captures the percentage of variance explained by three primary sensory signals and decreases as the hierarchy ascends, exhibiting strong similarity to the known hierarchy and high stability across different conditions. Sensory angle converts associations with three primary sensory signals to an angle representing the proportional contributions of different sensory modalities. This dimension identifies differences between brain states and emphasizes how sensory integration changes flexibly in response to varying cognitive demands. Furthermore, meta-analytic functional decoding with our model highlights the close relationship between cognitive functions and sensory integration, showing its potential for future research of human cognition through sensory information processing.