Connectivity Map of the Brain The growing appreciation that clinically abnormal behaviors in children and adolescents may be influenced or perhaps even initiated by developmental miscues has stoked an interest in mapping normal human brain maturation. Several groups have documented changes in gray and white matter using structural and functional magnetic resonance imaging (fMRI) in cross-sectional and longitudinal studies. Dosenbach et al. (p. 1358 ) developed an index of resting-state functional connectivity (that is, how tightly neuronal activities in distinct brain regions are correlated while the subject is at rest or even asleep) from analyses of three independent data sets (each based on fMRI scans of 150 to 200 individuals from ages 6 to 35 years old). Long-range connections increased with age and short-range connections decreased, indicating that networks become sparser and sharper with brain maturation.

Brain enlargement has been observed in children with autism spectrum disorder (ASD), but the timing of this phenomenon, and the relationship between ASD and the appearance of behavioural symptoms, are unknown. Retrospective head circumference and longitudinal brain volume studies of two-year olds followed up at four years of age have provided evidence that increased brain volume may emerge early in development. Studies of infants at high familial risk of autism can provide insight into the early development of autism and have shown that characteristic social deficits in ASD emerge during the latter part of the first and in the second year of life. These observations suggest that prospective brain-imaging studies of infants at high familial risk of ASD might identify early postnatal changes in brain volume that occur before an ASD diagnosis. In this prospective neuroimaging study of 106 infants at high familial risk of ASD and 42 low-risk infants, we show that hyperexpansion of the cortical surface area between 6 and 12 months of age precedes brain volume overgrowth observed between 12 and 24 months in 15 high-risk infants who were diagnosed with autism at 24 months. Brain volume overgrowth was linked to the emergence and severity of autistic social deficits. A deep-learning algorithm that primarily uses surface area information from magnetic resonance imaging of the brain of 6-12-month-old individuals predicted the diagnosis of autism in individual high-risk children at 24 months (with a positive predictive value of 81% and a sensitivity of 88%). These findings demonstrate that early brain changes occur during the period in which autistic behaviours are first emerging.

SUMMARY Primary motor cortex (M1) has been thought to form a continuous somatotopic homunculus extending down precentral gyrus from foot to face representations 1,2 . The motor homunculus has remained a textbook pillar of functional neuroanatomy, despite evidence for concentric functional zones 3 and maps of complex actions 4 . Using our highest precision functional magnetic resonance imaging (fMRI) data and methods, we discovered that the classic homunculus is interrupted by regions with sharpy distinct connectivity, structure, and function, alternating with effector-specific (foot, hand, mouth) areas. These inter-effector regions exhibit decreased cortical thickness and strong functional connectivity to each other, and to prefrontal, insular, and subcortical regions of the Cingulo-opercular network (CON), critical for executive action 5 and physiological control 6 , arousal 7 , and processing of errors 8 and pain 9 . This interdigitation of action control-linked and motor effector regions was independently verified in the three largest fMRI datasets. Macaque and pediatric (newborn, infant, child) precision fMRI revealed potential cross-species analogues and developmental precursors of the inter-effector system. An extensive battery of motor and action fMRI tasks documented concentric somatotopies for each effector, separated by the CON-linked inter-effector regions. The inter-effector regions lacked movement specificity and co-activated during action planning (coordination of hands and feet), and axial body movement (e.g., abdomen, eyebrows). These results, together with prior work demonstrating stimulation-evoked complex actions 4 and connectivity to internal organs (e.g., adrenal medulla) 10 , suggest that M1 is punctuated by an integrative system for implementing whole-body action plans. Thus, two parallel systems intertwine in motor cortex to form an integrate-isolate pattern: effector-specific regions (foot, hand, mouth) for isolating fine motor control, and a mind-body interface (MBI) for the integrative whole-organism coordination of goals, physiology, and body movement.

Children with autism spectrum disorder (ASD) and intellectual disability (ID) often cannot tolerate wearing spectacles or contact lenses, which are the standard of care for treating ametropia.