The study provides novel data to inform the mechanisms by which poverty negatively impacts childhood brain development.OBJECTIVE To investigate whether the income-to-needs ratio experienced in early childhood impacts brain development at school age and to explore the mediators of this effect. DESIGN, SETTING, AND PARTICIPANTSThis study was conducted at an academic research unit at the Washington University School of Medicine in St Louis.Data from a prospective longitudinal study of emotion development in preschool children who participated in neuroimaging at school age were used to investigate the effects of poverty on brain development.Children were assessed annually for 3 to 6 years prior to the time of a magnetic resonance imaging scan, during which they were evaluated on psychosocial, behavioral, and other developmental dimensions.Preschoolers included in the study were 3 to 6 years of age and were recruited from primary care and day care sites in the St Louis metropolitan area; they were annually assessed behaviorally for 5 to 10 years.Healthy preschoolers and those with clinical symptoms of depression participated in neuroimaging at school age/early adolescence.EXPOSURE Household poverty as measured by the income-to-needs ratio.MAIN OUTCOMES AND MEASURES Brain volumes of children's white matter and cortical gray matter, as well as hippocampus and amygdala volumes, obtained using magnetic resonance imaging.Mediators of interest were caregiver support/hostility measured observationally during the preschool period and stressful life events measured prospectively. RESULTSPoverty was associated with smaller white and cortical gray matter and hippocampal and amygdala volumes.The effects of poverty on hippocampal volume were mediated by caregiving support/hostility on the left and right, as well as stressful life events on the left. CONCLUSIONS AND RELEVANCEThe finding that exposure to poverty in early childhood materially impacts brain development at school age further underscores the importance of attention to the well-established deleterious effects of poverty on child development.Findings that these effects on the hippocampus are mediated by caregiving and stressful life events suggest that attempts to enhance early caregiving should be a focused public health target for prevention and early intervention.Findings substantiate the behavioral literature on the negative effects of poverty on child development and provide new data confirming that effects extend to brain development.Mechanisms for these effects on the hippocampus are suggested to inform intervention.

Dementia of the Alzheimer type (DAT) is accompanied by disruption in glucose regulation and utilization that may contribute to its characteristic memory impairment. Increasing glucose availability by raising plasma glucose improves memory in patients with DAT. Such memory improvement is associated with a secondary elevation in plasma insulin levels, raising the question of whether improvement is due to changes in insulin levels, independent of hyperglycemia. Distributions of insulin receptors in the hippocampus and insulin-mediated increases in glucose utilization in entorhinal cortex provide potential mechanisms for such improvement. We show that raising plasma insulin through intravenous infusion while keeping plasma glucose at a fasting baseline level produces striking memory enhancement for patients with DAT. Previous findings of hyperglycemic memory enhancement were also replicated. Patients with DAT also showed abnormal plasma levels of glucoregulatory hormones and metabolites at baseline and during metabolic manipulations. Our findings suggest that neuroendocrine factors play an important role in the pathophysiology of DAT.

Early maternal support has been shown to promote specific gene expression, neurogenesis, adaptive stress responses, and larger hippocampal volumes in developing animals. In humans, a relationship between psychosocial factors in early childhood and later amygdala volumes based on prospective data has been demonstrated, providing a key link between early experience and brain development. Although much retrospective data suggests a link between early psychosocial factors and hippocampal volumes in humans, to date there has been no prospective data to inform this potentially important public health issue. In a longitudinal study of depressed and healthy preschool children who underwent neuroimaging at school age, we investigated whether early maternal support predicted later hippocampal volumes. Maternal support observed in early childhood was strongly predictive of hippocampal volume measured at school age. The positive effect of maternal support on hippocampal volumes was greater in nondepressed children. These findings provide prospective evidence in humans of the positive effect of early supportive parenting on healthy hippocampal development, a brain region key to memory and stress modulation.

Preschool depression and conduct disorder were stronger risk factors for developing full DSM-5 criteria for major depression in later childhood and early adolescence than well-established risk factors such as maternal history of depression or traumatic life events. Early interventions for preschool depression and conduct disorder could help young children at uniquely high risk for later major depression.

Early low socioeconomic status (SES) is associated with poor outcomes in childhood, many of which endure into adulthood. It is critical to determine how early low SES relates to trajectories of brain development and whether these mediate relationships to poor outcomes. We use data from a unique 17-year longitudinal study with five waves of structural brain imaging to prospectively examine relationships between preschool SES and cognitive, social, academic, and psychiatric outcomes in early adulthood. Children (n = 216, 50% female, 47.2% non-White) were recruited from a study of early onset depression and followed approximately annually. Family income-to-needs ratios (SES) were assessed when children were ages 3 to 5 years. Volumes of cortical gray and white matter and subcortical gray matter collected across five scan waves were processed using the FreeSurfer Longitudinal pipeline. When youth were ages 16+ years, cognitive function was assessed using the NIH Toolbox, and psychiatric diagnoses, high-risk behaviors, educational function, and social function were assessed using clinician administered and parent/youth report measures. Lower preschool SES related to worse cognitive, high-risk, educational, and social outcomes (|standardized B| = 0.20–0.31, p values < .003). Lower SES was associated with overall lower cortical (standardized B = 0.12, p < .0001) and subcortical gray matter (standardized B = 0.17, p < .0001) volumes, as well as a shallower slope of subcortical gray matter growth over time (standardized B = 0.04, p = .012). Subcortical gray matter mediated the relationship of preschool SES to cognition and high-risk behaviors. These novel longitudinal data underscore the key role of brain development in understanding the long-lasting relations of early low SES to outcomes in children.

Abstract Objective To investigate whether parenting and/or neonatal brain volumes mediate the associations between prenatal social disadvantage (PSD) and cognitive/language abilities; and whether these mechanisms vary by level of disadvantage. Study Design Pregnant women were recruited from obstetric clinics in St Louis, Missouri. PSD encompassed access to social (e.g., education) and material (e.g., income-to-needs, health insurance, area deprivation, and nutrition) resources during pregnancy. Neonates underwent brain magnetic resonance imaging. Mother-child dyads (N=202) returned at age 1 for parenting measures and at age 2 for cognition/language assessments (Bayley-III). Generalized additive and mediation models tested hypotheses. Results Greater PSD was nonlinearly associated with poorer cognitive/language scores. The relation between parenting and cognition/language was moderated by PSD, such that supportive and non-supportive parenting behaviors only related to cognition/language in children with low PSD. Further, parenting mediations differed by level of PSD, such that both supportive and non-supportive parenting mediated PSD-cognition/language associations in children with low PSD, but not in children with high PSD. PSD-associated reductions in neonatal subcortical grey matter (β=.19, q =.03), white matter (β=.23, q =.02), and total brain volume (β=.18, q =.03) were associated with lower cognition, but they did not mediate PSD-cognition associations. Conclusions Parenting moderates and mediates associations between PSD and early cognitive and language development, but only in families with lower levels of social disadvantage. These findings, while correlational, suggest that there may be a critical threshold of disadvantage, below which mediating or moderating factors become less effective, highlighting the importance of reducing disadvantage as primary prevention.

The cerebral cortex comprises discrete cortical areas that form during development. Accurate area parcellation in neuroimaging studies enhances statistical power and comparability across studies. The formation of cortical areas is influenced by intrinsic embryonic patterning as well as extrinsic inputs, particularly through postnatal exposure. Given the substantial changes in brain volume, microstructure, and functional connectivity during the first years of life, we hypothesized that cortical areas in 1-to-3-year-olds would exhibit major differences from those in neonates and progressively resemble adults as development progresses. Here, we parcellated the cerebral cortex into putative areas using local functional connectivity gradients in 92 toddlers at 2 years old. We demonstrated high reproducibility of these cortical regions across 1-to-3-year-olds in two independent datasets. The area boundaries in 1-to-3-year-olds were more similar to adults than neonates. While the age-specific group parcellation fitted better to the underlying functional connectivity in individuals during the first 3 years, adult area parcellations might still have some utility in developmental studies, especially in children older than 6 years. Additionally, we provided connectivity-based community assignments of the parcels, showing fragmented anterior and posterior components based on the strongest connectivity, yet alignment with adult systems when weaker connectivity was included.

The cerebral cortex is organized into distinct but interconnected cortical areas, which can be defined by abrupt differences in patterns of resting state functional connectivity (FC) across the cortical surface. Such parcellations of the cortex have been derived in adults and older infants, but there is no widely used surface parcellation available for the neonatal brain. Here, we first demonstrate that adult- and older infant-derived parcels are a poor fit with neonatal data, emphasizing the need for neonatal-specific parcels. We next derive a set of 283 cortical surface parcels from a sample of n=261 neonates. These parcels have highly homogenous FC patterns and are validated using three external neonatal datasets. The Infomap algorithm is used to assign functional network identities to each parcel, and derived networks are consistent with prior work in neonates. The proposed parcellation may represent neonatal cortical areas and provides a powerful tool for neonatal neuroimaging studies.

ObjectiveTo investigate whether parenting or neonatal brain volumes mediate associations between prenatal social disadvantage (SD) and cognitive/language abilities and whether these mechanisms vary by level of disadvantage.Study designPregnant women were prospectively recruited from obstetric clinics in St Louis, Missouri. Prenatal SD encompassed access to social (eg, education) and material (eg, income-to-needs, health insurance, area deprivation, and nutrition) resources during pregnancy. Neonates underwent brain magnetic resonance imaging. Mother-child dyads (N=202) returned at age 1-year for parenting observations and at age 2-years for cognition/language assessments (Bayley-III). Generalized additive and mediation models tested hypotheses.ResultsGreater prenatal SD associated nonlinearly with poorer cognitive/language scores. Associations between parenting and cognition/language were moderated by disadvantage, such that supportive and non-supportive parenting behaviors related only to cognition/language in children with lesser prenatal SD. Parenting mediation effects differed by level of disadvantage: both supportive and non-supportive parenting mediated prenatal SD-cognition/language associations in children with lesser disadvantage, but not in children with greater disadvantage. Prenatal SD-associated reductions in neonatal subcortical grey matter (β=.19, q=.03), white matter (β=.23, q=.02), and total brain volume (β=.18, q=.03) were associated with lower cognition, but did not mediate associations between prenatal SD and cognition.ConclusionsParenting moderates and mediates associations between prenatal SD and early cognition and language, but only in families with less social disadvantage. These findings, although correlational, suggest that there may be a critical threshold of disadvantage, below which mediating or moderating factors become less effective, highlighting the importance of reducing disadvantage as primary prevention.

Childhood exposure to social disadvantage is a major risk factor for psychiatric disorders and poor developmental, educational, and occupational outcomes, presumably because adverse exposures alter the neurodevelopmental processes that contribute to risk trajectories. Yet, given the limited social mobility in the United States and other countries, childhood social disadvantage is frequently preceded by maternal social disadvantage during pregnancy, potentially altering fetal brain development during a period of high neuroplasticity through hormonal, microbiome, epigenetic, and immune factors that cross the placenta and fetal blood–brain barrier. The current study examines prenatal social disadvantage to determine whether these exposures in utero are associated with alterations in functional brain networks as early as birth. As part of the Early Life Adversity and Biological Embedding study, mothers were recruited during pregnancy, prenatal social disadvantage was assessed across trimesters, and their healthy, full-term offspring were imaged using resting-state functional magnetic resonance imaging during the first weeks of life. Multivariate machine learning methods revealed that neonatal functional connectivity (FC) varied as a function of prenatal exposure to social disadvantage (n = 261, R = 0.43, R 2 = 0.18), with validation in an independent sample. Alterations in FC associated with prenatal social disadvantage occurred brain-wide and were most pronounced in association networks (fronto-parietal, ventral attention, dorsal attention) and the somatomotor network. Amygdala FC was altered at birth, with a pattern shared across subcortical structures. These findings provide critical insights into how early in development functional networks begin to diverge in the context of social disadvantage and elucidate the functional networks that are most impacted.