Significance Cognitive flexibility is hypothesized to require dynamic integration between brain areas. However, the time-dependent nature and distributed complexity of this integration remains poorly understood. Using recent advances in network science, we examine the functional integration between brain areas during a quintessential task that requires executive function. By linking brain regions (nodes) by their interactions (time-dependent edges), we uncover nontrivial modular structure: groups of brain regions cluster together into densely interconnected structures whose interactions change during task execution. Individuals with greater network reconfiguration in frontal cortices show enhanced memory performance, and score higher on neuropsychological tests challenging cognitive flexibility, suggesting that dynamic network reconfiguration forms a fundamental neurophysiological mechanism for executive function.

Serum levels of immunoreactive insulinlike growth factors (IGF) I and II were determined by a modified IGF I and a new IGF II radioimmunoassay in normal children and adults, and in patients with acromegaly, isolated growth hormone deficiency, and extrapancreatic tumor hypoglycemia. Serum samples were gel filtered by a simple routine procedure at acidic pH to dissociate and separate IGF from the IGF carrier protein. Mean immunoreactive IGF I levels (+/- SD; corrected for crossreactivity of IGF II) were 193 +/- 58 ng/ml in normal adult subjects, 712 +/- 245 ng/ml in acromegalic patients and 24 +/- 14 ng/ml in patients with isolated growth hormone deficiency. The lack of growth hormone alone, irrespective of an otherwise normal hormonal status, appears to be responsible for the drastic decrease of IGF I levels. Oversecretion of growth hormone does not increase the levels of immunoreactive IGF II: mean levels (+/- SD; corrected for crossreactivity of IGF I) in normal and acromegalic subjects are virtually identical (647 +/- 126 and 641 +/- 189 ng/ml, respectively). Apparently, normal growth hormone levels stimulate IGF II production already maximally. However in growth hormone deficiency immunoreactive IGF II is significantly decreased (252 +/- 99 ng/ml). Thus, IGF II, like IGF I, is growth hormone dependent. But in contrast to IGF I, the growth hormone dependence of IGF II seems to become apparent only at subnormal growth hormone levels. In normal children IGF I is age dependent: it is low in newborn cord sera (51 +/- 20 ng/ml) and gradually rises into the adult range with increasing age. At the onset of and during puberty mean IGF I levels lie above prepubertal values. In contrast, IGF II levels in normal children are independent of age and pubertal stage beyond the first year of life, whereas newborns have significantly lower IGF II values. Hypoglycemia resulting from extrapancreatic tumors is not associated with increased immunoreactive IGF I or II levels. IGF I is decreased in most of the sera (mean level +/- SD:56 +/- 39 ng/ml) whereas IGF II lies in the normal range (556 +/- 195 ng/ml).

Characterizing the brain connectome using neuroimaging data and measures derived from graph theory emerged as a new approach that has been applied to brain maturation, cognitive function and neuropsychiatric disorders. For a broad application of this method especially for clinical populations and longitudinal studies, the reliability of this approach and its robustness to confounding factors need to be explored. Here we investigated test–retest reliability of graph metrics of functional networks derived from functional magnetic resonance imaging (fMRI) recorded in 33 healthy subjects during rest. We constructed undirected networks based on the Anatomic-Automatic-Labeling (AAL) atlas template and calculated several commonly used measures from the field of graph theory, focusing on the influence of different strategies for confound correction. For each subject, method and session we computed the following graph metrics: clustering coefficient, characteristic path length, local and global efficiency, assortativity, modularity, hierarchy and the small-worldness scalar. Reliability of each graph metric was assessed using the intraclass correlation coefficient (ICC). Overall ICCs ranged from low to high (0 to 0.763) depending on the method and metric. Methodologically, the use of a broader frequency band (0.008–0.15 Hz) yielded highest reliability indices (mean ICC = 0.484), followed by the use of global regression (mean ICC = 0.399). In general, the second order metrics (small-worldness, hierarchy, assortativity) studied here, tended to be more robust than first order metrics. In conclusion, our study provides methodological recommendations which allow the computation of sufficiently robust markers of network organization using graph metrics derived from fMRI data at rest.

A genetic polymorphism associated with schizophrenia conveys a risk for abnormal connectivity between brain regions.

Neuroimaging studies have identified the anterior paracingulate cortex (PCC) as the key prefrontal region subserving theory of mind. We adopt an evolutionary perspective hypothesizing that, in response to the pressures of social complexity, a mechanism for manipulating information concerning social interaction has emerged in the anterior PCC. To date, neuroimaging studies have not properly distinguished between intentions of persons involved in social interactions and intentions of an isolated person. In two separate fMRI experiments, we demonstrated that the anterior PCC is not necessarily involved in the understanding of other people's intentions per se, but primarily in the understanding of the intentions of people involved in social interaction. Moreover, this brain region showed activation when a represented intention implies social interaction and therefore had not yet actually occurred. This result suggests that the anterior PCC is also involved in our ability to predict future intentional social interaction, based on an isolated agent's behavior. We conclude that distinct areas of the neural system underlying theory of mind are specialized in processing distinct classes of social stimuli.

Reward probability has been shown to be coded by dopamine neurons in monkeys. Phasic neuronal activation not only increased linearly with reward probability upon expectation of reward, but also varied monotonically across the range of probabilities upon omission or receipt of rewards, therefore modeling discrepancies between expected and received rewards. Such a discrete coding of prediction error has been suggested to be one of the basic principles of learning. We used functional magnetic resonance imaging (fMRI) to show that the human dopamine system codes reward probability and prediction error in a similar way. We used a simple delayed incentive task with a discrete range of reward probabilities from 0%-100%. Activity in the nucleus accumbens of human subjects strongly resembled the phasic responses found in monkey neurons. First, during the expectation period of the task, the fMRI signal in the human nucleus accumbens (NAc) increased linearly with the probability of the reward. Second, during the outcome phase, activity in the NAc coded the prediction error as a linear function of reward probabilities. Third, we found that the Nac signal was correlated with individual differences in sensation seeking and novelty seeking, indicating a link between individual fMRI activation of the dopamine system in a probabilistic paradigm and personality traits previously suggested to be linked with reward processing. We therefore identify two different covariates that model activity in the Nac: specific properties of a psychological task and individual character traits.

This article reviews concepts of, as well as neurocognitive and genetic studies on, empathy. Whereas cognitive empathy can be equated with affective theory of mind, that is, with mentalizing the emotions of others, affective empathy is about sharing emotions with others. The neural circuits underlying different forms of empathy do overlap but also involve rather specific brain areas for cognitive (ventromedial prefrontal cortex) and affective (anterior insula, midcingulate cortex, and possibly inferior frontal gyrus) empathy. Furthermore, behavioral and imaging genetic studies provide evidence for a genetic basis for empathy, indicating a possible role for oxytocin and dopamine as well as for a genetic risk variant for schizophrenia near the gene ZNF804A.

A high proportion of plant species is predicted to be threatened with extinction in the near future. However, the threat status of only a small number has been evaluated compared with key animal groups, rendering the magnitude and nature of the risks plants face unclear. Here we report the results of a global species assessment for the largest plant taxon evaluated to date under the International Union for Conservation of Nature (IUCN) Red List Categories and Criteria, the iconic Cactaceae (cacti). We show that cacti are among the most threatened taxonomic groups assessed to date, with 31% of the 1,478 evaluated species threatened, demonstrating the high anthropogenic pressures on biodiversity in arid lands. The distribution of threatened species and the predominant threatening processes and drivers are different to those described for other taxa. The most significant threat processes comprise land conversion to agriculture and aquaculture, collection as biological resources, and residential and commercial development. The dominant drivers of extinction risk are the unscrupulous collection of live plants and seeds for horticultural trade and private ornamental collections, smallholder livestock ranching and smallholder annual agriculture. Our findings demonstrate that global species assessments are readily achievable for major groups of plants with relatively moderate resources, and highlight different conservation priorities and actions to those derived from species assessments of key animal groups. Predictions suggest that a high proportion of plant species will be threatened with extinction in the near future. A global assessment of the threat status of cacti suggests that these iconic plants are amongst the most threatened taxonomic groups, with 31% of the 1,478 evaluated species at risk of extinction.

Dysfunctional regulation of mood and emotion is a key component of major depressive disorder and leads to sustained negative feelings. Using functional MRI (fMRI), we investigated the temporal dynamics of emotion regulation in patients with major depressive disorder and in healthy controls, testing for acute and sustained neural effects of active emotion regulation. Moderately depressed individuals ( n = 17) and never-depressed healthy control subjects ( n = 17) underwent fMRI during performance of an active cognitive emotion regulation task while viewing emotionally arousing pictures. In a second task, completed 15 min later, subjects were presented with the same stimuli in a passive viewing task. Whole-brain analyses and connectivity measures were used to determine acute and sustained effects of emotion regulation on brain activation and coupling between regions. On the group level, patients were able to downregulate negative emotions and corresponding amygdala activation, but this ability decreased with increasing symptom severity. Moreover, only healthy control subjects showed a sustained regulation effect in the amygdala after a 15 min delay, whereas depressed patients did not. Finally, patients exhibited diminished prefrontal activation and reduced prefrontolimbic coupling during active regulation. Although emotion regulation capacity in medicated depressive patients appears to be preserved depending on symptom severity, the effect is not sustained. Correlational analyses provide evidence that this diminished sustained-regulation effect might be related to reduced prefrontal activation during regulation.