The examination of functional connectivity in fMRI data collected during task-free “rest” has provided a powerful tool for studying functional brain organization. Limitations of this approach include susceptibility to head motion artifacts and participant drowsiness or sleep. These issues are especially relevant when studying young children or clinical populations. Here we introduce a movie paradigm, Inscapes, that features abstract shapes without a narrative or scene-cuts. The movie was designed to provide enough stimulation to improve compliance related to motion and wakefulness while minimizing cognitive load during the collection of functional imaging data. We compare Inscapes to eyes-open rest and to age-appropriate movie clips in healthy adults (Ocean's Eleven, n = 22) and a pilot sample of typically developing children ages 3–7 (Fantasia, n = 13). Head motion was significantly lower during both movies relative to rest for both groups. In adults, movies decreased the number of participants who self-reported sleep. Intersubject correlations, used to quantify synchronized, task-evoked activity across movie and rest conditions in adults, involved less cortex during Inscapes than Ocean's Eleven. To evaluate the effect of movie-watching on intrinsic functional connectivity networks, we examined mean functional connectivity using both whole-brain functional parcellation and network-based approaches. Both inter- and intra-network metrics were more similar between Inscapes and Rest than between Ocean's Eleven and Rest, particularly in comparisons involving the default network. When comparing movies to Rest, the mean functional connectivity of somatomotor, visual and ventral attention networks differed significantly across various analyses. We conclude that low-demand movies like Inscapes may represent a useful intermediate condition between task-free rest and typical narrative movies while still improving participant compliance. Inscapes is publicly available for download at headspacestudios.org/inscapes.

Abstract The “Narratives” collection aggregates a variety of functional MRI datasets collected while human subjects listened to naturalistic spoken stories. The current release includes 345 subjects, 891 functional scans, and 27 diverse stories of varying duration totaling ~4.6 hours of unique stimuli (~43,000 words). This data collection is well-suited for naturalistic neuroimaging analysis, and is intended to serve as a benchmark for models of language and narrative comprehension. We provide standardized MRI data accompanied by rich metadata, preprocessed versions of the data ready for immediate use, and the spoken story stimuli with time-stamped phoneme- and word-level transcripts. All code and data are publicly available with full provenance in keeping with current best practices in transparent and reproducible neuroimaging.

Abstract Neural development is generally marked by an increase in the efficiency and diversity of neural processes. In a large sample (N = 114) of children and adults with ages ranging from 5 −44 years, we investigated the neural responses to naturalistic video stimuli. Videos from both real-life classroom settings and Hollywood feature films were used to probe different aspects of attention and engagement. For all stimuli, older ages were marked by more variable neural responses. Variability was assessed by the inter-subject correlation of evoked electroencephalographic (EEG) responses. Young males also had more variable responses than young females. These results were replicated in an independent cohort (N = 303). When interpreted in the context of neural maturation, we conclude that neural function becomes more variable with maturity, at least in during the passive viewing of real-world stimuli. Significance Statement Naturalistic videos were used to measure how a large sample of children and adults process environmentally meaningful stimuli. As age increased, neural responses were more variable, and females responded more variably than males - a difference that disappeared with age. These results are consistent with developmental theories positing that neural variability increases with maturation, and that neural maturation typically occurs earlier in females. This is the first study to investigate neural variability under naturalistic conditions in a developmental sample.

Abstract Understanding cortical topographic organization and how it supports complex perceptual and cognitive processes is a fundamental question in neuroscience. Previous work has characterized functional gradients that demonstrate large-scale principles of cortical organization. How these gradients are modulated by rich ecological stimuli remains unknown. Here, we utilize naturalistic stimuli via movie-fMRI to assess macroscale functional organization. We identify principal movie gradients that delineate separate hierarchies anchored in sensorimotor, visual, and auditory/language areas. At the opposite/heteromodal end of these perception-to-cognition axes, we find a more central role for the frontoparietal network along with the default network. Even across different movie stimuli, movie gradients demonstrated good reliability, suggesting that these hierarchies reflect a brain state common across different naturalistic conditions. The relative position of brain areas within movie gradients showed stronger and more numerous correlations with cognitive behavioral scores compared to resting state gradients. Together, these findings provide an ecologically valid representation of the principles underlying cortical organization while the brain is active and engaged in multimodal, dynamic perceptual and cognitive processing. Highlights Movie-fMRI reveals novel, more granular principles of hierarchical cortical organization Top movie gradients delineate three separate perception-to-cognition hierarchies A distinctive third gradient in movie-watching is anchored by auditory/language regions Gradient scores demonstrate good reliability even across different movie stimuli Movie gradients yield stronger correlations with behavior relative to resting state gradients

Abstract Previous research suggests that patterns of ongoing thought are heterogeneous, varying across situations and individuals. The current study investigated the influence of a wide range of tasks and individual affective style on ongoing patterns of thought. In total, we used 9 different tasks and measured ongoing thought using multidimensional experience sampling. A Principle Component Analysis of the experience sampling data revealed four patterns of ongoing thought. Linear Mixed Modelling was used to examine the contextual distribution of the thought patterns. Different thought patterns were found to relate to different types of conditions. Intrusive and negative thought pattern expression was found to be influenced by individual affective style (depression level). Overall, these data show that patterns of thought are subject to both contextual and intrinsic variation, suggesting that understanding these important features of experience across a broad range of situations will be useful in understanding their role in human experience. Highlights Patterns of thought vary across different task contexts Thought pattern expression is influenced by individual affective style There is a need to broaden the tasks used to study ongoing thought

Abstract Recognition of the detrimental impact of participant motion on functional connectivity measures has led to the adoption of increasingly stringent quality control standards to minimize potential motion artifacts. These stringent standards can lead to the exclusion of many participants, creating a tension with a countervailing requirement for large sample sizes that can provide adequate statistical power, particularly for brain-behavior association studies. Here, we test and validate two techniques aimed at mitigating the impact of head motion on functional connectivity estimates, and show that these techniques enable the retention of a substantial proportion of participants who would otherwise be excluded based on motion criteria, such as a minimum mean framewise displacement (FD) threshold. Specifically, we first show that functional connectomes computed using time series data that have been ordered according to motion (i.e., framewise displacement — FD) and (1) subsetted to include the lowest-motion time points (“ motion ordered ”) or (2) subsetted and resampled (“ bagged ”) are reproducible, in that they enable the successful identification of an individual from a group using functional connectome fingerprinting. Second, we demonstrate that motion-ordered and bagged functional connectomes yield robust brain-behavior associations, which, when examined as a function of sample size, are comparable to those obtained using the standard full time series. Finally, we show that the utility of both approaches lies in maximizing participant inclusivity by allowing for the retention of high-motion participants that would otherwise be discarded. Given equivalent performance of the two approaches across these tests of reproducibility, validity, and utility, we conclude by recommending motion-ordering to enable data rescue, maximize inclusivity, and address the need for adequately powered samples in functional connectivity research, while maintaining stringent data quality standards. While our findings were reproducible across different head motion thresholds and edges in the functional connectome, we outline possibilities for further validation and assessment of generalization using other behavioral phenotypes and consortia datasets.

Population neuroscience datasets allow researchers to estimate reliable effect sizes for brain-behavior associations because of their large sample sizes. However, these datasets undergo strict quality control to mitigate sources of noise, such as head motion. This practice often excludes a disproportionate number of minoritized individuals. We employ motion-ordering and motion-ordering+resampling (bagging) to test if these methods preserve functional MRI (fMRI) data in the Adolescent Brain Cognitive Development Study (

Abstract Movie-watching is a central aspect of our lives and an important paradigm for understanding the brain mechanisms behind cognition as it occurs in daily life. Contemporary views of ongoing thought argue that the ability to make sense of events in the ‘here and now’ depend on the neural processing of incoming sensory information by auditory and visual cortex, which are kept in check by systems in association cortex. However, we currently lack an understanding of how patterns of ongoing thoughts map onto the different brain systems when we watch a film, partly because methods of sampling experience disrupt the dynamics of brain activity and the experience of movie-watching. Our study established a novel method for mapping thought patterns onto the brain activity that occurs at different moments of a film, which does not disrupt the time course of brain activity or the movie-watching experience. We found moments when experience sampling highlighted engagement with multi-sensory features of the film or highlighted thoughts with episodic features, regions of sensory cortex were more active and subsequent memory for events in the movie was better—on the other hand, periods of intrusive distraction emerged when activity in regions of association cortex within the frontoparietal system was reduced. These results highlight the critical role sensory systems play in the multi-modal experience of movie-watching and provide evidence for the role of association cortex in reducing distraction when we watch films. Significance statement States like movie-watching provide a window into the brain mechanisms behind cognition in daily life. However, we know relatively little about the mapping between brain activity during movies and associated thought patterns because of difficulties in measuring cognition without disrupting how brain activity naturally unfolds. We establish a novel method to link different experiential states to brain activity during movie-watching with minimal interruptions to viewers or disruptions to brain dynamics. We found states of sensory engagement occur in moments of films when activity in visual and auditory cortex are high. In contrast, states of distraction are reduced when activity in frontoparietal regions is high. Our study, therefore, establishes both sensory and association cortex as core features of the movie-watching experience.

Reproducible functional connectivity-based biomarkers have remained elusive despite the promise of deeply phenotyped consortia. An important component of reproducibility is reliability over repeated measures, often measured by the intraclass correlation coefficient (ICC). Here, we test the use of functional connectome fingerprinting as a way to select pre- and post-processing parameters. We hypothesized that whichever parameters yielded the best fingerprint accuracies would also improve the ICC across scans. Using five datasets from the Consortium for Replicability and Reproducibility, we found that higher identification accuracies were achieved when using: (I) global signal regression; (II) finer brain parcellations; (III) cortical regions compared to subcortical and cerebellar structures; (IV) medial frontal and frontoparietal networks relative to the whole-brain; (V) discriminative edges; (VI) longer scan duration; and (VII) lower sample size. We observed that the ICC was consistently "poor" across the five datasets even with the application of two optimal fingerprint-informed pipelines. The fingerprint-informed pipelines may enable comparison, benchmarking, and adjudication of functional connectivity-based analysis pipelines or novel analytic approaches, as a means to enhance their reproducibility in heterogeneous populations.

Humans have a striking ability to infer meaning from even the sparsest and most abstract forms of narratives. At the same time, flexibility in the form of a narrative is matched by inherent ambiguity in the interpretation of it. How does the brain represent subtle, idiosyncratic differences in the interpretation of abstract and ambiguous narratives? In this fMRI study, we scanned subjects watching a 7-min original animation that depicts a complex narrative through the movement of simple geometric shapes. We additionally scanned two separate groups listening to concrete verbal descriptions of either the social narrative or the physical properties of the movie. After scanning, all subjects freely recalled their interpretation of the stimulus. Using an intersubject representational similarity analysis, we compared the similarity of narrative interpretation across subjects, as measured using text analysis, with the similarity of neural responses, as measured using intersubject correlation (ISC). We found that the more similar two people's interpretations of the abstract shape movie were, the more similar their neural responses were in the default mode network (DMN). Moreover, these shared responses were modality invariant: despite vast differences in stimulus properties, we found that the shapes movie and the verbal interpretation of the movie elicited shared responses in linguistic areas and a subset of the DMN when subjects shared interpretations. Together, these results suggest that the DMN is not only sensitive to subtle individual differences in narrative interpretation, but also resilient to large differences in the modality of the narrative.