The validity of research results depends on the reliability of analysis methods. In recent years, there have been concerns about the validity of research that uses diffusion-weighted MRI (dMRI) to understand human brain white matter connections in vivo , in part based on reliability of the analysis methods used in this field. We defined and assessed three dimensions of reliability in dMRI-based tractometry, an analysis technique that assesses the physical properties of white matter pathways: (1) reproducibility, (2) test-retest reliability and (3) robustness. To facilitate reproducibility, we provide software that automates tractometry ( https://yeatmanlab.github.io/pyAFQ ). In measurements from the Human Connectome Project, as well as clinical-grade measurements, we find that tractometry has high test-retest reliability that is comparable to most standardized clinical assessment tools. We find that tractometry is also robust: showing high reliability with different choices of analysis algorithms. Taken together, our results suggest that tractometry is a reliable approach to analysis of white matter connections. The overall approach taken here both demonstrates the specific trustworthiness of tractometry analysis and outlines what researchers can do to demonstrate the reliability of computational analysis pipelines in neuroimaging.

Abstract Cross-sectional studies have linked differences in white matter tissue properties to reading skills. However, past studies have reported a range of, sometimes conflicting, results. Some studies suggest that white matter properties act as individual-level traits predictive of reading skill, whereas others suggest that reading skill and white matter develop as a function of an individual’s educational experience. In the present study, we tested two hypotheses: a) that diffusion properties of the white matter reflect stable brain characteristics that relate to reading skills over development or b) that white matter is a dynamic system, linked with learning over time. To answer these questions, we examined the relationship between white matter and reading in a five-year longitudinal dataset and a series of large-scale, single-observation, cross-sectional datasets (N=14,249 total participants). We find that gains in reading skill correspond to longitudinal changes in the white matter. However, in the single-observation datasets, we find no evidence for the hypothesis that individual differences in white matter predict reading skill. These findings highlight the link between dynamic processes in the white matter and learning.

The formation of myelin, the fatty sheath that insulates nerve fibers, is critical for healthy brain function. A fundamental open question is what is the impact of being born on myelin growth. To address this question, we evaluated a large (n=300) cross-sectional sample of newborns from the Developing Human Connectome Project (dHCP). First, we developed new software for the automated identification of 20 white matter bundles in individuals that is well-suited for large samples. Next, we fit linear models that quantify T1w/T2w, a myelin-sensitive imaging contrast, increases along bundles. We found faster growth of T1w/T2w along the lengths of all bundles before birth than right after birth. Further, in a separate longitudinal sample of preterm infants (N=34), we found lower T1w/T2w at term-equivalent age than in full-term peers. By applying the linear models fit on the cross-section sample to the longitudinal sample of preterm infants, we find that their delay in T1w/T2w growth is well explained by the amount of time preterm infants spend developing in utero and ex utero. These results suggest that being born slows the rate of myelin growths. This reduction in the rate of myelin growth at birth, in turn, explains lower myelin content in individuals born preterm, and could account for long-term cognitive, neurological, and developmental consequences of preterm birth. We hypothesize that closely matching the environment of infants born preterm to what they would have experienced in the womb may reduce delays in myelin growth and hence improve developmental outcomes.

Replication-competent controlled virus vectors were derived from virulent HSV-1 wildtype strain 17syn+ by placing one or two replication-essential genes under the stringent control of a gene switch that is co-activated by heat and an antiprogestin. Upon activation of the gene switch, the vectors replicate in infected cells with an efficacy that approaches that of the wildtype virus from which they were derived. Essentially no replication occurs in the absence of activation. When administered to mice, localized application of a transient heat treatment in the presence of systemic antiprogestin results in efficient but limited virus replication at the site of administration. The immunogenicity of these viral vectors was tested in a mouse footpad lethal challenge model. Unactivated viral vectors - which may be regarded as equivalents of inactivated vaccines - induced detectable protection against lethality caused by wildtype virus challenge. Single activation of the viral vectors at the site of administration (rear footpads) greatly enhanced protective immune responses, and second immunization resulted in complete protection. Once activated vectors also induced far better neutralizing antibody and HSV-1-specific T cells responses than unactivated vectors. To find out whether the immunogenicity of a heterologous antigen was also enhanced in the context of efficient transient vector replication, a virus vector constitutively expressing an equine influenza virus hemagglutinin was constructed. Immunization of mice with this recombinant induced detectable antibody-mediated neutralization of equine influenza virus as well as a hemagglutinin-specific T cell response. Single activation of viral replication resulted in a several-fold enhancement of this immune response.

Abstract The latency of neural responses in the visual cortex changes systematically across the lifespan. Here we test the hypothesis that development of visual white matter pathways mediates maturational changes in the latency of visual signals. Thirty-eight children participated in a cross-sectional study including diffusion MRI and MEG sessions. During the MEG acquisition, participants performed a lexical decision and a fixation task on words presented at varying levels of contrast and noise. For all stimuli and tasks, early evoked fields were observed around 100 ms after stimulus onset (M100), with slower and lower amplitude responses for low as compared to high contrast stimuli. The optic radiations and optic tracts were identified in each individual’s brain based on diffusion MRI tractography. The diffusion properties of the optic radiations predicted M100 responses, especially for high contrast stimuli. Higher optic radiation fractional anisotropy (FA) values were associated with faster and larger M100 responses. Over this developmental window, the M100 responses to high contrast stimuli became faster with age and the optic radiation FA mediated this effect. These findings suggest that the maturation of the optic radiations over childhood accounts for individual variations observed in the developmental trajectory of visual cortex responses.