Despite neuropathological and electrophysiological evidence for the involvement of parahippocampal structures in temporal lobe epilepsy (TLE), little attention has been paid to morphometric measurements of these structures in patients with TLE. Using high resolution MRI, we previously showed that the volume of the entorhinal cortex was decreased in patients with TLE. The purpose of this study was: (i) to determine whether changes in the volume of the perirhinal cortex and posterior parahippocampal cortex were detectable by MRI; and (ii) to study the distribution and degree of atrophy in mesial temporal structures including the hippocampal head, body and tail, amygdala, entorhinal cortex, perirhinal cortex and posterior parahippocampal cortex. MRI volumetric analysis was performed using a T1‐weighted three‐dimensional gradient echo sequence in 20 healthy subjects and 25 TLE patients with intractable TLE. In patients with either left or right TLE, the hippocampal head, body and tail and the entorhinal and perirhinal cortices ipsilateral to the seizure focus were significantly smaller than in normal controls. The mean volume of the posterior parahippocampal cortex was not different from that of normal controls. Within the hippocampus, the hippocampal head was more atrophic than the hippocampal body and hippocampal tail. Within the parahippocampal region, the entorhinal cortex was more severely affected than the perirhinal cortex. Our MRI results confirm pathological findings of damage in the mesial temporal lobe, involving not only the hippocampus and the amygdala, but also the entorhinal and perirhinal cortices. The pattern of atrophy may be explained by cell loss secondary to a disruption of entorhinal–hippocampal connections as a result of privileged electrical dialogue between these two structures.

Temporal lobe epilepsy (TLE) is the most common drug-resistant epilepsy in adults. As morphometric studies have shown widespread structural damage in TLE, this condition is often referred to as a system disorder with disrupted structural networks. Studies based on univariate statistical comparisons can only indirectly test such hypothesis. Graph theory provides a new approach to formally analyze large-scale networks. Using graph-theoretical analysis of magnetic resonance imaging–based cortical thickness correlations, we investigated the structural basis of the organization of such networks in 122 TLE patients and 47 age- and sex-matched healthy controls. Networks in patients and controls were characterized by a short path length between anatomical regions and a high degree of clustering, suggestive of a small-world topology. However, compared with controls, patients showed increased path length and clustering, altered distribution of network hubs, and higher vulnerability to targeted attacks, suggesting a reorganization of cortical thickness correlation networks. Longitudinal analysis demonstrated that network alterations intensify over time. Bootstrap simulations showed high reproducibility of network parameters across random subsamplings, indicating that altered network topology in TLE is a consistent finding. Increased network disruption was associated with unfavorable postoperative seizure outcome, implying adverse effects of epileptogenesis on large-scale network organization.

Progressive functional decline in the epilepsies is largely unexplained. We formed the ENIGMA-Epilepsy consortium to understand factors that influence brain measures in epilepsy, pooling data from 24 research centres in 14 countries across Europe, North and South America, Asia, and Australia. Structural brain measures were extracted from MRI brain scans across 2149 individuals with epilepsy, divided into four epilepsy subgroups including idiopathic generalized epilepsies (n =367), mesial temporal lobe epilepsies with hippocampal sclerosis (MTLE; left, n = 415; right, n = 339), and all other epilepsies in aggregate (n = 1026), and compared to 1727 matched healthy controls. We ranked brain structures in order of greatest differences between patients and controls, by meta-analysing effect sizes across 16 subcortical and 68 cortical brain regions. We also tested effects of duration of disease, age at onset, and age-by-diagnosis interactions on structural measures. We observed widespread patterns of altered subcortical volume and reduced cortical grey matter thickness. Compared to controls, all epilepsy groups showed lower volume in the right thalamus (Cohen's d = -0.24 to -0.73; P < 1.49 × 10-4), and lower thickness in the precentral gyri bilaterally (d = -0.34 to -0.52; P < 4.31 × 10-6). Both MTLE subgroups showed profound volume reduction in the ipsilateral hippocampus (d = -1.73 to -1.91, P < 1.4 × 10-19), and lower thickness in extrahippocampal cortical regions, including the precentral and paracentral gyri, compared to controls (d = -0.36 to -0.52; P < 1.49 × 10-4). Thickness differences of the ipsilateral temporopolar, parahippocampal, entorhinal, and fusiform gyri, contralateral pars triangularis, and bilateral precuneus, superior frontal and caudal middle frontal gyri were observed in left, but not right, MTLE (d = -0.29 to -0.54; P < 1.49 × 10-4). Contrastingly, thickness differences of the ipsilateral pars opercularis, and contralateral transverse temporal gyrus, were observed in right, but not left, MTLE (d = -0.27 to -0.51; P < 1.49 × 10-4). Lower subcortical volume and cortical thickness associated with a longer duration of epilepsy in the all-epilepsies, all-other-epilepsies, and right MTLE groups (beta, b < -0.0018; P < 1.49 × 10-4). In the largest neuroimaging study of epilepsy to date, we provide information on the common epilepsies that could not be realistically acquired in any other way. Our study provides a robust ranking of brain measures that can be further targeted for study in genetic and neuropathological studies. This worldwide initiative identifies patterns of shared grey matter reduction across epilepsy syndromes, and distinctive abnormalities between epilepsy syndromes, which inform our understanding of epilepsy as a network disorder, and indicate that certain epilepsy syndromes involve more widespread structural compromise than previously assumed.

The hippocampus plays key roles in cognition and affect and serves as a model system for structure/function studies in animals. So far, its complex anatomy has challenged investigations targeting its substructural organization in humans. State-of-the-art MRI offers the resolution and versatility to identify hippocampal subfields, assess its microstructure, and study topographical principles of its connectivity in vivo. We developed an approach to unfold the human hippocampus and examine spatial variations of intrinsic functional connectivity in a large cohort of healthy adults. In addition to mapping common and unique connections across subfields, we identified two main axes of subregional connectivity transitions. An anterior/posterior gradient followed long-axis landmarks and metaanalytical findings from task-based functional MRI, while a medial/lateral gradient followed hippocampal infolding and correlated with proxies of cortical myelin. Findings were consistent in an independent sample and highly stable across resting-state scans. Our results provide robust evidence for long-axis specialization in the resting human hippocampus and suggest an intriguing interplay between connectivity and microstructure.

A bstract Multimodal neuroimaging grants a powerful window into the structure and function of the human brain at multiple scales. Recent methodological and conceptual advances have enabled investigations of the interplay between large-scale spatial trends (also referred to as gradients) in brain microstructure and connectivity, offering an integrative framework to study multiscale brain organization. Here, we share a multimodal MRI dataset for Microstructure-Informed Connectomics (MICA-MICs) acquired in 50 healthy adults (23 women; 29.54±5.62 years) who underwent high-resolution T1-weighted MRI, myelin-sensitive quantitative T1 relaxometry, diffusion-weighted MRI, and resting-state functional MRI at 3 Tesla. In addition to raw anonymized MRI data, this release includes brain-wide connectomes derived from i) resting-state functional imaging, ii) diffusion tractography, iii) microstructure covariance analysis, and iv) geodesic cortical distance, gathered across multiple parcellation scales. Alongside, we share large-scale gradients estimated from each modality and parcellation scale. Our dataset will facilitate future research examining the coupling between brain microstructure, connectivity, and macroscale function. MICA-MICs is available on the Canadian Open Neuroscience Platform’s data portal ( https://portal.conp.ca ).

A bstract The parahippocampus-hippocampus complex in the mesiotemporal lobe (MTL) is implicated in many different cognitive processes, is compromised in numerous disorders, and exhibits a unique cytoarchitectural transition from six-layered isocortex to three-layered allocortex. Our study leveraged an ultra-high-resolution histological reconstruction of a human brain to (i) develop a continuous surface model of the MTL iso-to-allocortex transition and (ii) quantitatively characterise the region’s cytoarchitecture. We projected the model into the native space of in vivo functional magnetic resonance imaging of healthy adults to (iii) construct a generative model of its intrinsic circuitry and (iv) determine its relationship with distributed functional dynamics of macroscale isocortical fluctuations. We provide evidence that the most prominent axis of cytoarchitectural differentiation of the MTL follows infolding from iso-to-allocortex and is defined by depth-specific variations in neuron density. Intrinsic effective connectivity exhibited a more complex relationship to MTL geometry, varying across both iso-to-allocortical and anterior-posterior axes. Variation along the long axis of the MTL was associated with differentiation between transmodal and unimodal systems, with anterior regions linked to transmodal cortex. In contrast, the iso-to-allocortical gradient was associated with the multiple demand system, with isocortex linked to regions activated when task demands prohibit the use of prior knowledge. Our findings establish a novel model of the MTL, in which its broad influence on neural function emerges through the combination micro- and macro-scale structural features.

SUMMARY Epilepsy is increasingly conceptualized as a network disorder. In this cross-sectional mega-analysis, we integrated neuroimaging and connectome analysis to identify network associations with atrophy patterns in 1,021 adults with epilepsy compared to 1,564 healthy controls from 19 international sites. In temporal lobe epilepsy, areas of atrophy co-localized with highly interconnected cortical hub regions, whereas idiopathic generalized epilepsy showed preferential subcortical hub involvement. These morphological abnormalities were anchored to the connectivity profiles of distinct disease epicenters, pointing to temporo-limbic cortices in temporal lobe epilepsy and fronto-central cortices in idiopathic generalized epilepsy. Indices of progressive atrophy further revealed a strong influence of connectome architecture on disease progression in temporal lobe, but not idiopathic generalized, epilepsy. Our findings were reproduced across individual sites and single patients, and were robust across different analytical methods. Through worldwide collaboration in ENIGMA-Epilepsy, we provided novel insights into the macroscale features that shape the pathophysiology of common epilepsies.

A bstract Episodic memory is our ability to remember past events accurately. Pattern separation, the process of of orthogonalizing similar aspects of external information into nonoverlapping representations, is one of its mechanisms. Converging evidence suggests a pivotal role of the hippocampus, in concert with neocortical areas, in this process. The current study aimed to identify principal dimensions of functional activation associated with pattern separation in hippocampal and neocortical areas, in both healthy individuals and patients with lesions to the hippocampus. Administering a pattern separation fMRI paradigm to a group of healthy adults, we detected task-related activation in bilateral hippocampal and distributed neocortical areas. Capitalizing on manifold learning techniques applied to parallel resting-state fMRI data, we could identify that hippocampal and neocortical activity patterns were efficiently captured by their principal gradients of intrinsic functional connectivity, which follows the hippocampal long axis and sensory-fugal cortical organization. Functional activation patterns and their alignment with these principal dimensions were altered in patients. Notably, inter-individual differences in the concordance between task-related activity and intrinsic functional gradients were correlated with pattern separation performance in both patients and controls. Our work outlines a parsimonious approach to capture the functional underpinnings of episodic memory processes at the systems level, and to decode functional reorganization in clinical populations.

Abstract Temporal lobe epilepsy (TLE), one of the most common pharmaco-resistant epilepsies, is associated with pathology of paralimbic brain regions, particularly in the mesiotemporal lobe. Cognitive dysfunction in TLE is frequent, and particularly affects episodic memory. Crucially, these difficulties challenge the quality of life of patients, sometimes more than seizures, underscoring the need to assess neural processes of cognitive dysfunction in TLE to improve patient management. Our work harnessed a novel conceptual and analytical approach to assess spatial gradients of microstructural differentiation between cortical areas based on high-resolution MRI analysis. Gradients track region-to-region variations in intracortical lamination and myeloarchitecture, serving as a system-level measure of structural and functional reorganization. Comparing cortex-wide microstructural gradients between 21 patients and 35 healthy controls, we observed a contracted gradient in TLE driven by reduced microstructural differentiation between paralimbic cortices and the remaining cortex with marked abnormalities in ipsilateral temporopolar and dorsolateral prefrontal regions. Findings were replicated in an independent cohort. Using an independent post mortem dataset, we observed that in vivo findings reflected topographical variations in cortical lamination patterns, confirming that TLE-related changes in the microstructural gradient reflected increased proximity of regions with more dissimilar laminar structure. Disease-related transcriptomics could furthermore show specificity of our findings to TLE over other common epilepsy syndromes. Finally, microstructural dedifferentiation was associated with cognitive network reorganization seen during an episodic memory functional MRI paradigm, and correlated with inter-individual differences in task accuracy. Collectively, our findings showing a pattern of reduced microarchitectural differentiation between paralimbic regions and the remaining cortex provide a parsimonious explanation for functional network reorganization and cognitive dysfunction characteristic of TLE.

Abstract Building precise and detailed parcellations of anatomically and functionally distinct brain areas has been a major focus in Neuroscience. Pioneer anatomists parcellated the cortical manifold based on extensive histological studies of post-mortem brain, harnessing local variations in cortical cyto- and myeloarchitecture to define areal boundaries. Compared to the cytoarchitectonic field, where multiple neuroimaging studies have recently translated this old legacy data into useful analytical resources, myeloarchitectonics, which parcellate the cortex based on the organization of myelinated fibers, has received less attention. Here, we present the neocortical surface-based myeloarchitectonic atlas based on the histology-derived maps of the Vogt-Vogt school and its 2D translation by Nieuwenhuys. In addition to a myeloarchitectonic parcellation, our package includes intracortical laminar profiles of myelin content based on Vogt-Vogt-Hopf original publications. Histology-derived myelin density mapped on our atlas demonstrate close overlap with in vivo quantitative MRI markers for myelin and relates to cytoarchitectural features. Complementing the existing battery of approaches for digital cartography, the whole-brain myeloarchitectonic atlas offers an opportunity to validate imaging surrogate markers of myelin in both health and disease. Highlights Our myeloarchitectonic atlas builds on extensive meta-analyses-derived and ground-truth histological data. Our atlas provides qualitative and quantitative 3D information on cortical myelin architecture. MRI surrogate markers of myelin demonstrate close overlap with histological cortical parcellations, supporting biological validity of non-invasive metrics. This atlas can be seamlessly integrated into widely used neuroimaging analysis software to inform studies in health and disease.