Abstract COVID-19 pandemic is a global calamity posing an unprecedented opportunity to study resilience. We developed a brief resilience survey probing self-reliance, emotion-regulation, interpersonal-relationship patterns and neighborhood-environment, and applied it online during the acute COVID-19 outbreak (April 6–15, 2020), on a crowdsourcing research website ( www.covid19resilience.org ) advertised through social media. We evaluated level of stress (worries) regarding COVID-19: (1) contracting, (2) dying from, (3) currently having, (4) family member contracting, (5) unknowingly infecting others with (6) experiencing significant financial burden following. Anxiety (GAD7) and depression (PHQ2) were measured. Totally, 3042 participants ( n = 1964 females, age range 18–79, mean age = 39) completed the resilience and COVID-19-related stress survey and 1350 of them (mean age = 41, SD = 13; n = 997 females) completed GAD7 and PHQ2. Participants significantly endorsed more distress about family contracting COVID-19 (48.5%) and unknowingly infecting others (36%), than getting COVID-19 themselves (19.9%), p < 0.0005 covarying for demographics and proxy COVID-19 exposures like getting tested and knowing infected individuals. Patterns of COVID-19 related worries, rates of anxiety (GAD7 > 10, 22.2%) and depression (PHQ2 > 2, 16.1%) did not differ between healthcare providers and non-healthcare providers. Higher resilience scores were associated with lower COVID-19 related worries (main effect F 1,3054 = 134.9; p < 0.00001, covarying for confounders). Increase in 1 SD on resilience score was associated with reduced rate of anxiety (65%) and depression (69%), across healthcare and non-healthcare professionals. Findings provide empirical evidence on mental health associated with COVID-19 outbreak in a large convenience sample, setting a stage for longitudinal studies evaluating mental health trajectories following COVID-19 pandemic.

Low socioeconomic status (L-SES) and the experience of traumatic stressful events (TSEs) are environmental factors implicated in behavioral deficits, abnormalities in brain development, and accelerated maturation. However, the relative contribution of these environmental factors is understudied.To compare the association of L-SES and TSEs with psychopathology, puberty, neurocognition, and multimodal neuroimaging parameters in brain maturation.The Philadelphia Neurodevelopmental Cohort is a community-based study examining psychopathology, neurocognition, and neuroimaging among participants recruited through the Children's Hospital of Philadelphia pediatric network. Participants are youths aged 8 to 21 years at enrollment with stable health and fluency in English. The sample of 9498 participants was racially (5298 European ancestry [55.8%], 3124 African ancestry [32.9%], and 1076 other [11.4%]) and economically diverse. A randomly selected subsample (n = 1601) underwent multimodal neuroimaging. Data were collected from November 5, 2009, through December 30, 2011, and analyzed from February 1 through November 7, 2018.The following domains were examined: (1) clinical, including psychopathology, assessed with a structured interview based on the Schedule for Affective Disorders and Schizophrenia for School-Age Children, and puberty, assessed with the Tanner scale; (2) neurocognition, assessed by the Penn Computerized Neurocognitive Battery; and (3) multimodal magnetic resonance imaging parameters of brain structure and function.A total of 9498 participants were included in the analysis (4906 [51.7%] female; mean [SD] age, 14.2 [3.7] years). Clinically, L-SES and TSEs were associated with greater severity of psychiatric symptoms across the psychopathology domains of anxiety/depression, fear, externalizing behavior, and the psychosis spectrum. Low SES showed small effect sizes (highest for externalizing behavior, 0.306 SD; 95% CI, 0.269 to 0.342), whereas TSEs had large effect sizes, with the highest in females for anxiety/depression (1.228 SD; 95% CI, 1.156 to 1.300) and in males for the psychosis spectrum (1.099 SD; 95% CI, 1.032 to 1.166). Both were associated with early puberty. Cognitively, L-SES had moderate effect sizes on poorer performance, the greatest being on complex cognition (-0.500 SD 95% CI, -0.536 to -0.464), whereas TSEs were associated with slightly better memory (0.129 SD; 95% CI, 0.084 to 0.174) and poorer complex reasoning (-0.109 SD; 95% CI, -0.154 to -0.064). Environmental factors had common and distinct associations with brain structure and function. Structurally, both were associated with lower volume, but L-SES had correspondingly lower gray matter density, whereas TSEs were associated with higher gray matter density. Functionally, both were associated with lower regional cerebral blood flow and coherence and with accelerated brain maturation.Low SES and TSEs are associated with common and unique differences in symptoms, neurocognition, and structural and functional brain parameters. Both environmental factors are associated with earlier completion of puberty by physical features and brain parameters. These findings appear to underscore the need for identifying and preventing adverse environmental conditions associated with neurodevelopment.

Abstract Individual differences in cognition during childhood are associated with important social, physical, and mental health outcomes in adolescence and adulthood. Given that cortical surface arealization during development reflects the brain’s functional prioritization, quantifying variation in the topography of functional brain networks across the developing cortex may provide insight regarding individual differences in cognition. We test this idea by defining personalized functional networks (PFNs) that account for interindividual heterogeneity in functional brain network topography in 9-10 year olds from the Adolescent Brain Cognitive Development SM Study. Across matched discovery (n=3,525) and replication (n=3,447) samples, the total cortical representation of fronto-parietal PFNs positively correlated with general cognition. Cross-validated ridge regressions trained on PFN topography predicted cognition across domains, with prediction accuracy increasing along the cortex’s sensorimotor-association organizational axis. These results establish that functional network topography heterogeneity is associated with individual differences in cognition before the critical transition into adolescence.

Abstract Polygenic scores (PGS) are commonly evaluated in terms of their predictive accuracy at the population level by the proportion of phenotypic variance they explain. To be useful for precision medicine applications, they also need to be evaluated at the individual patient level when phenotypes are not necessarily already known. Hence, we investigated the stability of PGS in European-American (EUR)- and African-American (AFR)-ancestry individuals from the Philadelphia Neurodevelopmental Cohort (PNC) and the Adolescent Brain Cognitive Development (ABCD) cohort using different discovery GWAS for post-traumatic stress disorder (PTSD), type-2 diabetes (T2D), and height. We found that pairs of EUR-ancestry GWAS for the same trait had genetic correlations > 0.92. However, PGS calculated from pairs of sameancestry and different-ancestry GWAS had correlations that ranged from <0.01 to 0.74. PGS stability was higher for GWAS that explained more of the trait variance, with height PGS being more stable than PTSD or T2D PGS. Focusing on the upper end of the PGS distribution, different discovery GWAS do not consistently identify the same individuals in the upper quantiles, with the best case being 60% of individuals above the 80 th percentile of PGS overlapping from one height GWAS to another. The degree of overlap decreases sharply as higher quantiles, less heritable traits, and different-ancestry GWAS are considered. PGS computed from different discovery GWAS have only modest correlation at the level of the individual patient, underscoring the need to proceed cautiously with integrating PGS into precision medicine applications.

ABSTRACT Our minds and brains are highly unique. Despite the long-recognized importance of the environment in shaping individual differences in cognitive neurodevelopment, only with the combination of deep phenotyping approaches and the availability of large-scale datasets have we been able to more comprehensively characterize the many inter-connected features of an individual’s environment and experience (“exposome”). Moreover, despite clear evidence that brain organization is highly individualized, most neuroimaging studies still rely on group atlases to define functional networks, smearing away inter-individual variation in the spatial layout of functional networks across the cortex (“functional topography”). Here, we leverage the largest longitudinal study of brain and behavior development in the United States to investigate how an individual’s exposome may contribute to functional brain network organization leading to differences in cognitive functioning. To do so, we apply three previously-validated data driven computational models to characterize an individual’s multidimensional exposome, define individual-specific maps of functional brain networks, and measure cognitive functioning across broad domains. In pre-registered analyses replicated across matched discovery ( n =5,139, 48.5% female) and replication ( n =5,137, 47.1% female) samples, we find that a child’s exposome is associated with multiple domains of cognitive functioning both at baseline assessment and two years later – over and above associations with baseline cognition. Cross-validated ridge regression models reveal that the exposome is reflected in children’s unique patterns of functional topography. Finally, we uncover both shared and unique contributions of the exposome and functional topography to cognitive abilities, finding that models trained on a single variable capturing a child’s exposome can more accurately and parsimoniously predict future cognitive performance than models trained on a wealth of personalized neuroimaging data. This study advances our understanding of how childhood environments contribute to unique patterns of functional brain organization and variability in cognitive abilities.

Suicide is the third-leading cause of death among US adolescents. Environmental and lifestyle factors influence suicidal behavior and can inform risk classification, yet quantifying and incorporating them in risk assessment presents a significant challenge for reproducibility and clinical translation.

Childhood externalizing psychopathology is heterogeneous. Symptom variability in conduct disorder (CD), oppositional defiant disorder (ODD), attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD), and callous-unemotional (CU) traits designate different subgroups of children with externalizing problems who have specific treatment needs. However, CD, ODD, ADHD, and CU traits are highly comorbid. Studies need to generate insights into shared versus unique risk mechanisms, including through the use of functional magnetic resonance imaging (fMRI). In this study, we tested whether symptoms of CD, ODD, ADHD, and CU traits were best represented within a bifactor framework, simultaneously modeling shared (i.e., general externalizing problems) and unique (i.e., symptom-specific) variance, or through a four-correlated factor or second-order factor model. Participants (

This viewpoint discusses the benefits of the exposome and the reasons it should be used to understand pediatric health disparities.

ABSTRACT Low socioeconomic status has been shown to have detrimental effects on cognitive performance, including working memory (WM). As executive systems that support WM undergo functional neurodevelopment during adolescence, environmental stressors at both individual and community levels may have a particularly strong impact on cognitive outcomes. Here, we sought to examine how neighborhood socioeconomic status (SES) impacts task-related activation of the executive system during adolescence, and to determine whether this effect mediates the relationship between neighborhood SES and WM performance. To address these questions, we studied 1,158 youths (age 8-22) that completed a fractal n -back WM task during fMRI at 3T as part of the Philadelphia Neurodevelopmental Cohort. We found that higher neighborhood SES was associated with greater activation of the executive system to WM load, including the bilateral dorsolateral prefrontal cortex, posterior parietal cortex, and precuneus. These associations remained significant when controlling for related factors like parental education and exposure to traumatic events. Furthermore, high dimensional multivariate mediation analysis identified two distinct patterns of brain activity within the executive system that significantly mediated the relationship between neighborhood SES and task performance. Together, these findings underscore the importance of the neighborhood environment in shaping executive system function and WM in youth.