Abstract Digitized neuroanatomical atlases are crucial for localizing brain structures and analyzing functional networks identified by magnetic resonance imaging (MRI). To aid in MRI data analysis, we have created a comprehensive parcellation of the rhesus macaque subcortex using a high-resolution ex vivo structural imaging scan. The structural scan and its parcellation were warped to the updated NIMH Macaque Template (NMT v2), an in vivo population template, where the parcellation was refined to produce the Subcortical Atlas of the Rhesus Macaque (SARM). The subcortical parcellation and nomenclature reflect those of the 4 th edition of the Rhesus Monkey Brain in Stereotaxic Coordinates (RMBSC4; Paxinos et al., in preparation). The SARM features six parcellation levels, arranged hierarchically from fine regions-of-interest (ROIs) to broader composite regions, suited for fMRI studies. As a test, we ran a functional localizer for the dorsal lateral geniculate (DLG) nucleus in three macaques and found significant fMRI activation in this atlas region. The SARM has been made openly available to the neuroimaging community and can easily be used with common MR data processing software, such as AFNI, where the atlas can be embedded into the software alongside cortical macaque atlases. Highlights We present the Subcortical Atlas of the Rhesus Macaque (SARM). SARM provides a neuroanatomical reference frame for neuroimaging analysis. The entire subcortex is mapped, including the thalamus, basal ganglia, and brainstem. ROIs are grouped hierarchically, making SARM useful at multiple spatial resolutions. SARM is in the NMT v2 template space and complements the CHARM atlas for the cortex.

Abstract The pleasurable urge to move to music (PLUMM) elicits activity in motor and reward areas of the brain and is thought to be driven by predictive processes. Dopamine within motor and limbic cortico-striatal networks is implicated in the predictive processes underlying beat-based timing and music-induced pleasure, respectively. This suggests a central role of cortico-striatal dopamine in PLUMM. This study tested this hypothesis by comparing PLUMM in Parkinson’s disease patients, healthy age-matched, and young controls. Participants listened to musical sequences with varying rhythmic and harmonic complexity (low, medium, high), and rated their experienced pleasure and urge to move to the rhythm. In line with previous results, healthy younger participants showed an inverted U-shaped relation between rhythmic complexity and ratings, with a preference for medium complexity rhythms, while age-matched controls showed a similar, but weaker, inverted U-shaped response. Conversely, PD patients showed a significantly flattened response for both the urge to move and pleasure. Crucially, this flattened response could not be attributed to differences in rhythm discrimination and did not reflect an overall decrease in ratings. Together, these results support the role of dopamine within cortico-striatal networks in the predictive processes that form the link between the perceptual processing of rhythmic patterns, and the affective and motor responses to rhythmic music.

Abstract Brackground Current treatments for Alzheimer’s disease (AD) have a limited clinical response and methods, such as repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), are being studied as possible treatments for the clinical symptoms with positive results. However, there is still seldom information on the type of rTMS protocols that deliver the best clinical improvement in AD. Objetive To compare the clinical response between a simple stimulation protocol on the left dorsolateral prefrontal cortex (lDLPFC) against a complex protocol using six regions of interest. Methods 19 participants were randomized to receive any of the protocols. The analysis of repeated measures evaluated the change. Results Both protocols were equally proficient at improving cognitive function, behavior and functionality after 3 weeks of treatment, and the effects were maintained for 4 weeks more without treatment. Conclusion We suggest rTMS on the lDLPFC could be enough to provide a clinical response, and the underlying mechanisms should be studied.

Listening to self-chosen, pleasant and relaxing music reduces pain in fibromyalgia (FM), a chronic central pain condition. However, the neural correlates of this effect are fairly unknown and could be regarded as a more direct measure of analgesia. In our study, we wished to investigate the neural correlates of music-induced analgesia (MIA) in fibromyalgia patients. To do this, we studied 20 FM patients and 20 matched healthy controls (HC) acquiring rs-fMRI with a 3T MRI scanner and pain data before and after two 5-min auditory conditions: music and noise. We performed resting state functional connectivity (rs-FC) seed-based correlation analyses (SCA) using pain and analgesia-related ROIs to determine the effects before and after the music intervention in FM and HC, and its correlation with pain reports. We found significant differences in baseline rs-FC between FM and HC. Both groups showed changes in rs-FC in several ROIs after the music condition between different areas, that were left lateralized in FM and right lateralized in HC. FM patients reported MIA that was significantly correlated with rs-FC decrease between the angular gyrus, posterior cingulate cortex and precuneus, and rs-FC increase between amygdala and middle frontal gyrus. These areas are related to autobiographical and limbic processes, and auditory attention, suggesting MIA may arise as a consequence of top-down modulation, probably originated by distraction, relaxation, positive emotion, or a combination of these mechanisms.

Abstract Anticipation of trust from a partner with high social closeness generates the preconditions for cooperative and reciprocal interactions to occur. However, if there is uncertainty in the interaction because the partner is a stranger or because the person has mistrusted us on another occasion, an aversive experience is generated. Hence, low social closeness or mistrust makes people keep track of the other’s behavior. In case of experiencing deviations from social norms, the person will monitor the intentions of the partner and update their priors regarding their social preferences. The anterior insula (AIns) seems to be sensitive to these social norm violations in functional magnetic resonance imaging (fMRI) experiments, however, the monitoring of partners with different levels of social closeness has not been investigated. In our study we wanted to find the brain regions related to (dis)trust anticipation from partners who differ in their level of social closeness. For this, we designed an experiment in which participants played an economic decision game with three people (trustors): A computer, a stranger, and a real friend. We covertly manipulated their decisions in the game so that they unexpectedly distrusted our participants. Using task-fMRI, our whole-brain analysis found that the AIns was active during the anticipation of the decisions from human partners (humans vs computer), but not during anticipation between high and low social closeness (friend vs stranger). However, using a psychophysiological interaction analysis, we found increases in functional coupling between the AIns and regions in the “mentalizing” network (such as temporal regions and parieto-occipital cortices) during trust anticipation between a high versus low social closeness partner. These results suggest that there may be a modulation of the AIns activity, specifically for high social closeness trustors, by regions that encode the intentions underlying the truster behavior.

Abstract Task-free functional connectivity in animal models provides an experimental framework to examine connectivity phenomena under controlled conditions and allows comparison with invasive or terminal procedures. To date, animal acquisitions are performed with varying protocols and analyses that hamper result comparison and integration. We introduce StandardRat , a consensus rat functional MRI acquisition protocol tested across 20 centers. To develop this protocol with optimized acquisition and processing parameters, we initially aggregated 65 functional imaging datasets acquired in rats from 46 centers. We developed a reproducible pipeline for the analysis of rat data acquired with diverse protocols and determined experimental and processing parameters associated with a more robust functional connectivity detection. We show that the standardized protocol enhances biologically plausible functional connectivity patterns, relative to pre-existing acquisitions. The protocol and processing pipeline described here are openly shared with the neuroimaging community to promote interoperability and cooperation towards tackling the most important challenges in neuroscience.

Abstract Neuromodulation interventions, such as Deep Brain Stimulation (DBS) and repeated transcranial magnetic stimulation (rTMS), are proposed as possible new complementary therapies to treat substance use disorders (SUD) such as alcohol use disorder (AUD). It is hypothesized that neuromodulation may induce neural plasticity in the reward and frontostriatal systems via electrical field induction, possibly reducing symptoms. Preclinical self-administration rodent models of AUD may help us gain insight into the effects of neuromodulation therapies on different pathology, as well as the neural mechanisms behind the positive effects. DBS, or any type of brain stimulation using intracranial electrodes in rodents, would benefit from the use of MRI to study the longitudinal effects and mechanisms of stimulation as well as novel targets, as it is a non-invasive technique that allows the analysis of structural and functional changes in the brain. To do this, there is a need for MRI-compatible electrodes that allow for MRI acquisition with minimal distortion of the magnetic field. In this protocol, we present a method for the construction and surgery of chronically implantable monopolar carbon electrodes for use in rats. Unlike conventional electrodes, carbon electrodes are resistant to high temperatures, flexible, and generate fewer artifacts in MRI compared to conventional ones. We validated its use by using a focal electrical stimulation high-frequency (20 Hz) protocol that lasted ~10 sessions. We propose that this technique can also be used for the research of the neurophysiological bases of the neuromodulatory treatment in other preclinical substance use disorders (SUD) models.

Abstract Substance use disorders (SUDs) are characterized by a compulsion to seek and consume one or more substances of abuse, with a perceived loss of control and negative emotional state. Repeated use of a substance results in synaptic and morphological changes, secondary to toxicity and SUD pathology in the dopamine striato-thalamo-cortical and limbic pathways. These neuroadaptations seem to vary between studies, which could be related to divergent effects of substances, consumption severity or other unknown factors. We therefore identified studies investigating the effects of SUDs using volumetric whole-brain voxel-based morphometry (VBM) in gray (GM) and white matter (WM). We performed a systematic review and meta-analysis of VBM studies using the anatomic likelihood estimation (ALE) method implemented in GingerALE (PROSPERO pre-registration CRD42017071222 ). Fifty studies met inclusion criteria and were included in the final quantitative meta-analysis, with a total of 538 foci, 88 experiments and 4370 participants. We found convergence and divergence in brain regions and volume effects (higher vs lower volume) in GM and WM depending on the severity of consumption pattern and type of substance. Convergent pathology was evident across substances in GM of the insula, anterior cingulate cortex, putamen, and thalamus, and in WM of the thalamic radiation and internal capsule bundle. Divergent pathology between occasional use (cortical pathology) and addiction (cortical-subcortical pathology) provides evidence of a possible top-down neuroadaptation. Our findings indicate distinctive brain morphometry alterations in SUDs, which may inform our understanding of disease progression and ultimately therapeutic approaches.

The striatum and thalamus are subcortical structures intimately involved in addiction. The morphology and microstructure of these have been studied in murine models of cocaine addiction, showing an effect of drug use, but also chronological age in morphology. Human studies using non-invasive MRI have shown inconsistencies in volume changes, and have also shown an age effect. In this exploratory study, we used MRI-based volumetric and novel shape analysis, as well as a novel fast diffusion kurtosis imaging sequence to study the morphology and microstructure of striatum and thalamus in crack cocaine addiction (CA) compared to matched healthy controls (HC), while investigating the effect of age and years of cocaine consumption. We did not find significant differences in volume and mean kurtosis (MKT) between groups. However, we found significant contraction of nucleus accumbens in CA compared to HC. We also found significant age related changes in volume and MKT of CA in striatum and thalamus that are different to those seen in normal aging. Interestingly, we found different effects and contributions of age and years of consumption in volume, displacement and MKT changes, suggesting each measure provides different but complementing information about morphological brain changes and that not all changes are related to the toxicity or the addiction to the drug. Our findings suggest that the use of finer methods and sequences provide complementing information about morphological and microstructural changes in cocaine addiction, and that brain alterations in cocaine addiction are related cocaine use and age differently.