Among younger adults, the ability to willfully regulate negative affect, enabling effective responses to stressful experiences, engages regions of prefrontal cortex (PFC) and the amygdala. Because regions of PFC and the amygdala are known to influence the hypothalamic-pituitary-adrenal axis, here we test whether PFC and amygdala responses during emotion regulation predict the diurnal pattern of salivary cortisol secretion. We also test whether PFC and amygdala regions are engaged during emotion regulation in older (62- to 64-year-old) rather than younger individuals. We measured brain activity using functional magnetic resonance imaging as participants regulated (increased or decreased) their affective responses or attended to negative picture stimuli. We also collected saliva samples for 1 week at home for cortisol assay. Consistent with previous work in younger samples, increasing negative affect resulted in ventral lateral, dorsolateral, and dorsomedial regions of PFC and amygdala activation. In contrast to previous work, decreasing negative affect did not produce the predicted robust pattern of higher PFC and lower amygdala activation. Individuals demonstrating the predicted effect (decrease < attend in the amygdala), however, exhibited higher signal in ventromedial prefrontal cortex (VMPFC) for the same contrast. Furthermore, participants displaying higher VMPFC and lower amygdala signal when decreasing compared with the attention control condition evidenced steeper, more normative declines in cortisol over the course of the day. Individual differences yielded the predicted link between brain function while reducing negative affect in the laboratory and diurnal regulation of endocrine activity in the home environment.

Although depressed mood is a normal occurrence in response to adversity in all individuals, what distinguishes those who are vulnerable to major depressive disorder (MDD) is their inability to effectively regulate negative mood when it arises. Investigating the neural underpinnings of adaptive emotion regulation and the extent to which such processes are compromised in MDD may be helpful in understanding the pathophysiology of depression. We report results from a functional magnetic resonance imaging study demonstrating left-lateralized activation in the prefrontal cortex (PFC) when downregulating negative affect in nondepressed individuals, whereas depressed individuals showed bilateral PFC activation. Furthermore, during an effortful affective reappraisal task, nondepressed individuals showed an inverse relationship between activation in left ventrolateral PFC and the amygdala that is mediated by the ventromedial PFC (VMPFC). No such relationship was found for depressed individuals, who instead show a positive association between VMPFC and amygdala. Pupil dilation data suggest that those depressed patients who expend more effort to reappraise negative stimuli are characterized by accentuated activation in the amygdala, insula, and thalamus, whereas nondepressed individuals exhibit the opposite pattern. These findings indicate that a key feature underlying the pathophysiology of major depression is the counterproductive engagement of right prefrontal cortex and the lack of engagement of left lateral-ventromedial prefrontal circuitry important for the downregulation of amygdala responses to negative stimuli.

Abstract Evidence suggests that empathy and emotion regulation may be related, but few studies have directly investigated this relationship. Here we report two experiments which examined: 1) how different components of empathy (cognitive & affective) relate to the habitual use of cognitive reappraisal to regulate emotions (N=220), and 2) how these components of empathy relate to implicit reappraisal in a context-framing task (N=92). In study 1, a positive correlation between cognitive empathy and reappraisal use was observed. Affective empathy showed no relationship with reappraisal use. In study 2, participants completed an implicit reappraisal task in which previously viewed negative images were paired with either a neutralising (intended to reduce negative emotionality) or descriptive (which simply described the image) framing sentence. Participants then reported how unpleasant/pleasant each image made them feel. In contrast to study 1, a positive correlation between affective empathy and the implicit reappraisal task metric (rating of neutralising–descriptive framing conditions) was observed. There was no relationship between cognitive empathy and implicit reappraisal. These findings suggest that both components of empathy are related to reappraisal, but in different ways: Cognitive empathy is related to more deliberate use of reappraisal, while affective empathy is associated with more implicit reappraisal processes.

Abstract Curiosity – the intrinsic desire to know – is a concept central to the human mind and knowledge acquisition. Experimental studies on information-seeking have found that curiosity facilitates memory encoding and exhibits similar reward,ng properties as extrinsic rewards/incentives by eliciting a dopaminergic response. However, it is not clear whether these findings hold with more naturalistic dynamic stimuli and how the joint effect of curiosity and extrinsic incentive manifests in learning and neural activation patterns. Herein, we presented participants with videos of magic tricks across two behavioural (N 1 = 77, N 2 = 78) and one fMRI study (N = 50) and asked them to rate subjective feelings of curiosity, while also performing a judgement task that was incentivised for the half of participants. Incidental memory for the magic trick was tested a week later. The integrated results showed that both curiosity and availability of extrinsic incentives enhanced encoding but did not interact with each other. However, exploratory analyses showed that curiosity and monetary incentives were associated with recollection and familiarity differently, suggesting the involvement of different encoding mechanisms. Analysis of the fMRI data using the intersubject synchronisation framework showed that, while the effects of curiosity on memory were located in the hippocampus and dopaminergic brain areas, neither the effects of curiosity nor incentives themselves were found in the often-implicated reward network, but instead were associated with cortical areas involved in processing uncertainly and attention. These results suggest that curiosity recruits broader brain networks than what was implicated in the previous literature when investigated with dynamic stimuli.

Extinction-resistant threat is considered to be a central feature of pathological anxiety. Reduced threat extinction is observed in individuals with high intolerance of uncertainty (IU). Here we sought to determine whether contingency instructions could alter the course threat extinction for individuals high in IU. We tested this hypothesis in two identical experiments (Exp 1 n = 60, Exp 2 n = 82) where we recorded electrodermal activity during threat acquisition with partial reinforcement, and extinction. Participants were split into groups based on extinction instructions (instructed, uninstructed) and IU score (low, high). All groups displayed larger skin conductance responses to learned threat versus safety cues during threat acquisition, indicative of threat conditioning. In both experiments, only the uninstructed high IU groups displayed larger skin conductance responses to the learned threat versus safety cue during threat extinction. These findings suggest that uncertain threat during extinction maintains conditioned responding in individuals high in IU.

Recent evidence suggests that individual differences in intolerance of uncertainty (IU) are associated with disrupted threat extinction. However, it is unknown what maintains the learned threat association in high IU individuals: is it the experienced uncertainty during extinction or the combination of experienced uncertainty with potential threat during extinction? Here we addressed this question by running two independent experiments with uncertain auditory stimuli that varied in threat level (Experiment 1, aversive human scream (n = 30); Experiment 2, benign tone (n = 47) and mildly aversive tone (n = 49)). During the experiments, we recorded skin conductance responses and subjective ratings to the learned cues during acquisition and extinction. In experiment 1, high IU was associated with heightened skin conductance responding to the learned threat vs. safe cue during extinction. In experiment 2, high IU was associated only with larger skin conductance responding to the learned cues with threatening properties during extinction i.e. mildly aversive tone. These findings suggest that uncertainty in combination with threat, even when mild, disrupts extinction in high IU individuals. Such findings help us understand the link between IU and threat extinction, and its relevance to anxiety disorder pathology.

The ability to learn and reverse threat associations is crucial for survival. The extent to which old threat associations are inhibited and new threat associations are formed may depend on sensitivity to future threat uncertainty. To assess the extent to which Intolerance of Uncertainty (IU) predicts threat learning and reversal, we recorded expectancy ratings and skin conductance in 44 healthy participants during an associative learning paradigm, where threat and safety contingencies were reversed. During acquisition and reversal, we observed larger SCR magnitude and expectancy ratings for threat vs. safety cues. However, during reversal higher IU was associated with larger SCR magnitude to new threat vs. new safety cues, compared to lower IU. These results were specific to IU-related variance, over shared variance with trait anxiety (STAIX-2). Overall, these findings suggest that individuals high in IU are able to reverse threat and safety associations in the presence of direct threat. Such findings help us understand the recently revealed link between IU and threat extinction, where direct threat is absent. Moreover, these findings highlight the potential relevance of IU in clinical intervention and treatment for anxiety disorders.

Abstract The Neurovisceral Integration Model posits that shared neural networks support the effective regulation of emotions and heart rate, with heart rate variability (HRV) serving as an objective, peripheral index of prefrontal inhibitory control. Prior neuroimaging studies have predominantly examined both HRV and associated neural functional connectivity at rest, as opposed to contexts that require active emotion regulation. The present study sought to extend upon previous resting-state functional connectivity findings, examining HRV and corresponding amygdala functional connectivity during a cognitive reappraisal task. Seventy adults (52 old and 18 young adults, 18-84 years, 51% male) received instructions to cognitively reappraise negative and neutral affective images during functional MRI scanning. HRV measures were derived from a finger pulse signal throughout the scan. During the task, young adults exhibited a significant inverse association between HRV and amygdala-medial prefrontal cortex (mPFC) functional connectivity, in which higher HRV was correlated with weaker amygdala-mPFC coupling, whereas old adults displayed a slight positive, albeit non-significant correlation. Furthermore, voxelwise whole-brain functional connectivity analyses showed that higher HRV was linked to weaker right amygdala-posterior cingulate cortex connectivity across old and young adults, and in old adults, higher HRV positively correlated with stronger right amygdala – right ventrolateral prefrontal cortex connectivity. Collectively, these findings highlight the importance of assessing HRV and neural functional connectivity during active regulatory contexts to further identify neural concomitants of HRV and adaptive emotion regulation.

Abstract Measures of intrinsic brain function at rest show promise as predictors of cognitive decline in humans, including EEG metrics such as individual alpha peak frequency (IAPF) and the aperiodic exponent, reflecting the strongest frequency of alpha oscillations and the relative balance of excitatory:inhibitory neural activity, respectively. Both IAPF and the aperiodic exponent decrease with age and have been associated with worse executive function and working memory. However, few studies have jointly examined their associations with cognitive function, and none have examined their association with longitudinal cognitive decline rather than cross-sectional impairment. In a preregistered secondary analysis of data from the longitudinal Midlife in the United States (MIDUS) study, we tested whether IAPF and aperiodic exponent measured at rest predict cognitive function ( N = 234; age at EEG recording M = 54.86, SD = 10.76) over 10 years. The IAPF and the aperiodic exponent interacted to predict decline in overall cognitive ability, even after controlling for age, sex, education, and lag between data collection timepoints. Post-hoc tests showed that “mismatched” IAPF and aperiodic exponents (e.g., higher exponent with lower IAPF) predicted greater cognitive decline compared to “matching” IAPF and aperiodic exponents (e.g., higher exponent with higher IAPF; lower IAPF with lower aperiodic exponent). These effects were largely driven by measures of executive function. Our findings provide the first evidence that IAPF and the aperiodic exponent are joint predictors of cognitive decline from midlife into old age and thus may offer a useful clinical tool for predicting cognitive risk in aging. Significance Statement Measures of intrinsic brain function at rest assessed noninvasively from the scalp using electroencephalography (EEG) show promise as predictors of cognitive decline in humans. Using data from 234 participants from the Midlife in the United States (MIDUS) longitudinal study, we found two resting EEG markers (individual peak alpha frequency and aperiodic exponent) interacted to predict cognitive decline over a span of 10 years. Follow-up analyses revealed that “mismatched” markers (i.e., high in one and low in the other) predicted greater cognitive decline compared to “matching” markers. Because of the low cost and ease of collecting EEG data at rest, the current research provides evidence for possible scalable clinical applications for identifying individuals at risk for accelerated cognitive decline.

Abstract Heightened responding to uncertain threat is considered a hallmark of anxiety disorder pathology. Here, we sought to determine if individual differences in self-reported intolerance of uncertainty (IU), a key transdiagnostic dimension in anxiety-related pathology, underlies differential recruitment of neural circuitry during instructed outcome uncertainty of threat ( n = 42). In an instructed threat of shock task, cues signalled uncertain threat of shock (50%) or certain safety from shock outcomes. Ratings of arousal and valence, skin conductance response (SCR) and functional magnetic resonance imaging were acquired. Overall, participants displayed greater ratings of arousal and negative valence, SCR, and amygdala activation to uncertain threat vs. safe cues. IU was not associated with greater arousal ratings, SCR or amygdala activation to uncertain threat vs. safe cues. However, we found that high IU was associated with greater ratings of negative valence and greater activity in the medial prefrontal cortex and dorsomedial rostral prefrontal cortex to uncertain threat vs safe cues. These findings suggest that during instructed outcome uncertainty of threat, individuals high in IU rate uncertain threat as aversive and engage prefrontal cortical regions known to be involved in safety-signalling and conscious threat appraisal. Taken together, these findings highlight the potential of IU in modulating safety-signalling and conscious appraisal mechanisms in situations with instructed outcome uncertainty of threat, which may be relevant to models of anxiety-related pathology.