Abstract Theoretical and empirical accounts suggest that adolescence is associated with heightened reward learning and impulsivity. Experimental tasks and computational models that can dissociate reward learning from the tendency to initiate actions impulsively (action initiation bias) are thus critical to characterise the mechanisms that drive developmental differences. However, existing work has rarely quantified both learning ability and action initiation, or it has tested small samples. Here, using computational modelling of a learning task collected from a large sample ( N =742, 9-18 years, 11 countries), we tested differences in reward and punishment learning and action initiation from childhood to adolescence. Computational modelling revealed that whilst punishment learning rates increased with age, reward learning remained stable. In parallel, action initiation biases decreased with age. Results were similar when considering pubertal stage instead of chronological age. We conclude that heightened reward responsivity in adolescence can reflect differences in action initiation rather than enhanced reward learning.

Abstract Elucidating the neural basis of social behavior is a long-standing challenge in neuroscience. Such endeavors are driven by attempts to extend the isolated perspective on the human brain by considering interacting persons’ brain activities, but a theoretical and computational framework for this purpose is still in its infancy. Here, we posit a comprehensive framework based on bipartite graphs for interbrain networks and address whether they provide meaningful insights into the neural underpinnings of social interactions. First, we show that the nodal density of such graphs exhibits nonrandom properties. While the current analyses mostly rely on global metrics, we encode the regions’ roles via matrix decomposition to obtain an interpretable network representation yielding both global and local insights. With Bayesian modeling, we reveal how synchrony patterns seeded in specific brain regions contribute to global effects. Beyond inferential inquiries, we demonstrate that graph representations can be used to predict individual social characteristics, outperforming functional connectivity estimators for this purpose. In the future, this may provide a means of characterizing individual variations in social behavior or identifying biomarkers for social interaction and disorders.

Abstract Hyperscanning studies have begun to unravel the brain mechanisms underlying social interaction, indicating a functional role for interpersonal neural synchronization (INS), yet the mechanisms that drive INS are poorly understood. While interpersonal synchrony is considered a multimodal phenomenon, it is not clear how different biological and behavioral synchrony markers are related to each other. The current study, thus, addresses whether INS is functionally-distinct from synchrony in other systems – specifically the autonomic nervous system (ANS) and motor behavior. To test this, we used a novel methodological approach, based on concurrent functional near-infrared spectroscopy-electrocardiography, recorded while N = 34 mother-child and stranger-child dyads (child mean age 14 years) engaged in cooperative and competitive tasks. Results showed a marked differentiation between neural, ANS and behavioral synchrony. Importantly, only in the neural domain was higher synchrony for mother-child compared to stranger-child dyads observed. Further, ANS and neural synchrony were positively related during competition but not during cooperation. These results suggest that synchrony in different behavioral and biological systems may reflect distinct processes. Mother-child INS may arise due to neural processes related to social affiliation, which go beyond shared arousal and similarities in behavior.

Abstract Humans synchronize with one another to foster successful interactions. Here, we use a multimodal data fusion approach with the aim of elucidating the neurobiological mechanisms by which interpersonal neural synchronization (INS) occurs. Our meta-analysis of 22 functional magnetic resonance imaging and 69 near-infrared spectroscopy hyperscanning experiments (740 and 3,721 subjects) revealed robust brain-regional correlates of INS in the right temporoparietal junction and left ventral prefrontal cortex. Integrating this meta-analytic information with public databases, biobehavioral and brain-functional association analyses suggested that INS involves sensory-integrative hubs with functional connections to mentalizing and attention networks. On the molecular and genetic levels, we found INS to be associated with GABAergic neurotransmission and layer IV/V neuronal circuits, protracted developmental gene expression patterns, and disorders of neurodevelopment. Although limited by the indirect nature of phenotypic-molecular association analyses, our findings generate new testable hypotheses on the neurobiological basis of INS.

Abstract DNA methylation profiles of aggressive behavior may capture lifetime cumulative effects of genetic, stochastic, and environmental influences associated with aggression. Here, we report the first large meta-analysis of epigenome-wide association studies (EWAS) of aggressive behavior (N=15,324 participants). In peripheral blood samples of 14,434 participants from 18 cohorts with mean ages ranging from 7 to 68 years, 13 methylation sites were significantly associated with aggression (alpha=1.2×10 −7 ; Bonferroni correction). In cord blood samples of 2,425 children from five cohorts with aggression assessed at mean ages ranging from 4 to 7 years, 83% of these sites showed the same direction of association with childhood aggression ( r =0.74, p=0.006) but no epigenome-wide significant sites were found. Top-sites (48 at a false discovery rate of 5% in the peripherl blood meta-analysis or in a combined meta-analysis of peripheral blood and cord blood) have been associated with chemical exposures, smoking, cognition, metabolic traits, and genetic variation (mQTLs). Three genes whose expression levels were associated with top-sites were previously linked to schizophrenia and general risk tolerance. At six CpGs, DNA methylation variation in blood mirrors variation in the brain. On average 44% (range=3-82%) of the aggression–methylation association was explained by current and former smoking and BMI. These findings point at loci that are sensitive to chemical exposures with potential implications for neuronal functions. We hope these results to be a starting point for studies leading to applications as peripheral biomarkers and to reveal causal relationships with aggression and related traits.

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.

Abstract Background Early adversity is believed to alter the body’s stress response systems, putting children at increased risk for somatic and mental health problems. However, it remains unclear whether such alterations normalize under improved caregiving experiences. Thus, the goal of the present study was to investigate i) whether children in foster care show endocrine and immunological alterations relative to children living with their biological families, ii) whether these alterations change over time spent with the foster family and iii) whether the alterations are modulated by current caregiving experiences. Methods A total of 94 children in foster care and 157 biological children, aged two to seven years, took part in a longitudinal study with three assessments conducted over a 12-month study period. At the initial assessment, children lived for an average of 18 months with their current foster families. Children’s cortisol, dehydroepiandrosterone (DHEA) and progesterone concentrations and cortisol/DHEA ratios were measured in scalp hair and children’s secretory immunoglobulin A (sIgA) levels in saliva. Caregiving quality was assessed based on caregiver-reports and observational measures of caregiver-child interactions. Results Children in foster care had lower cortisol/DHEA ratios and higher progesterone concentrations than biological children, while no group differences were found for cortisol, DHEA or sIgA. Time spent with the current foster family did not significantly influence the child’s endocrine or immunological markers. Importantly, caregiving quality modulated cortisol/DHEA ratios and sIgA concentrations: children in foster care of lower caregiving quality had lower cortisol/DHEA ratios than children in foster care of higher caregiving quality and showed decreasing, rather than increasing, sIgA concentrations across the study period. Conclusions Our results indicate that caregiving quality in the foster family may have an important modulating effect on selected indicators of the child’s stress response and could thereby mitigate the possible consequences of early childhood adversity.

Introduction: The motor system shows a pronounced development throughout childhood and adolescence. The analysis of the contingent negative variation (CNV) provides valuable insights into various cognitive and motor processes, underlying cortical sources, and their development across the lifespan. Methods: We investigated the maturation of motor preparation, pre-activation, and post-processing in children and adolescents aged 5- to 16- years. EEG Data of 46 healthy right-handed subjects were recorded, using a 64-electrode high-density sensor array. Subjects performed a CNV task with a directional warning cue. To assess age-related developmental differences of cortical activation, analyses of event-related potentials (ERPs), mu-rhythm (de)synchronization, and source analysis were applied. Results: Children showed increased reaction times and committed more errors than adolescent subjects. Motor preparation and post-processing were characterized by a developmental increase of cortical activity related to the supplementary motor area (SMA). Young children showed a pronounced sensory post-processing during orienting response (early CNV) that decreased with age. In contrast to previous research in young adults, adolescent subjects showed no contralateral activation of motor areas during motor preparation (late CNV) yet. Furthermore, there was an observed decline in motor post processing with maturation. Conclusion: The results indicate a prolonged maturation of cortical scalp areas associated with motor control up into late adolescence or early adulthood. With age, the activation of mid-frontocentral regions associated with the SMA becomes more pronounced during motor planning and response evaluation. Qualitatively distinct cortical activation patterns of young subjects suggest immature supplementary-, pre-, and primary motor areas and might be a primary cause for age-related increasing efficiency of motor action control.

Abstract The right temporoparietal junction (rTPJ) is a core hub in neural networks associated with reorienting of attention and social cognition. However, it remains unknown whether participants can learn to actively modulate their rTPJ activity via neurofeedback. Here, we explored the feasibility of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS)-based neurofeedback in modulating rTPJ activity and its effect on rTPJ functions such as reorienting of attention and visual perspective taking. In a bidirectional regulation control group design, 50 healthy participants were either reinforced to up- or downregulate rTPJ activation over four days of training. Both groups showed an increase in rTPJ activity right from the beginning of the trainingbut only the upregulation group maintained this effect, while the downregulation group showed a decline from the initial rTPJ activation. This suggests a learning effect in the downregulation exclusively, making it challenging to draw definitive conclusions about the effectiveness of rTPJ upregulation training. However, we observed group-specific effects on the behavioral level. We found a significant group x time interaction effect in the performance of the reorienting of attention task and group-specific changes, with decreased reaction times (RTs) in the upregulation group and increased RTs in the downregulation group across all conditions after the neurofeedback training. Those with low baseline performance showed greater improvements. In the perspective-taking task, however, only time effects were observed that were non-group-specific.These findings demonstrate that fNIRS-based neurofeedback is a feasible method to modulate rTPJ functions with preliminary evidence of neurophysiologically specific effects, thus paving the way for future applications of non-invasive rTPJ modulation in neuropsychiatric disorders. Graphical abstract Highlights the right temporoparietal junction (rTPJ) as a core hub for attentive and socio-cognitive functions is a promising target for neuromodulatory interventions first single-blinded, randomized controlled study demonstrates feasibility and effectiveness of the fNIRS-based neurofeedback training of the rTPJ in healthy adults subjects are able to regulate the rTPJ with different learning characteristics first evidence of a neurophysiologically specific effect on stimulus-driven attention findings have important implications for clinical translation of neurofeedback interventions targeting the rTPJ