Data analysis workflows in many scientific domains have become increasingly complex and flexible. Here we assess the effect of this flexibility on the results of functional magnetic resonance imaging by asking 70 independent teams to analyse the same dataset, testing the same 9 ex-ante hypotheses1. The flexibility of analytical approaches is exemplified by the fact that no two teams chose identical workflows to analyse the data. This flexibility resulted in sizeable variation in the results of hypothesis tests, even for teams whose statistical maps were highly correlated at intermediate stages of the analysis pipeline. Variation in reported results was related to several aspects of analysis methodology. Notably, a meta-analytical approach that aggregated information across teams yielded a significant consensus in activated regions. Furthermore, prediction markets of researchers in the field revealed an overestimation of the likelihood of significant findings, even by researchers with direct knowledge of the dataset2–5. Our findings show that analytical flexibility can have substantial effects on scientific conclusions, and identify factors that may be related to variability in the analysis of functional magnetic resonance imaging. The results emphasize the importance of validating and sharing complex analysis workflows, and demonstrate the need for performing and reporting multiple analyses of the same data. Potential approaches that could be used to mitigate issues related to analytical variability are discussed. The results obtained by seventy different teams analysing the same functional magnetic resonance imaging dataset show substantial variation, highlighting the influence of analytical choices and the importance of sharing workflows publicly and performing multiple analyses.

Abstract One of the major challenges in visual neuroscience is represented by foreground-background segmentation. Data from nonhuman primates show that segmentation leads to two distinct, but associated processes: the enhancement of neural activity during figure processing (i.e., foreground enhancement) and the suppression of background-related activity (i.e., background suppression). To study foreground-background segmentation in ecological conditions, we introduce a novel method based on parametric modulation of low-level image properties followed by application of simple computational image-processing models. By correlating the outcome of this procedure with human fMRI activity measured during passive viewing of 334 natural images, we reconstruct easily interpretable “neural images” from seven visual areas: V1, V2, V3, V3A, V3B, V4 and LOC. Results show evidence of foreground enhancement for all tested regions, while background suppression specifically occurs in V4 and LOC. “Neural images” reconstructed from V4 and LOC revealed a preserved spatial resolution of foreground textures, indicating a richer representation of the salient part of natural images, rather than a simplistic model of object shape. Our results indicate that scene segmentation is an automatic process that occurs during natural viewing, even when individuals are not required to perform any particular task.

Abstract The slow waves of NREM-sleep (0.5-4Hz) reflect experience-dependent plasticity and play a direct role in the restorative functions of sleep. Importantly, slow waves behave as traveling waves and their propagation is assumed to reflect the structural properties of white matter connections. Based on this assumption, the corpus callosum (CC) may represent the main responsible for cross-hemispheric slow wave propagation. To verify this hypothesis, here we studied a group of patients who underwent total callosotomy due to drug-resistant epilepsy. Overnight high-density (hd)-EEG recordings (256 electrodes) were performed in five totally callosotomized in-patients (CP; 40-53y, 2F), in three control non-callosotomized neurological in-patients (NP; 44-66y, 2F, 1M epileptic), and in an additional sample of 24 healthy adult subjects (HS; 20-47y, 13F). Data were inspected to select NREM-sleep epochs and artefactual or non-physiological activity was rejected. Slow waves were detected using an automated algorithm and their properties and propagation patterns were computed. For each slow wave parameter and for each patient, the relative z-score and the corresponding p-value were calculated with respect to the distribution represented by the HS-group. Group differences were considered significant only when a Bonferroni corrected P < 0.05 was observed in all the CP and in none of the NP. A regression-based adjustment was used to exclude potential confounding effects of age. Slow wave density, amplitude, slope and propagation speed did not differ across CP and HS. In all CP slow waves displayed a significantly reduced probability of cross-hemispheric propagation and a stronger inter-hemispheric asymmetry. Moreover, we found that the incidence of large slow waves tended to differ across hemispheres within individual NREM epochs, with a relative predominance of the right over the left hemisphere in both CP and HS. The absolute magnitude of this inter-hemispheric difference was significantly greater in CP relative to HS. This effect did not depend on differences in slow wave origin within each hemisphere across groups. Present results indicate that the integrity of the CC is essential for the cross-hemispheric traveling of sleep slow waves, supporting the assumption of a direct relationship between white matter structural integrity and cross-hemispheric slow wave propagation. Our findings also imply a prominent role of cortico-cortical connections, rather than cortico-subcortico-cortical loops, in slow wave cross-hemispheric synchronization. Finally, this data indicate that the lack of the CC does not lead to differences in sleep depth, in terms of slow wave generation/origin, across brain hemispheres.

Summary The striate cortex is no longer considered exclusively visual in its function. Proofs that its activity is modulated by acoustic inputs have accrued. By employing category-based and feature modeling approaches, here we characterized V1 activity (in absence of retinal input) during the processing of natural and synthetically derived sounds. First, we showed that distinct sound categories could be dissociated by the analysis of V1 multivoxel response patterns. Hence, we assessed whether a hallmark of sound neural representations is mapped in V1. In each sound category, we modeled sound envelopes and assessed whether these were represented at the single-voxel level in the striate cortex and, as a control, in the temporal cortex. The hierarchical organization of sound categories allowed to exert control over dimensions that could spuriously lead to sound envelope V1 mapping. Variations of sound amplitude over time were successfully decoded in V1 regardless of the category class. Results confirm that the human striate cortex receives acoustic category-based input and demonstrate that V1 is a genuine locus of sound envelope representation.

Abstract The processing of multisensory information is based upon the capacity of brain regions, such as the superior temporal cortex, to combine information across modalities. However, it is still unclear whether the representation of coherent auditory and visual events does require any prior audiovisual experience to develop and function. In three fMRI experiments, intersubject correlation analysis measured brain synchronization during the presentation of an audiovisual, audio-only or video-only versions of the same narrative in distinct groups of sensory-deprived (congenitally blind and deaf) and typically-developed individuals. The superior temporal cortex synchronized across auditory and visual conditions, even in sensory-deprived individuals who lack any audiovisual experience. This synchronization was primarily mediated by low-level perceptual features and relied on a similar modality-independent topographical organization of temporal dynamics. The human superior temporal cortex is naturally endowed with a functional scaffolding to yield a common representation across multisensory events.

SUMMARY Hands are regularly in sight in everyday life. This visibility affects motor control, perception, and attention, as visual information is integrated into an internal model of sensorimotor control. Spontaneous brain activity, i.e., ongoing activity in the absence of an active task (rest), is correlated among somatomotor regions that are jointly activated during motor tasks 1 . Moreover, recent studies suggest that spontaneous activity patterns do not only replay at rest task activation patterns, but also maintain a model of the statistical regularities ( priors ) of the body and environment, which may be used to predict upcoming behavior 2–4 . Here we test whether spontaneous activity in the human somatomotor cortex is modulated by visual stimuli that display hands vs. non-hand stimuli, and by the use/action they represent. We analyzed activity with fMRI and multivariate pattern analysis to examine the similarity between spontaneous (rest) activity patterns and task-evoked patterns to the presentation of natural hands, robot hands, gloves, or control stimuli (food). In the left somatomotor cortex we observed a stronger (multi-voxel) spatial correlation between resting-state activity and natural hand picture patterns, as compared to other stimuli. A trend analysis showed that task-rest pattern similarity was influenced by inferred visual and motor attributes (i.e., correlation for hand>robot>glove>food). We did not observe any task-rest similarity in the visual cortex. We conclude that somatomotor brain regions code at rest for visual representations of hand stimuli and their inferred use.

Face masks provide fundamental protection against the transmission of respiratory viruses but hamper communication. We estimated auditory and visual obstacles generated by face masks on communication by measuring the neural tracking of speech. To this end, we recorded the EEG while participants were exposed to naturalistic audio-visual speech, embedded in 5-talker noise, in three contexts: (i) no-mask (audio-visual information was fully available), (ii) virtual mask (occluded lips, but intact audio), and (iii) real mask (occluded lips and degraded audio). Neural tracking of lip movements and of the sound envelope of speech was measured through backward modeling, that is, by reconstructing stimulus properties from neural activity. Behaviorally, face masks increased perceived listening difficulty and phonological errors in speech content retrieval. At the neural level, we observed that the occlusion of the mouth abolished lip tracking and dampened neural tracking of the speech envelope at the earliest processing stages. By contrast, degraded acoustic information related to face mask filtering altered neural tracking of speech envelope at later processing stages. Finally, a consistent link emerged between the increment of perceived listening difficulty and the drop in reconstruction performance of speech envelope when attending to a speaker wearing a face mask. Results clearly dissociated the visual and auditory impact of face masks on the neural tracking of speech. While the visual obstacle related to face masks hampered the ability to predict and integrate audio-visual speech, the auditory filter generated by face masks impacted neural processing stages typically associated with auditory selective attention. The link between perceived difficulty and neural tracking drop also provides evidence of the impact of face masks on the metacognitive levels subtending face-to-face communication.

Abstract Face masks provide fundamental protection against the transmission of respiratory viruses but hamper communication. We estimated auditory and visual obstacles generated by face masks on communication by measuring the neural tracking of face-to-face speech. To this end, we recorded the EEG while participants were exposed to naturalistic audio-visual speech, embedded in multi-talker noise, in three contexts: (i) no-mask (audio-visual information was fully available), (ii) virtual mask (occluded lips, but intact audio), and (iii) real mask (occluded lips and degraded audio). The neural tracking of lip movements and the sound envelope of speech was measured through backward modeling, that is, by reconstructing stimulus properties from neural activity. Behaviorally, face masks increased listening -phonological-errors in speech content retrieval and perceived listening difficulty. At the neural level, we observed that the occlusion of the mouth abolished lip tracking and dampened neural tracking of the speech envelope at the earliest processing stages. Degraded acoustic information due to face mask filtering altered neural tracking at later processing stages instead. Finally, a consistent link emerged between the increment of listening perceived difficulty and the drop in reconstruction performance of speech envelope when attending to a speaker wearing a face mask. Results clearly dissociated the visual and auditory impacts of face masks on face-to-face neural tracking of speech. While face masks hampered the ability to predict and integrate audio-visual speech, the auditory filter generated by face masks impacted the neural processing stages typically associated with auditory selective attention. The link between perceived difficulty and neural tracking drop provided evidence of a major impact of face masks on the metacognitive levels subtending speech processing.

SUMMARY Infants are born with biologically constrained biases that favor language acquisition. One is the auditory system’s ability to track the envelope of continuous speech. However, to what extent the synchronization between brain activity and this pivotal speech feature relies on postnatal auditory experience remains unknown. To uncover this, we studied individuals with or without access to functional hearing in the first year of life after they received cochlear implants (CIs) for hearing restoration. We measured the neural synchronization with continuous speech envelope in children with congenital bilateral profound deafness (CD; minimum auditory deprivation 11 months) or who acquired profound deafness later in development (AD; minimum auditory experience after birth 12 months), as well as in hearing controls (HC). Speech envelope tracking was unaffected by the absence of auditory experience in the first year of life. At short timescales, neural tracking had a similar magnitude in CI users and HC. However, in CI users, it was substantially delayed, and its timing depended on the age of hearing restoration. Conversely, we observed alterations at longer timescales, possibly accounting for the comprehension deficits observed in children with CI. These findings highlight (i) the resilience of sensory components of speech envelope tracking to the lack of hearing in the first year of life, supporting its strong biological bias, (ii) the crucial role of when functional hearing restoration takes place in mitigating the impact of atypical auditory development, (iii) the vulnerability of higher hierarchical levels of speech- envelope tracking in CI users. Neural tracking of continuous speech could provide biomarkers along the processing hierarchy between sensory and core linguistic operations, even after cochlear implantation.

Evidence suggests that (almost) everyone dreams during their sleep and may actually do so for a large part of the night. Yet, dream recall shows large interindividual variability. Understanding the factors that influence dream recall is crucial for advancing our knowledge regarding dreams' origin, significance, and functions. Here, we tackled this issue by prospectively collecting dream reports along with demographic information and psychometric, cognitive, actigraphic, and electroencephalographic measures in 204 healthy adults (18-70 y, 113 females). We found that attitude towards dreaming, proneness to mind wandering, and sleep patterns are associated with the probability of reporting a dream upon morning awakening. The likelihood of recalling dream content was predicted by age and vulnerability to interference. Moreover, dream recall appeared to be influenced by night-by-night changes in sleep patterns and showed seasonal fluctuations. Our results provide an account for previous observations regarding inter- and intra-individual variability in morning dream recall.