Abstract Background Although many studies have explored atypicalities in gray and white matter (GM, WM) morphology of autism, most of them rely on unimodal analyses that do not benefit from the likelihood that different imaging modalities may reflect common neurobiology. We aimed to establish multimodal brain patterns that differentiate between autism and typically developing (TD) controls and explore associations between these brain patterns and clinical measures. Methods We studied 183 individuals with autism and 157 TD individuals (6-30 years) in a large deeply phenotyped autism dataset (EU-AIMS LEAP). Linked Independent Component Analysis was utilized to link all participants’ GM and WM images, and group comparisons of modality shared variances were examined. Subsequently, we performed a canonical correlation analysis to explore the aggregated effects between all multimodal GM-WM covariations and clinical profiles. Results One multimodal pattern was significantly related to autism. This pattern was primarily associated with GM in bilateral insula, frontal, pre- and post-central, cingulate, and caudate areas, and co-occurred with altered WM features in the superior longitudinal fasciculus. The canonical analysis showed a significant multivariate correlation primarily between multimodal brain patterns that involved variation of corpus callosum, and symptoms of social affect in the autism group. Conclusions Our findings demonstrate the assets of integrated analyses of GM and WM alterations to study the brain mechanisms that underpin autism, and show that the complex clinical autism phenotype can be interpreted by multimodal brain patterns that are spread across the brain involving both cortical and subcortical areas.

Abstract Small average differences in the left-right asymmetry of cerebral cortical thickness have been reported in individuals with autism spectrum disorder (ASD) compared to typically developing controls. Although these alterations affect multiple and widespread cortical regional asymmetries, the extent to which specific structural networks might be affected remains unknown. Inter-regional morphological covariance analysis can capture network connectivity relations between different cortical areas at the macroscale level. Here, we used cortical thickness data from 1,455 individuals with ASD and 1,560 controls, across 43 independent datasets of the ENIGMA consortium’s ASD Working Group, to assess hemispheric asymmetries of intra-individual structural covariance networks, using graph theory-based topological metrics. Compared with typical features of small-world architecture in controls, the ASD sample showed significantly altered asymmetry of hemispheric networks involving the fusiform, rostral middle frontal, and medial orbitofrontal cortex, driven by shifts toward higher randomization of the corresponding right-hemispheric networks in ASD. A network involving the superior frontal cortex showed decreased right-hemisphere randomization. Based on comparisons with meta-analyzed functional neuroimaging data, the altered connectivity asymmetry particularly affected networks that subserve working memory, executive functions, language, reading, and sensorimotor processes. Taken together, these findings provide new insights into how altered brain left-right asymmetry in ASD affects specific structural and functional brain networks. Altered asymmetrical brain development in ASD may be partly propagated among spatially distant regions through structural connectivity.

Abstract Background Voxel-based Morphometry (VBM) studies in Autism Spectrum Disorder (autism) have yielded diverging results. This might partly be attributed to structural alterations being associating with the combined influence of several regions rather than with a single region. Further, these structural covariation differences may relate to continuous measures of autism rather than with categorical case-control contrasts. The current study aimed to identify structural covariation alterations in autism, and assessed canonical correlations between brain covariation patterns and core autism symptoms. Methods We studied 347 individuals with autism and 252 typically developing individuals, aged between 6 and 30 years, who have been deeply phenotyped in the Longitudinal European Autism Project (LEAP). All participants’ VBM maps were decomposed into spatially independent components using Independent Component Analysis. A Generalized Linear Model (GLM) was used to examine case-control differences. Next, Canonical Correlation Analysis (CCA) was performed to separately explore the integrated effects between all the brain sources of gray matter variation and two sets of core autism symptoms. Results GLM analyses showed significant case-control differences for two independent components. The first component was primarily associated with decreased density of bilateral insula, inferior frontal gyrus, orbitofrontal cortex, and increased density of caudate nucleus in the autism group relative to typically developing individuals. The second component was related to decreased densities of the bilateral amygdala, hippocampus, and parahippocampal gyrus in the autism group relative to typically developing individuals. The CCA results showed significant correlations between components that involved variation of thalamus, putamen, precentral gyrus, frontal, parietal, and occipital lobes, and the cerebellum, and repetitive, rigid and stereotyped behaviors and abnormal sensory behaviors in autism individuals. Limitations Only 55.9% of the participants with autism had complete questionnaire data on continuous parent-reported symptom measures. Conclusions Covaried areas associated with autism diagnosis and/or symptoms are scattered across the whole brain and include the limbic system, basal ganglia, thalamus, cerebellum, precentral gyrus, and parts of the frontal, parietal, and occipital lobes. Some of these areas potentially subserve social-communicative behavior whereas others may underpin sensory processing and integration, and motor behavior.

Abstract Background Reward processing has been proposed to underpin atypical social behavior, a core feature of autism spectrum disorder (ASD). However, previous neuroimaging studies have yielded inconsistent results regarding the specificity of atypicalities for social rewards in ASD. Utilizing a large sample, we aimed to assess altered reward processing in response to reward type (social, monetary) and reward phase (anticipation, delivery) in ASD. Methods Functional magnetic resonance imaging during social and monetary reward anticipation and delivery was performed in 212 individuals with ASD (7.6-30.5 years) and 181 typically developing (TD) participants (7.6-30.8 years). Results Across social and monetary reward anticipation, whole-brain analyses (p<0.05, family-wise error-corrected) showed hypoactivation of the right ventral striatum (VS) in ASD. Further, region of interest (ROI) analysis across both reward types yielded hypoactivation in ASD in both the left and right VS. Across delivery of social and monetary reward, hyperactivation of the VS in individuals with ASD did not survive correction for multiple comparisons. Reward type by diagnostic group interactions, and a dimensional analysis of autism trait scores were not significant during anticipation or delivery. Levels of attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) symptoms did not affect reward processing in ASD. Conclusions Our results do not support current theories linking atypical social interaction in ASD to specific alterations in processing of social rewards. Instead, they point towards a generalized hypoactivity of VS in ASD during anticipation of both social and monetary rewards. We suggest that this indicates attenuated subjective reward value in ASD independent of social content and ADHD symptoms.

Objective: Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD), autism spectrum disorder (ASD), and obsessive-compulsive disorder (OCD) are common neurodevelopmental disorders that frequently co-occur. We aimed to directly compare all three disorders. The ENIGMA consortium is ideally positioned to investigate structural brain alterations across these disorders. Methods: Structural T1-weighted whole-brain MRI of controls (n=5,827) and patients with ADHD (n=2,271), ASD (n=1,777), and OCD (n=2,323) from 151 cohorts worldwide were analyzed using standardized processing protocols. We examined subcortical volume, cortical thickness and surface area differences within a mega-analytical framework, pooling measures extracted from each cohort. Analyses were performed separately for children, adolescents, and adults using linear mixed-effects models adjusting for age, sex and site (and ICV for subcortical and surface area measures). Results: We found no shared alterations among all three disorders, while shared alterations between any two disorders did not survive multiple comparisons correction. Children with ADHD compared to those with OCD had smaller hippocampal volumes, possibly influenced by IQ. Children and adolescents with ADHD also had smaller ICV than controls and those with OCD or ASD. Adults with ASD showed thicker frontal cortices compared to adult controls and other clinical groups. No OCD-specific alterations across different age-groups and surface area alterations among all disorders in childhood and adulthood were observed. Conclusion: Our findings suggest robust but subtle alterations across different age-groups among ADHD, ASD, and OCD. ADHD-specific ICV and hippocampal alterations in children and adolescents, and ASD-specific cortical thickness alterations in the frontal cortex in adults support previous work emphasizing neurodevelopmental alterations in these disorders.

Macroscale white matter pathways form the infrastructure for large-scale communication in the human brain, a prerequisite for healthy brain function. Conversely, disruptions in the brain's connectivity architecture are thought to play an important role in a wide range of psychiatric and neurological brain disorders. Here we show that especially connections important for global communication and network integration are involved in a wide range of brain disorders. We report on a meta-analytic connectome study comprising in total 895 patients and 1,016 controls across twelve neurological and psychiatric disorders. We extracted disorder connectome fingerprints for each of these twelve disorders, which were then combined into a cross-disorder disconnectivity involvement map, representing the involvement of each brain pathway across brain disorders. Our findings show connections central to the brain's infrastructure are disproportionally involved across a wide range of disorders. Connections critical for global network communication and integration display high disturbance across disorders, suggesting a general cross-disorder involvement and importance of these pathways in normal function. Taken together, our cross-disorder study suggests a convergence of disconnectivity across disorders to a partially shared disconnectivity substrate of central connections.

Background: Left-right asymmetry is an important organizing feature of the healthy brain. Various studies have reported altered structural brain asymmetry in autism spectrum disorder (ASD). However, findings have been inconsistent, likely due to limited sample sizes and low statistical power. Methods: We investigated 1,774 subjects with ASD and 1,809 controls, from 54 datasets, for differences in the asymmetry of thickness and surface area of 34 cerebral cortical regions. We also examined global hemispheric measures of cortical thickness and area asymmetry, and volumetric asymmetries of subcortical structures. Data were obtained via the ASD Working Group of the ENIGMA (Enhancing NeuroImaging Genetics through Meta-Analysis) consortium. T1-weighted MRI data were processed with a single protocol using FreeSurfer and the Desikan-Killiany atlas. Results: ASD was significantly associated with reduced leftward asymmetry of total hemispheric average cortical thickness, compared to controls. Eight regional thickness asymmetries, distributed over the cortex, also showed significant associations with diagnosis after correction for multiple comparisons, for which asymmetry was again generally lower in ASD versus controls. In addition, the medial orbitofrontal surface area was less rightward asymmetric in ASD than controls, and the putamen volume was more leftward asymmetric in ASD than controls. The largest effect size had Cohen's d = 0.15. Most effects did not depend on age, sex, IQ, or disorder severity. Conclusion: Altered lateralized neurodevelopment is suggested in ASD, affecting widespread cortical regions with diverse functions. Large-scale analysis was necessary to reliably detect, and accurately describe, subtle alterations of structural brain asymmetry in this disorder.

Background: Autism spectrum disorder (ASD) and obsessive compulsive disorder (OCD) are neurodevelopmental disorders with overlapping symptomatology. Both show deficits in inhibitory control, which are associated with altered functioning and glutamate concentrations in the frontostriatal circuitry. These parameters have never been examined together. Here we, for the first time, used a multi-center, longitudinal approach to investigate fronto-striatal functioning during an inhibitory control task and its association with fronto-striatal glutamate concentrations across these two disorders. Methods: 74 adolescents with ASD (24) or OCD (15) and controls (35) aged 8-17 were recruited across three sites of the European TACTICS consortium. They underwent two magnetic resonance imaging (MRI) sessions with a one-year interval. This included proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS; n=74) and functional MRI during an inhibitory control task (n=57). We used linear mixed effects models to investigate, over time, the relationship between fronto-striatal functioning and glutamate concentrations across these groups and continuous measures of overlapping compulsivity symptoms. Results: During failed inhibitory control, in OCD increased striatal glutamate was associated with increased neural activation of ACC, an effect that decreased over time. During successful inhibitory control, higher ACC glutamate was positively associated with striatal activation in OCD and compulsivity across time. ACC glutamate levels decreased over time in the ASD group compared to controls, while striatal glutamate decreased over time, independent of diagnosis. Conclusions: Significant differences in fronto-striatal glutamate were observed in ASD and OCD, affecting functional activity during failed- and successful inhibitory control differently, especially in OCD, with effects changing over time.### Competing Interest StatementJK Buitelaar has been consultant to/member of advisory board of and/or speaker for Janssen Cilag BV, Eli Lilly, Bristol- Myer Squibb, Shering Plough, UCB, Shire, Novartis, and Servier. He is not an employee of any of these companies, nor a stock shareholder of any of these companies. He has no other financial or material support, including expert testimony, patents, and royalties. D Brandeis serves as an unpaid scientific advisor for an EU-funded Neurofeedback trial unrelated to the present work. T Banaschewski served in an advisory or consultancy role for Actelion, Hexal Pharma, Lilly, Medice, Novartis, Oxford outcomes, PCM scientific, Shire, and Viforpharma. He received conference support or speaker’s fee by Medice, Novartis, and Shire. He is/has been involved in clinical trials conducted by Shire and Viforpharma. DJ Lythgoe has acted as a consultant for Ixico PLC. The remaining authors declare no conflict of interest. The present work is unrelated to the grants and relationships noted earlier.

Repetitive behavior is a core symptom of Autism Spectrum Disorder (ASD) and Obsessive-Compulsive Disorder (OCD), and has been associated with impairments in cognitive control. However, it is unclear how cognitive control and associated neural circuitry relate to the development of repetitive behavior in children with these disorders. In a multicenter, longitudinal study (TACTICS; Translational Adolescent and Childhood Therapeutic Interventions in Compulsive Syndromes), the development of cognitive control was assessed during late childhood using a longitudinal fMRI design with a modified stop-signal task in children with ASD or OCD, and typically developing (TD) children (baseline: N=122 (8-12y), follow-up: N=72 (10-14y), average interval: 1.2y). Stop-signal reaction time (SSRT) decreased over development, regardless of diagnosis. Repetitive behavior in children with ASD and OCD was not associated with performance on the stop-signal task. There were no whole-brain between-group differences in brain activity, but ROI-analyses showed increases in activity in right precentral gyrus over development for children with OCD. In sum, even though subtle differences were observed in the development of brain activity in children with OCD, the findings overall suggest that the development of cognitive control, as assessed by the stop signal task, is similar in children with and without ASD or OCD.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Abstract The excitatory/inhibitory (E/I) imbalance hypothesis posits that an imbalance between glutamatergic and GABAergic neurotransmission contributes to autism symptomatology. Whether this is due to altered GABAergic or glutamatergic functioning, or both, remains largely unknown. We integrated genetic, brain structure and brain chemistry data to investigate the relationship between E/I genetic variation and expression, glutamate concentrations and cortical thickness (CT). Participants (60 autism and 104 neurotypical controls, aged 8-13 years) underwent magnetic resonance imaging and spectroscopy for glutamate quantification in the anterior cingulate cortex (ACC) and left dorsal striatum. Genetic involvement in these regional glutamate concentration levels was investigated using competitive gene-set association and polygenic scores (PGS). Further, glutamate as well as GABA gene-set expression profiles were investigated in relation to CT. Aggregated genetic variation in the glutamate gene-set was associated with ACC but not striatal glutamate concentrations. PGS analysis, however, showed a genome-wide PGS for autism to be predictive of striatal but not ACC glutamate levels. Expression profiles of GABAergic-but not glutamatergic genes were associated with differences in cortical thickness between groups. This study showed differential involvement of aggregated glutamatergic and GABAergic genetic variation in brain structure and chemistry in autism, which suggests regional variability in E/I imbalance.