Retrieval of recently acquired declarative memories depends on the hippocampus, but with time, retrieval is increasingly sustainable by neocortical representations alone. This process has been conceptualized as system-level consolidation. Using functional magnetic resonance imaging, we assessed over the course of three months how consolidation affects the neural correlates of memory retrieval. The duration of slow-wave sleep during a nap/rest period after the initial study session and before the first scan session on day 1 correlated positively with recognition memory performance for items studied before the nap and negatively with hippocampal activity associated with correct confident recognition. Over the course of the entire study, hippocampal activity for correct confident recognition continued to decrease, whereas activity in a ventral medial prefrontal region increased. These findings, together with data obtained in rodents, may prompt a revision of classical consolidation theory, incorporating a transfer of putative linking nodes from hippocampal to prelimbic prefrontal areas.

The aim of the current study was to attempt to replicate the finding that the individual alpha frequency (IAF) as well as the absolute difference between IAF and 10 Hz stimulation frequency (IAF-prox) is related to treatment outcome. Correlations were performed to investigate the relationship between IAF-prox and percentage symptom improvement in a sample of 153 patients with major depressive disorder treated with 10 Hz (N = 59) to the left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) or 1 Hz (N = 94) to the right DLPFC repetitive Transcranial Magnetic Stimulation (rTMS). There was a significant negative correlation between IAF-prox and the percentage of symptom improvement only for the 10 Hz group. Curve fitting models revealed that there was a quadratic association between IAF and treatment response in the 10 Hz group, with a peak at 10 Hz IAF. The main result of Corlier and colleagues was replicated, and the findings suggest that the distance between 10 Hz stimulation frequency and the IAF may influence clinical outcome in a non-linear manner. rTMS is often administered at a frequency of 10 Hz, which is the center of the EEG alpha frequency band. The results can make a significant contribution to optimizing the clinical application of rTMS.

Abstract An influential hypothesis holds that depression is related to a neural excitation/inhibition imbalance, but its role in the treatment of depression remains unclear. Here, we show that unmedicated patients with severe depression demonstrated reduced inhibition of brain-wide resting-state networks relative to healthy controls. Patients using antidepressants showed inhibition that was higher than unmedicated patients and comparable to controls, but they still suffered from severe depression. Subsequent treatment with electroconvulsive therapy (ECT) reduced depressive symptoms, but its effectiveness did not depend on changes in network inhibition. Concomitant pharmacotherapy increased the effectiveness of ECT, but only when the strength of neural inhibition before ECT was within the normal range and not when inhibition was excessive. These findings suggest that reversing the excitation/inhibition imbalance may not be sufficient nor necessary for the effective treatment of severe depression, and that brain-state informed pharmacotherapy management may enhance the effectiveness of ECT.

Abstract Objective To uncover transdiagnostic domains of functioning across stress- and neurodevelopmental disorders, and to map these on to the topographic functional organization of cortico-striatal circuitry. Methods In a clinical sample (n=186) of subjects with high rates of comorbidity of major depressive disorder, anxiety disorder, attention-deficit/hyperactivity disorder and/or autism spectrum disorder, we use exploratory factor analysis on a wide range of clinical questionnaires to identify consistent functional domains of symptomatology across disorders, then replicate these functional domains in an independent dataset (n=188). Then, we use canonical correlation analysis link these functional domains to the topographic organization of the striatum as represented by connectopic maps. Results We reveal four functional domains that transcend current diagnostic categories relating to negative valence, cognition, social functioning and inhibition/arousal. These functional domains are replicated in an independent sample and are associated with the fine-grained topographical organization of functional connectivity in the striatum (out of sample r=0.20, p =0.026), a central hub in motor, cognitive, affective and reward-related brain circuits. Conclusions and relevance Functional domains across stress- and neurodevelopmental disorders are associated with the functional organization of the striatum. We propose that investigating psychiatric symptoms across disorders is a promising path to linking them to underlying biology, and can help bridge the gap between neuroscience and clinical psychiatry.

Changes in microbial composition are observed in various psychiatric disorders, but their specificity to certain symptoms or processes remains unclear. This study explores the associations between the gut microbiota composition and the Research Domain Criteria (RDoC) domains of functioning, representing symptom domains, specifically focusing on stress-related and neurodevelopmental disorders in patients with and without psychiatric comorbidity. The gut microbiota was analyzed in 369 participants, comprising 272 individuals diagnosed with a mood disorder, anxiety disorder, attention deficit/hyperactivity disorder, autism spectrum disorder, and/or substance use disorder, as well as 97 psychiatrically unaffected individuals. The RDoC domains were estimated using principal component analysis (PCA) with oblique rotation on a range of psychiatric, psychological, and personality measures. Associations between the gut microbiota and the functional domains were assessed using multiple linear regression and permanova, adjusted for age, sex, diet, smoking, medication use and comorbidity status. Four functional domains, aligning with RDoC's negative valence, social processes, cognitive systems, and arousal/regulatory systems domains, were identified. Significant associations were found between these domains and eight microbial genera, including associations of negative valence with the abundance of the genera Sellimonas, CHKCI001, Clostridium sensu stricto 1, Oscillibacter, and Flavonifractor; social processes with Sellimonas; cognitive systems with Sporobacter and Hungatella; and arousal/regulatory systems with Ruminococcus torques (all pFDR < 0.05). Our findings demonstrate associations between the gut microbiota and the domains of functioning across patients and unaffected individuals, potentially mediated by immune-related processes. These results open avenues for microbiota-focused personalized interventions, considering psychiatric comorbidity. However, further research is warranted to establish causality and elucidate mechanistic pathways.

Functional neuroimaging has contributed substantially to understanding brain function but is dominated by group analyses that index only a fraction of the variation in these data. It is increasingly clear that parsing the underlying heterogeneity is crucial to understand individual differences and the impact of different task manipulations. We estimate large-scale (N=7728) normative models of task-evoked activation during the Emotional Face Matching Task, which enables us to bind heterogeneous datasets to a common reference and dissect heterogeneity underlying group-level analyses. We apply this model to a heterogenous patient cohort, to map individual differences between patients with one or more mental health diagnoses relative to the reference cohort and determine multivariate associations with transdiagnostic symptom domains. For the face>shapes contrast, patients have a higher frequency of extreme deviations which are spatially heterogeneous. In contrast, normative models for faces>baseline have greater predictive value for individuals' transdiagnostic functioning.

Abstract Disturbed sleep is a key symptom in major depressive disorder (MDD). REM sleep alterations are well described in the current fliterature, but little is known about non-REM sleep alterations. Additionally, sleep disturbances relate to a variety of cognitive symptoms in MDD, but which features of non-REM sleep EEG contribute to this, remains unknown. We comprehensively analyzed non-REM sleep EEG features in three independently collected datasets ( N =284). These included MDD patients with a broad age range, varying duration and severity of depression, unmedicated or medicated, age- and gender-matched to healthy controls. We explored changes in sleep architecture including sleep stages and cycles, spectral power, sleep spindles, slow waves (SW), and SW-spindle coupling. Next, we analyzed the association of these sleep features with acute measures of depression severity and overnight consolidation of procedural memory. Overall, no major systematic alterations in non-REM sleep architecture were found in patients compared to controls. For the microstructure of non-REM sleep, we observed a higher spindle amplitude in unmedicated patients compared to controls, and after the start of antidepressant medication longer SWs with lower amplitude and a more dispersed SW-spindle coupling. In addition, long-term, but not short-term medication seemed to lower spindle density. Overnight procedural memory consolidation was impaired in medicated patients and associated with lower sleep spindle density. Our results suggest that alterations in non-REM sleep EEG might be more subtle than previously reported. We discuss these findings in the context of antidepressant medication intake and age. Statement of Significance Depression affects large and diverse populations worldwide, including their sleep. Most sleep is non-REM sleep, which is vital to cognitive function, including memory. How non-REM is affected during a depression or medical treatment remains poorly investigated. We classified non-REM sleep of depressive patients against healthy controls in unprecedented analysis detail and confidence using the largest dataset published so far while also test sleep alterations associations with impaired memory. Surprisingly, severe depression alone did not alter sleep. We observed severe non-REM sleep alterations only worsening under patient medication, which ultimately coincided with 24-hour memory impairments. Though causal influences of medication on sleep in depressive patients remains to be investigated, this cautions common clinical practice in long-term treatment with antidepressants.

Although repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is an effective treatment for depression, little is known about the comparative effectiveness of rTMS and other treatment options, such as antidepressants. In this multicenter randomized controlled trial, rTMS was compared with the next pharmacological treatment step in patients with treatment-resistant depression.

Abstract Functional neuroimaging has contributed substantially to understanding brain function but is dominated by group analyses that index only a fraction of the variation in these data. It is increasingly clear that parsing the underlying heterogeneity is crucial to understand individual differences and the impact of different task manipulations. We estimate large-scale ( N = 7728) normative models of task-evoked activation during the Emotional Face Matching Task, which enables us to bind heterogeneous datasets to a common reference and dissect heterogeneity underlying group-level analyses. We apply this model to a heterogenous patient cohort, to map individual differences between patients with one or more mental health diagnoses relative to the reference cohort and determine multivariate associations with transdiagnostic symptom domains. For the face>shapes contrast, patients have a higher frequency of extreme deviations which are spatially heterogeneous. In contrast, normative models for faces>baseline have greater predictive value for individuals’ transdiagnostic functioning. Taken together, we demonstrate that normative modelling of fMRI task-activation can be used to illustrate the influence of different task choices and map replicable individual differences, and we encourage its application to other neuroimaging tasks in future studies.