Abstract Listening to pleasurable music is known to engage the brain’s reward system. This has motivated many cognitive-behavioral interventions for healthy aging, but little is known about the effects of music-based intervention (MBI) on activity and connectivity of the brain’s auditory and reward systems. Here we show preliminary evidence that brain network connectivity can change after receptive MBI in cognitively unimpaired older adults. Using a combination of whole-brain regression, seed-based connectivity analysis, and representational similarity analysis (RSA), we examined fMRI responses during music listening in older adults before and after an eight-week personalized MBI. Participants rated self-selected and researcher-selected musical excerpts on liking and familiarity. Parametric effects of liking, familiarity, and selection showed simultaneous activation in auditory, reward, and default mode network (DMN) areas. Functional connectivity within and between auditory and reward networks was modulated by participant liking and familiarity ratings. RSA showed significant representations of selection and novelty at both time-points, and an increase in striatal representation of musical stimuli following intervention. An exploratory seed-based connectivity analysis comparing pre- and post-intervention showed significant increase in functional connectivity between auditory regions and medial prefrontal cortex (mPFC). Taken together, results show how regular music listening can provide an auditory channel towards the mPFC, thus offering a potential neural mechanism for MBI supporting healthy aging.

Abstract The intrinsic organization of functional brain networks is known to change with age, and is affected by perceptual input and task conditions. Here, we compare functional activity and connectivity during music listening and rest between younger (N=24) and older (N=24) adults, using whole brain regression, seed-based connectivity, and ROI-ROI connectivity analyses. As expected, activity and connectivity of auditory and reward networks scaled with liking during music listening in both groups. Younger adults show higher within-network connectivity of auditory and reward regions as compared to older adults, both at rest and during music listening, but this age-related difference at rest was reduced during music listening, especially in individuals who self-report high musical reward. Furthermore, younger adults showed higher functional connectivity between auditory network and medial prefrontal cortex (mPFC) that was specific to music listening, whereas older adults showed a more globally diffuse pattern of connectivity, including higher connectivity between auditory regions and bilateral lingual and inferior frontal gyri. Finally, connectivity between auditory and reward regions was higher when listening to music selected by the participant. These results highlight the roles of aging and reward sensitivity on auditory and reward networks. Results may inform the design of music- based interventions for older adults, and improve our understanding of functional network dynamics of the brain at rest and during a cognitively engaging task.

ABSTRACT A central principle in our understanding of cerebral cortical organization is that homotopic left and right areas are functionally linked to each other, and also connected with structures that share similar functions within each cerebral cortical hemisphere. Here we refer to this concept as interhemispheric functional symmetry (IHFS). While multiple studies have described the distribution and variations of IHFS in the cerebral cortex, descriptions of IHFS in the subcortex are largely absent in the neuroscientific literature. Further, the proposed anatomical basis of IHFS is centered on callosal and other commissural tracts. These commissural fibers are present in virtually all cerebral cortical areas, but almost absent in the subcortex. There is thus an important knowledge gap in our understanding of subcortical IHFS. What is the distribution and variations of subcortical IHFS, and what are the anatomical correlates and physiological implications of this important property in the subcortex? Using fMRI functional gradient analyses in a large dataset (Human Connectome Project, n=1003), here we explored IHFS in human thalamus, lenticular nucleus, cerebellar cortex, and caudate nucleus. Our detailed descriptions provide an empirical foundation upon which to build hypotheses for the anatomical and physiological basis of subcortical IHFS. Our results indicate that direct or driver cerebral cortical afferent connectivity, as opposed to indirect or modulatory cerebral cortical afferent connectivity, is associated with stronger subcortical IHFS in thalamus and lenticular nucleus. In cerebellar cortex and caudate, where there is no variability in terms of either direct vs. indirect or driver vs. modulatory cerebral cortical afferent connections, connectivity to cerebral cortical areas with stronger cerebral cortical IHFS is associated with stronger IHFS in the subcortex. These two observations support a close relationship between subcortical IHFS and connectivity between subcortex and cortex, and generate new testable hypotheses that advance our understanding of subcortical organization.

A central question in the field of cognitive aging and behavioral neuroscience is what enables some individuals to successfully change their behavior more than others? Smoking is a significant risk factor for cognitive decline, particularly in vulnerable populations, including those who are at an elevated risk for Alzheimers disease (AD). Developing effective smoking reduction strategies is therefore a public health priority. The goal of the current study is to better understand the brain mechanisms underlying long-term smoking behavior change in cognitively normal, but at-risk, older adults. Neuroimaging and human lesional studies have implicated the insula and its functional network in subjective interoceptive awareness of cigarette craving and smoking-cue reactivity. We sought to characterize the extent to which anterior insular resting-state functional connectivity MRI predicted long-term smoking reduction (mean: 2.7 years, range 8 months to 4 years) using a seed-to-voxel approach. Twenty-three (18 women; 26% APOE4 carriers; 61.5 years, SD = 3.7) cognitively unimpaired older individuals who smoked cigarettes at their baseline visit and have a first-degree family history of AD (at least one parent or multiple siblings affected) were included from a prospective longitudinal cohort, PREVENT-AD (Pre-symptomatic Evaluation of Experimental or Novel Treatments for Alzheimer Disease) in the current study. We found that reduced long-term smoking behavior was associated with diminished functional connectivity between bilateral anterior insula and ventromedial prefrontal cortex (vmPFC). In a second pre-registered replication study within a larger, independent sample of one hundred and eighteen cognitively normal older adults who smoked cigarettes at baseline from the UK Biobank (73 women; 27.9 % APOE4 carriers; 60.3 years, SD = 2.7), we found that baseline diminished resting-state functional connectivity between anterior insula and vmPFC predicted long-term smoking reduction (mean 5.2 years; ranging from 3 years to 7 years). To our knowledge, this is the largest study to examine the neural substrates of long-term smoking cessation in human aging. Our results suggest that frontoinsular circuits may be a therapeutic target for smoking reduction and disease prevention in older adults at risk for AD.

Music-based interventions have become increasingly widely adopted for dementia and related disorders. Previous research shows that music engages reward-related regions through functional connectivity with the auditory system. Here we characterize intrinsic connectivity of the auditory and reward systems in healthy aging, mild cognitive impairment (MCI), and Alzheimers disease (AD). Using resting-state fMRI data from the Alzheimers Database Neuroimaging Initiative, we defined a network of regions with known roles in auditory and reward functions, and tested functional connectivity in these networks among older adults with MCI, AD, and age-matched healthy controls (N=105). Seed-based correlations were assessed from regions of interest (ROIs) in the auditory network, i.e. temporal lobe structures, and reward network i.e. orbitofrontal cortex and striatum. AD individuals were lower in both within-network and between-network functional connectivity in the auditory network and reward networks compared to MCI and controls. Furthermore, graph theory analyses showed that MCI individuals had higher clustering, local efficiency, degrees, and strengths than both AD and control individuals. Together, the auditory and reward systems show preserved within- and between-network connectivity in MCI relative to AD. These results suggest that music-based interventions have the potential to make an early difference in individuals with MCI, due to the preservation of functional connectivity in reward-related regions and between auditory and reward networks.

Objectives: Generativity, the desire and action to improve the well-being of younger generations, is positively associated with purpose in life among older adults. However, the neural basis of generativity and the neurobehavioral factors supporting the relationship between generativity and purpose in life remain unknown. This study aims to identify the functional neuroanatomy of generativity and mechanisms linking generativity with purpose in life in at-risk older adults. Methods: Fifty-eight cognitively healthy older adults (mean age = 70.78, 45 females) with a family history of Alzheimer9s disease were recruited from the PREVENT-AD aging cohort. Participants underwent brain imaging and completed questionnaires assessing generativity, social support, and purpose in life. Mediation models examined whether social support mediated the association between generativity and purpose in life. Seed-to-voxel analyses investigated the association between resting-state functional connectivity (rsFC) to the ventromedial prefrontal cortex (vmPFC) and ventral striatum (VS) and whether this rsFC moderated the relationship between generativity and purpose in life. Results: Affectionate social support mediated the association between generative desire and purpose in life. Generative desire was associated with rsFC between VS and precuneus and vmPFC and right dorsolateral prefrontal cortex (rdlPFC). The vmPFC-rdlPFC connectivity moderated the association between generative desire and purpose in life. Discussion: These findings provide insight into how the brain supports social behavior and, separately, purpose in life in at-risk aging. Affectionate social support may be a putative target process to enhance purpose and life in older adults. This knowledge contributes to future developments of personalized interventions that promote healthy aging.

Abstract Information about a person’s available energy resources is integrated in daily behavioral choices that weigh motor costs against expected rewards. It has been posited that humans have an innate attraction towards effort minimization and that executive control is required to overcome this prepotent disposition. With sedentary behaviors increasing at the cost of millions of dollars spent in health care and productivity losses due to physical inactivity-related deaths, understanding the predictors of sedentary behaviors will improve future intervention development and precision medicine approaches. In 64 healthy older adults participating in a 6-month aerobic exercise intervention, we use neuroimaging (resting state functional connectivity), baseline measures of executive function and accelerometer measures of time spent sedentary to predict future changes in objectively measured time spent sedentary in daily life. Using cross-validation and bootstrap resampling, our results demonstrate that functional connectivity between 1) the anterior cingulate cortex and the supplementary motor area and 2) the right anterior insula and the left temporoparietal/temporooccipital junction, predict changes in time spent sedentary, whereas baseline cognitive, behavioral and demographic measures do not. Previous research has shown activation in and between the anterior cingulate and supplementary motor area as well as in the right anterior insula during effort avoidance and tasks that integrate motor costs and reward benefits in effort-based decision making. Our results add important knowledge toward understanding mechanistic associations underlying complex sedentary behaviors.