Abstract Previous studies have investigated the neural basis of action and emotion perception conveyed by whole body postures and movements. However, subjective understanding of other people’s bodily actions and emotions, raises different issues that are currently not well understood and have so far seldom been investigated. In this 7T fMRI study, we proceeded beyond conventional univariate/multivariate analyses with predefined categories, and examined the representational geometry of subjective action- and emotion-understanding by mapping individual subjective reports with word embeddings. Dimensionality reduction revealed that the representations for perceived action and emotion were high dimensional, each correlated to but were not reducible to the predefined action and emotion categories. Searchlight representational similarity analysis showed that the representations in the left middle superior temporal sulcus and left dorsal premotor cortex corresponded to the subjective action and emotion understanding of the participants. Furthermore, using task-residual functional connectivity and hierarchical clustering, we found that areas in the action observation network and the semantic/default-mode network were functionally connected to these two seed regions, and showed similar representations. Our study provides direct evidence that both networks were concurrently involved in subjective action and emotion understanding. Our approach shows how subjective understanding of action and emotion stimuli can be reliably studied and complement insights based on from predefined stimulus categories.

Abstract There is substantial evidence about affective stimulus processing outside awareness in healthy participants and brain-damaged patients. However, there are still methodological concerns mainly relating to the methods used to assess awareness. In two experiments, we investigated the processing of social threat in healthy participants by combining the continuous flash suppression paradigm and the perceptual awareness scale, a finer measure of perceptual awareness than dichotomous (seen/unseen) responses. Our behavioral results show a gradual relationship between emotional recognition and perceptual awareness. Recognition sensitivity was also higher for fearful than angry bodies for all visual awareness levels except for the perceptual unawareness condition where performance was at chance level. Interestingly, angry body expressions were suppressed for a shorter duration than neutral and fearful ones. Pupil dilation was a function of affective expression, the duration of suppression and the level of perceptual awareness. In conclusion, behavioral as well as pupillary responses showed a gradual relationship with perceptual awareness, and this relationship was influenced by the specific stimulus category.

Abstract We used ultra-high field (7 Tesla) magnetic resonance imaging (MRI) at submillimeter resolution to assess structural brain changes in congenitally blind (CB) compared to matched normal sighted control (SC) subject groups. Region-of-interest analysis revealed grey matter (GM) volumetric reductions in the CB group in left cuneus and occipital pole, right posterior collateral sulcus and right occipito-temporal medial lingual sulcus. Non-visual areas with GM reductions in CB included the left central, postcentral and superior frontal gyri, and the right subcallosal gyrus. In contrast, there were no significant group differences in cortical thickness when using stringent statistical criteria. Regional differences in white matter (WM) showed an overall pattern similar as that of GM changes, characterized by volume reductions in occipital, parietal and temporal areas, but with additional reductions in precuneus and medial orbitofrontal cortex. Differences in cortical curvature were mostly situated in the occipital cortex and bore a close relationship with areas showing GM alterations; they may be indicative of increased cortico-cortical connectivity of the visually-deprived occipital cortex. The CB group had GM reductions in the basal ganglia, i.e., caudate nucleus, putamen, nucleus accumbens, globus pallidus, and thalamus. Within the cerebellum, GM and WM volumes were also reduced in the CB. Segmentation of the thalamus, hippocampus and amygdala into anatomic divisions revealed GM reductions in a number of thalamic nuclei, a few hippocampal regions, but not within amygdala. There were no findings of increased volume or cortical thickness in the CB group. Together, these data reveal a multitude of GM and WM reductions in CB, comprising not only the occipital cortex, but also temporal, parietal, and prefrontal cortices, as well as the basal ganglia and cerebellum. These findings in the CB may seem at odds with the large literature showing that the visually-deprived occipital cortex becomes a multimodal cortex responding to diverse non-visual sensory and cognitive inputs. The seeming mismatch between morphological atrophy and enhanced multimodality of occipital areas combined with superior performance by the CB in various non-visual tasks poses a challenge for our understanding of brain plasticity.

Abstract In expert readers, a brain region known as the visual word form area (VWFA) is highly sensitive to written words, exhibiting a posterior-to-anterior gradient of increasing sensitivity to orthographic stimuli whose statistics match those of real words. Using high-resolution 7T fMRI, we ask whether, in bilingual readers, distinct cortical patches specialize for different languages. In 21 English-French bilinguals, unsmoothed 1.2 mm fMRI revealed that the VWFA is actually composed of several small cortical patches highly selective for reading, with a posterior-to-anterior word similarity gradient, but with near-complete overlap between the two languages. In 10 English-Chinese bilinguals, however, while most word-specific patches exhibited similar reading specificity and word-similarity gradients for reading in Chinese and English, additional patches responded specifically to Chinese writing and, surprisingly, to faces. Our results show that the acquisition of multiple writing systems can indeed tune the visual cortex differently in bilinguals, sometimes leading to the emergence of cortical patches specialized for a single language.

Abstract Two major issues in consciousness research concern the measuring methods that determine perceptual unawareness and whether consciousness is a gradual or an ‘all-or-nothing’ phenomenon. This 7T fMRI study addresses both questions using a continuous flash suppression paradigm with an emotional recognition task (fear vs neutral bodies) in combination with the perceptual awareness scale. Behaviorally, recognition sensitivity increased linearly with increased stimuli awareness and was at chance level during perceptual unawareness. Threat expressions triggered a slower heart rate than neutral ones during ‘almost clear’ experience of the stimulus, indicating freezing behavior. The activity in occipital, temporal, parietal and frontal regions as well as in amygdala increased with increased stimulus awareness while the activity in early visual areas showed the opposite pattern. The relationship between temporal area activity and perceptual awareness was better characterized by a gradual model while the activity in fronto-parietal areas by a dichotomous model, suggesting different roles in conscious processing. Interestingly, no evidence of non-conscious processing was found in amygdala as well as no significant effect of emotion, in disagreement with the functions long ascribed to this subcortical structure.

Abstract We used ultra-high field 7T fMRI to establish the neural circuits involved in visual mental imagery and perception, and to elucidate the neural mechanisms associated with imagery absence in congenital aphantasia. Ten typical imagers and 10 aphantasic individuals performed imagery and perceptual tasks in five domains: object shape, object color, written words, faces, and spatial relationships. In typical imagers, imagery tasks activated left-hemisphere fronto-parietal areas, a domain-general area in the left fusiform gyrus (the Fusiform Imagery Node), together with the relevant domain-preferring areas in the ventral temporal cortex. In aphantasic individuals, imagery activated similar areas, but the Fusiform Imagery Node was functionally disconnected from fronto-parietal areas. Our results unveil the domain-general and domain-specific circuits of visual mental imagery, their functional disorganization in aphantasia, and support the general hypothesis that subjective visual experience - whether perceived or imagined - depends on the integrated activity of high-level visual cortex and fronto-parietal networks.

The perceptual system gives priority to threat relevant signals with survival value. Its mechanism may not only include the processing initiated in the presence of threat signals but also in the mere anticipation of such signals. Here, we show that the pulvinar modulates activity in the early visual cortex (V1) specifically in threat anticipation. Using ultra high field 7T fMRI, we examined the layer specific interaction between V1 and the pulvinar, while taking advantage of the fact that the directionality of such interaction is anatomically constrained in specific V1 layers. Only in anticipation of a fearful face target, but not of a control happy face target, was false perception of anticipated, yet unpresented, target face accompanied by stronger activity in the V1 superficial cortical depth (layers 1 to 3), which was preceded by pre target onset pulvinar activity. The pulvinar may contribute to the visual processing initiated in the anticipation of threat, and play an important role in anxiety.

The human body is the most common object of pictorial representation in western art. The goal of this study was to probe its evolutionary basis of visual art perception by investigating neural markers of gender-specific brain activity triggered by paintings of male and female images. Our results show significant activity in brain areas other than those recently associated with visual arts perception. Novel findings concern participant- general as well as gender specific brain activity. Although our participants were fully aware that they were viewing artworks, the inferior parietal lobule - known for its role in the perception of emotional body images (and the somatosensory cortex) which is related to touch - were selectively active for female body paintings in all participants. The most interesting finding as regards gender was that the sight of female bodies activates the subgenual anterior cingulate cortex in males, an area known to subserve autonomic arousal. In contrast, in females the sight of the male body activated reward and control related parts of the dorsal anterior cingulate cortex. This supports the notion that basic evolutionary processes operate when we view body images, also when they are paintings far removed from daily experience.