The processing of sensory information and the generation of motor commands needed to produce coordinated actions can interfere with ongoing cognitive tasks. Even simple motor behaviors like walking can alter cognitive task performance. This cognitive-motor interference (CMI) could arise from disruption of planning in anticipation of carrying out the task (proactive control) and/or from disruption of the execution of the task (reactive control). In young healthy adults, walking-induced interference with behavioral performance may not be readily observable because flexibility in neural circuits can compensate for the added demands of simultaneous loads. In this study, cognitive-motor loads were systematically increased during cued task-switching while underlying neurophysiologic changes in proactive and reactive mechanisms were measured. Brain activity was recorded from 22 healthy young adults using 64-channel electroencephalography (EEG) based Mobile Brain/Body Imaging (MoBI) as they alternately sat or walked during performance of cued task-switching. Walking altered neurophysiological indices of both proactive and reactive control. Walking amplified cue-evoked late fontal slow waves, and reduced the amplitude of target-evoked fronto-central N2 and parietal P3. The effects of walking on evoked neural responses systematically increased as the task became increasingly difficult. This may provide an objective brain marker of increasing cognitive load, and may prove to be useful in identifying seemingly healthy individuals who are currently able to disguise ongoing degenerative processes through active compensation. If, however, degeneration continues unabated these people may reach a compensatory limit at which point both cognitive performance and control of coordinated actions may decline rapidly.

Abstract Deaf people show increased visuospatial attention abilities, especially towards peripheral inputs, but the neural mechanisms of these heightened abilities are not yet understood. In hearing individuals, topographically-specific alpha-band oscillatory activity (8-14 Hz) over parieto-occipital regions has been associated with active suppression of irrelevant locations. Here, we asked whether increases in this spatially-specific anticipatory oscillatory mechanism might underpin enhanced visuospatial attention abilities in deaf individuals, on the premise that deaf people might be more adept at transiently engaging and disengaging attentional processes involved in processing peripheral inputs. An alternative hypothesis was that deaf individuals might not produce lateralized alpha-band activity, because of the need to continuously monitor the periphery due to the absence of an auxiliary auditory spatial alerting system. High-density electroencephalography was recorded from 20 deaf native signers and 20 hearing non-signers performing a cued covert visuospatial attention task. Deaf participants responded significantly more rapidly and accurately and showed highly typical alpha-band lateralization during the cue-target interval of the task. Topographic analysis showed a greater extent of alpha-band anticipatory activity over right parietal scalp, suggesting sequestration of extra-visual attentional circuits (i.e., unused auditory regions), and post-hoc analysis pointed to substantially earlier onset of this activity during the cue-target interval. The presence of cue-evoked anticipatory alpha lateralization in deaf participants suggests that they are rapidly engaging and disengaging attentional processes involved in orienting attention to the periphery. The earlier and more extensive engagement of these anticipatory oscillatory processes may contribute to the improved visuospatial performance observed in these individuals. Significance Statement Prior to this study, it was not known whether deaf people demonstrate lateralization of alpha-band oscillatory electroencephalographic (EEG) activity over the posterior region of the brain, which plays a role in the suppression of uncued regions of space during cued visuospatial attention tasks. We found that this lateralized pattern was observable in deaf participants and was not significantly different from that seen in hearing participants, except that alpha activity onsets earlier in deaf participants. However, when cue directions were collapsed, the scalp topographies of deaf participants showed a greater distribution of alpha activity, suggesting that they recruited a brain region typically reserved for audiospatial attentional control during the visuospatial attention task. Additionally, deaf participants responded significantly more quickly and accurately compared to hearing participants, demonstrating increased visuospatial attention abilities.

Abstract In young adults, pairing a taxing cognitive task with walking can have different effects on gait and cognitive task performance. In some cases, performance clearly declines whereas in others compensatory mechanisms maintain performance even under dual-task conditions. This study set out to investigate the preliminary finding of behavioral improvement in Go-NoGo response inhibition task performance during walking compared to sitting, which was observed at the piloting stage. Mobile Brain/Body Imaging (MoBI) was used to record electroencephalographic (EEG) activity, three-dimensional (3D) gait kinematics and behavioral responses in the cognitive task, during sitting or walking on a treadmill. In a cohort of twenty-six (26) young adults, fourteen (14) participants improved in measures of cognitive task performance while walking compared to sitting. These participants exhibited walking-related EEG amplitude reductions over frontal brain scalp regions during key stages of inhibitory control (conflict monitoring, control implementation and pre-motor stages), accompanied by reduced stride-to-stride variability and faster responses to stimuli compared to those who did not improve. In contrast, the twelve (12) participants who did not improve exhibited no EEG amplitude differences across physical condition. The neural activity changes associated with performance improvement during dual tasking hold promise as cognitive flexibility markers that can potentially help assess cognitive decline in aging and neurodegeneration.

Importance Most research to understand postacute sequelae of SARS-CoV-2 infection (PASC), or long COVID, has focused on adults, with less known about this complex condition in children. Research is needed to characterize pediatric PASC to enable studies of underlying mechanisms that will guide future treatment. Objective To identify the most common prolonged symptoms experienced by children (aged 6 to 17 years) after SARS-CoV-2 infection, how these symptoms differ by age (school-age [6-11 years] vs adolescents [12-17 years]), how they cluster into distinct phenotypes, and what symptoms in combination could be used as an empirically derived index to assist researchers to study the likely presence of PASC. Design, Setting, and Participants Multicenter longitudinal observational cohort study with participants recruited from more than 60 US health care and community settings between March 2022 and December 2023, including school-age children and adolescents with and without SARS-CoV-2 infection history. Exposure SARS-CoV-2 infection. Main Outcomes and Measures PASC and 89 prolonged symptoms across 9 symptom domains. Results A total of 898 school-age children (751 with previous SARS-CoV-2 infection [referred to as infected ] and 147 without [referred to as uninfected ]; mean age, 8.6 years; 49% female; 11% were Black or African American, 34% were Hispanic, Latino, or Spanish, and 60% were White) and 4469 adolescents (3109 infected and 1360 uninfected; mean age, 14.8 years; 48% female; 13% were Black or African American, 21% were Hispanic, Latino, or Spanish, and 73% were White) were included. Median time between first infection and symptom survey was 506 days for school-age children and 556 days for adolescents. In models adjusted for sex and race and ethnicity, 14 symptoms in both school-age children and adolescents were more common in those with SARS-CoV-2 infection history compared with those without infection history, with 4 additional symptoms in school-age children only and 3 in adolescents only. These symptoms affected almost every organ system. Combinations of symptoms most associated with infection history were identified to form a PASC research index for each age group; these indices correlated with poorer overall health and quality of life. The index emphasizes neurocognitive, pain, and gastrointestinal symptoms in school-age children but change or loss in smell or taste, pain, and fatigue/malaise–related symptoms in adolescents. Clustering analyses identified 4 PASC symptom phenotypes in school-age children and 3 in adolescents. Conclusions and Relevance This study developed research indices for characterizing PASC in children and adolescents. Symptom patterns were similar but distinguishable between the 2 groups, highlighting the importance of characterizing PASC separately for these age ranges.

ABSTRACT The neural underpinnings of increasing cognitive load during walking, despite being ubiquitous in everyday life, is still not fully understood. This study elucidates the neural mechanisms underlying increased cognitive load while walking, by employing 2 versions of a Go/NoGo response inhibition task, namely the 1-back Go/NoGo task and the more cognitively demanding 2-back Go/NoGo task, during sitting or walking on a treadmill. By using the Mobile Brain/Body Imaging (MoBI) modality, electroencephalographic (EEG) activity, three-dimensional (3D) gait kinematics and task-related behavioral responses were collected from 34 young adults for the 1-back Go/NoGo task and 34 young adults for the 2-back Go/NoGo task. Interestingly, increasing cognitive-inhibitory load from 1-back to 2-back Go/NoGo during walking was not associated with any detectable costs in response accuracy, response speed, or gait consistency; however, it came with attenuations in walking-related EEG amplitude changes during both successful inhibitions (correct rejections) and successful executions (hits) of the ‘Go’ motor response. During correct rejections, such attenuations were detected over frontal regions, during latencies related to sensory gain control, conflict monitoring and working memory storage and processing. During hits, attenuations were found over left-parietal regions, during latencies related to orienting attention to and selecting the ‘Go’ motor plan, as well as over central regions, during latencies linked to executing the ‘Go’ motor response. The pattern of attenuation in walking-related EEG amplitude changes, manifested by the 2-back Go/NoGo group, is thought to reflect more effortful recalibration of the above neural processes, a mechanism which might be a key driver of performance maintenance in the face of increased cognitive demands while walking. Overall, the present findings shed light on the extent of the neurocognitive capacity of young adults, thus revealing the employed methodology as promising for better understanding how factors such as aging or neurological disorders could impinge on this capacity.

Abstract Combining walking with a demanding cognitive task is traditionally expected to elicit decrements in gait and/or cognitive task performance. However, it was recently shown that, in a cohort of young adults, most participants ‘paradoxically’ improved performance when walking was added to performance of a Go/NoGo response inhibition task. The present study aims to extend these previous findings to an older adult cohort, to investigate whether this paradoxical improvement when dual-tasking is observed in healthy older adults. Mobile Brain/Body Imaging (MoBI) was used to record electroencephalographic (EEG) activity, three-dimensional (3D) gait kinematics and behavioral responses in the Go/NoGo task, during sitting or walking on a treadmill, in 34 young adults and 37 older adults. Increased response accuracy during walking, independent of age, was found to correlate with slower responses to stimuli and with walking-related EEG amplitude modulations over latencies and topographies related to the cognitive component of inhibition. On the other hand, aging, independent of response accuracy during walking, was found to correlate with slower treadmill walking speeds and attenuation in walking-related EEG amplitude modulations over latencies and topographies associated with the motor component of inhibition. Older adults whose response accuracy improved during walking manifested neural signatures of both behavioral improvement and aging, suggesting that their flexibility in reallocating neural resources while walking might be maintained for the cognitive but not for the motor inhibitory component. These distinct neural signatures of aging and behavior can potentially be used to identify ‘super-agers’, or individuals at risk for cognitive decline due to aging or neurodegenerative disease.

ABSTRACT Multisensory objects that are frequently encountered in the natural environment lead to strong associations across a distributed sensory cortical network, with the end result experience of a unitary percept. Remarkably little is known, however, about the cortical processes sub-serving multisensory object formation and recognition. To advance our understanding in this important domain, the present study investigated the brain processes involved in learning and identification of novel visual-auditory objects. Specifically, we introduce and test a rudimentary three-stage model of multisensory object-formation and processing. Thirty adults were remotely trained for a week to recognize a novel class of multisensory objects (3D shapes paired to complex sounds), and high-density event related potentials (ERPs) were recorded to the corresponding unisensory (shapes or sounds only) and multisensory (shapes and sounds) stimuli, before and after intensive training. We identified three major stages of multisensory processing: 1) an early, multisensory, automatic effect (<100 ms) in occipital areas, related to the detection of simultaneous audiovisual signals and not related to multisensory learning 2) an intermediate object-processing stage (100-200 ms) in occipital and parietal areas, sensitive to the learned multisensory associations and 3) a late multisensory processing stage (>250 ms) that appears to be involved in both object recognition and possibly memory consolidation. Results from this study provide support for multiple stages of multisensory object learning and recognition that are subserved by an extended network of cortical areas.

ABSTRACT Atypical reactivity to somatosensory inputs is common in autism spectrum disorder and carries considerable impact on downstream social communication and quality of life. While behavioral and survey work have established differences in the perception of somatosensory information, little has been done to elucidate the underlying neurophysiological processes that drive these characteristics. Here, we implemented a duration-based somatosensory mismatch negativity paradigm to examine the role of temporal sensitivity and sensory memory in the processing of vibrotactile information in autistic (n=30) and neurotypical (n=30) adults. To capture the variability in responses between groups across a range of duration discrepancies, we compared the electrophysiological responses to frequent standard vibrations (100 ms) and four infrequent deviant vibrations (115, 130, 145, and 160 ms). The same stimuli were used in a follow-up behavioral task to determine active detection of the infrequent vibrations. We found no differences between the two groups with regard to discrimination between standard and deviant vibrations, demonstrating comparable neurologic and behavioral temporal somatosensory perception. However, exploratory analyses yielded subtle differences in amplitude at the N1 and P220 time points. Together, these results indicate that the temporal mechanisms of somatosensory discrimination are conserved in adults on the autism spectrum, though more general somatosensory processing may be affected. We discuss these findings in the broader context of the MMN literature in autism, as well as the potential role of cortical maturity in somatosensory mechanisms.

ABSTRACT Postmortem investigations in autism have identified anomalies in neural cytoarchitecture across limbic, cerebellar, and neocortical networks. These anomalies include narrow cell mini-columns and variable neuron density. However, difficulty obtaining sufficient post-mortem samples has often prevented investigations from converging on reproducible measures. Recent advances in processing magnetic resonance diffusion weighted images (DWI) make in vivo characterization of neuronal cytoarchitecture a potential alternative to post-mortem studies. Using extensive DWI data from the Adolescent Brain Cognitive Development sm (ABCD®) study 142 individuals with an Autism diagnosis were compared with 8971 controls using a restriction spectrum imaging (RSI) framework that characterized total neurite density (TND), its component restricted normalized directional diffusion (RND), and restricted normalized isotropic diffusion (RNI). A significant decrease in TND was observed in Autism in the right cerebellar cortex (β=-0.005, SE =0.0015, p=0.0267), with significant decreases in RNI and significant increases in RND found diffusely throughout posterior and anterior aspects of the brain, respectively. Furthermore, these regions remained significant in post-hoc analysis when the ASD sample was compared against a subset of 1404 individuals with other psychiatric conditions (pulled from the original 8971). These findings highlight the importance of characterizing neuron cytoarchitecture in Autism and the significance of their incorporation as physiological covariates in future studies. Lay abstract Children with autism have differences in neuron structure unique from the general population and populations with attention, anxiety, and depression disorders. Brain imaging data on over 11,000 children was acquired at ages 9 and 11 years-of-age. Estimates of neuron density were derived from brain imaging data using recently validated techniques and comparative groups were composed using parent reported diagnosis of autism and other common psychiatric disorders. Consistent macro-structural changes in brain have been difficult to replicate and micro-structural changes have been historically difficult to acquire with other methodologies. We identified regional differences in the density of neuron cell bodies, neuron branching, and total neuron density in those with a reported diagnosis of ASD. Findings were consistent when compared against those with other psychiatric disorders in post-hoc analysis. These findings demonstrate the viability and importance of investigating in vivo changes to neurons in those with autism to advance our current understanding of related physiology.

ABSTRACT Humans rely on predictive mechanisms during visual processing to efficiently resolve incomplete or ambiguous sensory signals. While initial low-level sensory data are conveyed by feedforward connections, feedback connections are believed to shape sensory processing through conveyance of statistical predictions based on prior exposure to stimulus configurations. Individuals with autism spectrum disorder (ASD) show biases in stimulus processing toward parts rather than wholes, suggesting their sensory processing may be less shaped by statistical predictions acquired through prior exposure to global stimulus properties. Investigations of illusory contour (IC) processing in neurotypical (NT) adults have established a well-tested marker of contour integration characterized by a robust modulation of the visually evoked potential (VEP) – the IC-effect – that occurs over lateral occipital scalp during the timeframe of the N1 component. Converging evidence strongly supports the notion that this IC-effect indexes a signal with significant feedback contributions. Using high-density VEPs, we compared the IC-effect in 6–17-year-old children with ASD (n=32) or NT development (n=53). Both groups of children generated an IC-effect that was equivalent in amplitude. However, the IC-effect notably onset 21ms later in ASD, even though timing of initial VEP afference was identical across groups. This suggests that feedforward information predominated during perceptual processing for 15% longer in ASD compared to NT children. This delay in the feedback dependent IC-effect , in the context of known developmental differences between feedforward and feedback fibers, suggests a potential pathophysiological mechanism of visual processing in ASD, whereby ongoing stimulus processing is less shaped by statistical prediction mechanisms. SIGNIFICANCE STATEMENT Children with autism often present with an atypical visual perceptual style that emphasizes parts or details over the whole. Using electroencephalography (EEG), this study identifies delays in the visual feedback from higher order sensory brain areas to primary sensory regions. Because this type of visual feedback is thought to carry information about prior sensory experiences, individuals with autism may have difficulty efficiently using prior experience and predictions to help make sense of incoming new visual information. This provides empirical neural evidence to support theories of disrupted sensory perception mechanisms in autism.