Using a GO-NOGO response inhibition task in which working memory (WM) demands can be varied, we demonstrate that the compromised abilities of cocaine users to exert control over strong prepotent urges are associated with reduced activity in anterior cingulate and right prefrontal cortices, two regions thought to be critical for implementing cognitive control. Furthermore, unlike drug-naive controls, and opposite to the anterior cingulate pattern, cocaine users showed an over-reliance on the left cerebellum, a compensatory pattern previously seen in alcohol addiction. The results indicate that cocaine users find it difficult to inhibit their own actions, particularly when WM demands, which have been shown previously to increase during cue-induced craving for the drug, are increased. The results reveal a neuroanatomical basis for this dysexecutive component to addiction, supporting the suggested importance cognitive functions may play in prolonging abuse or predisposing users toward relapse.

Intra-individual performance variability may be an important index of the efficiency with which executive control processes are implemented, Lesion studies suggest that damage to the frontal lobes is accompanied by an increase in such variability. Here we sought for the first time to investigate how the functional neuroanatomy of executive control is modulated by performance variability in healthy subjects by using an event-related functional magnetic resonance imaging (ER-fMRI) design and a Go/No-go response inhibition paradigm. Behavioural results revealed that individual differences in Go response time variability were a strong predictor of inhibitory success and that differences in mean Go response time could not account for this effect. Task-related brain activation was positively correlated with intra-individual variability within a distributed inhibitory network consisting of bilateral middle frontal areas and right inferior parietal and thalamic regions. Both the behavioural and fMRI data are consistent with the interpretation that those subjects with relatively higher intra-individual variability activate inhibitory regions to a greater extent, perhaps reflecting a greater requirement for top-down executive control in this group, a finding that may be relevant to disorders of executive/attentional control.

Abstract Error‐processing research has demonstrated that the brain uses a specialized neural network to detect errors during task performance but the brain regions necessary for conscious awareness of an error are poorly understood. In the present study we show that two well‐known error‐related event‐related potential (ERP) components, the error‐related negativity (ERN) and error positivity (Pe) have a differential relationship with awareness during performance of a manual response inhibition task optimized to examine error awareness. While the ERN was unaffected by the participants' conscious experience of errors, the Pe was only seen when participants were aware of committing an error. Source localization of these components indicated that the ERN was generated by a caudal region of the anterior cingulate cortex (ACC) while the Pe was associated with contributions from a more anterior ACC region and the posterior cingulate–precuneus. Tonic EEG measures of cortical arousal were correlated with individual rates of error awareness and showed a specific relationship with the amplitude of the Pe. The latter finding is consistent with evidence that the Pe represents a P3‐like facilitation of information processing modulated by subcortical arousal systems. Our data suggest that the ACC might participate in both preconscious and conscious error detection and that cortical arousal provides a necessary setting condition for error awareness. These findings may be particularly important in the context of clinical studies in which a proper understanding of self‐monitoring deficits requires an explicit measurement of error awareness.

Drug abuse and other psychiatric conditions (eg, schizophrenia) have been associated with a diminished neural response to errors, particularly in the anterior cingulate cortex (ACC) thought critical to error processing. A diminished capacity for detecting errors has been linked to clinical symptoms including the loss of insight, delusions, and perseverative behavior. A total of 16 active chronic cannabis users and 16 control participants were administered a Go/No-go response inhibition task during event-related fMRI data collection. The task provides measures of inhibitory control and error awareness. Cannabis users' inhibitory control performance was equivalent to that of the control group, but the former showed a significant deficit in awareness of commission errors. Cannabis users showed a diminished capacity for monitoring their behavior that was associated with hypoactivity in the ACC and right insula. In addition, increased levels of hypoactivity in both the ACC and right insula regions were significantly correlated with error-awareness rates in the cannabis group (but not controls). These difficulties are consistent with earlier reports of hypoactivity in the neural systems underlying cognitive control and the monitoring of interoceptive awareness in chronic drug users, and highlight the potential relationship between cognitive dysfunction and behavioral deficits that have the potential to contribute to the maintenance of drug abuse.

Abstract Hemispheric asymmetry is a cardinal feature of human brain organization. Altered brain asymmetry has also been linked to some cognitive and neuropsychiatric disorders. Here the ENIGMA consortium presents the largest ever analysis of cerebral cortical asymmetry and its variability across individuals. Cortical thickness and surface area were assessed in MRI scans of 17,141 healthy individuals from 99 datasets worldwide. Results revealed widespread asymmetries at both hemispheric and regional levels, with a generally thicker cortex but smaller surface area in the left hemisphere relative to the right. Regionally, asymmetries of cortical thickness and/or surface area were found in the inferior frontal gyrus, transverse temporal gyrus, parahippocampal gyrus, and entorhinal cortex. These regions are involved in lateralized functions, including language and visuospatial processing. In addition to population-level asymmetries, variability in brain asymmetry was related to sex, age, and brain size (indexed by intracranial volume). Interestingly, we did not find significant associations between asymmetries and handedness. Finally, with two independent pedigree datasets ( N = 1,443 and 1,113, respectively), we found several asymmetries showing modest but highly reliable heritability. The structural asymmetries identified, and their variabilities and heritability provide a reference resource for future studies on the genetic basis of brain asymmetry and altered laterality in cognitive, neurological, and psychiatric disorders. Significance Statement Left-right asymmetry is a key feature of the human brain's structure and function. It remains unclear which cortical regions are asymmetrical on average in the population, and how biological factors such as age, sex and genetic variation affect these asymmetries. Here we describe by far the largest ever study of cerebral cortical brain asymmetry, based on data from 17,141 participants. We found a global anterior-posterior 'torque' pattern in cortical thickness, together with various regional asymmetries at the population level, which have not been previously described, as well as effects of age, sex, and heritability estimates. From these data, we have created an on-line resource that will serve future studies of human brain anatomy in health and disease.

Abstract Every decision we make is accompanied by an estimate of the probability that our decision is accurate or appropriate. This probability estimate is termed our degree of decision confidence. Recent work has uncovered event-related potential (ERP) correlates of confidence both during decision formation and after a decision has been made. However, the interpretation of these findings is complicated by methodological issues related to ERP amplitude measurement that are prevalent across existing studies. To more accurately characterise the neural correlates of confidence, we presented participants with a difficult perceptual decision task that elicited a broad range of confidence ratings. We identified a frontal ERP component within an onset prior to the behavioural response, which exhibited more positive-going amplitudes in trials with higher confidence ratings. This frontal effect also biased measures of the centro-parietal positivity (CPP) component at parietal electrodes via volume conduction. Amplitudes of the error positivity (Pe) component that followed each decision were negatively associated with confidence for trials with decision errors, but not for trials with correct decisions, with Bayes factors providing moderate evidence for the null in the latter case. We provide evidence for both pre- and post-decisional neural correlates of decision confidence that are observed in trials with correct and erroneous decisions, respectively. Our findings suggest that certainty in having made a correct response is associated with frontal activity during decision formation, whereas certainty in having committed an error is instead associated with the post-decisional Pe component. These findings also highlight the possibility that some previously reported associations between decision confidence and CPP/Pe component amplitudes may have been a consequence of ERP amplitude measurement-related confounds. Re-analysis of existing datasets may be useful to test this hypothesis more directly. Highlights – We mapped the event-related potential correlates of decision confidence – A frontal component was associated with confidence during decision formation – The error positivity component was associated with confidence in error trials – The error positivity was not associated with confidence in correct response trials

Abstract Neurocomputational accounts of psychosis propose mechanisms for how information is integrated into a predictive model of the world, in attempts to understand the occurrence of altered perceptual experiences. Conflicting Bayesian theories postulate aberrations in either top-down or bottom-up processing. The top-down theory predicts an overreliance on prior beliefs or expectations resulting in aberrant perceptual experiences, whereas the bottom-up theory predicts an overreliance on current sensory information, as aberrant salience is directed towards objectively uninformative stimuli. This study empirically adjudicates between these models. We use a perceptual decision-making task in a neurotypical population with varying degrees of psychotic-like experiences. Bayesian modelling was used to compute individuals’ reliance on prior relative to sensory information. Across two datasets (discovery dataset n=363; independent replication in validation dataset n=782) we showed that psychotic-like experiences were associated with an overweighting of sensory information relative to prior expectations, which seem to be driven by decreased precision afforded to prior information. However, when prior information was more uncertain, participants with greater psychotic-like experiences encoded sensory information with greater noise. Greater psychotic-like experiences were also associated with generally heightened perceptions of task instability, which we suggest may be the cause for the observed aberrant precision in the encoding both prior and likelihood information. Our study lends empirical support to notions of both weaker bottom-up and weaker (rather than stronger) top-down perceptual processes, as well as aberrancies in belief updating that extend into the non-clinical continuum of psychosis.

Abstract Dysfunction in learning and motivational systems are thought to contribute to addictive behaviours. Previous models have suggested that dopaminergic roles in learning and motivation could produce addictive behaviours through pharmacological manipulations that provide excess dopaminergic signalling towards these learning and motivational systems. Redish 2004 suggested a role based on dopaminergic signals of value prediction error, while Zhang et al. 2009 suggested a role based on dopaminergic signals of motivation. Both these models present significant limitations. They do not explain the reduced sensitivity to drug-related costs/negative consequences, the increased impulsivity generally found in people with a substance use disorder, craving behaviours, and non-pharmacological dependence, all of which are key hallmarks of addictive behaviours. Here, we propose a novel mathematical definition of salience, that combines aspects of dopamine’s role in both, learning and motivation, within the reinforcement learning framework. Using a single parameter regime, we simulated addictive behaviours that the Zhang et al. 2009 and Redish 2004 models also produce but we went further in simulating the downweighting of drug-related negative prediction-errors, steeper delay discounting of drug rewards, craving behaviours and aspects of behavioural/non-pharmacological addictions. The current salience model builds on our recently proposed conceptual theory that salience modulates internal representation updating and may contribute to addictive behaviours by producing misaligned internal representations (Kalhan et al., 2021). Critically, our current mathematical model of salience argues that the seemingly disparate learning and motivational aspects of dopaminergic functioning may interact through a salience mechanism that modulates internal representation updating.

Abstract When we make a decision, we also estimate the probability that our choice is correct or accurate. This probability estimate is termed our degree of decision confidence. Recent work has reported event-related potential (ERP) correlates of confidence both during decision formation (the centro-parietal positivity component; CPP) and after a decision has been made (the error positivity component; Pe). However, there are several measurement confounds that complicate the interpretation of these findings. More recent studies that overcome these issues have so far produced conflicting results. To better characterise the ERP correlates of confidence we presented participants with a comparative brightness judgment task while recording electroencephalography. Participants judged which of two flickering squares (varying in luminance over time) was brighter on average. Participants then gave confidence ratings ranging from “surely incorrect” to “surely correct”. To elicit a range of confidence ratings we manipulated both the mean luminance difference between the brighter and darker squares (relative evidence) and the overall luminance of both squares (absolute evidence). We found larger CPP amplitudes in trials with higher confidence ratings. This association was not simply a by-product of differences in relative evidence (which covaries with confidence) across trials. We did not identify postdecisional ERP correlates of confidence, except when they were artificially produced by pre-response ERP baselines. These results provide further evidence for neural correlates of processes that inform confidence judgments during decision formation.

Abstract Goal-directed behaviour is dependent upon the ability to detect errors and implement appropriate post-error adjustments. Accordingly, several studies have explored the neural activity underlying error-monitoring processes, identifying the insula cortex as crucial for error awareness and reporting mixed findings with respect to the anterior cingulate cortex. Variable patterns of activation have previously been attributed to insufficient statistical power. We therefore sought to clarify the neural correlates of error awareness in a large event-related functional magnetic resonance imaging (MRI) study. Four hundred and two healthy participants undertook the error awareness task, a motor Go/No-Go response inhibition paradigm in which participants were required to indicate their awareness of commission errors. Compared to unaware errors, aware errors were accompanied by significantly greater activity in a network of regions including the insula cortex, supramarginal gyrus, and midline structures such as the anterior cingulate cortex and supplementary motor area. Error awareness activity was related to indices of task performance and dimensional measures of psychopathology in selected regions including the insula, supramarginal gyrus and supplementary motor area. Taken together, we identified a robust and reliable neural network associated with error awareness.