ABSTRACT Laminar fMRI at ultra-high magnetic field strength is typically carried out using the Blood Oxygenation Level-Dependent (BOLD) contrast. Despite its unrivalled sensitivity to detecting activation, the BOLD contrast is limited in its spatial specificity due to signals stemming from intra-cortical ascending and pial veins. Alternatively, regional changes in perfusion (i.e., cerebral blood flow through tissue) are colocalised to neuronal activation, which can be non-invasively measured using arterial spin labelling (ASL) MRI. In addition, ASL provides a quantitative marker of neuronal activation in terms of perfusion signal, which is simultaneously acquired along with the BOLD signal. However, ASL for laminar imaging is challenging due to the lower SNR of the perfusion signal and higher RF power deposition i.e., specific absorption rate (SAR) of ASL sequences. In the present study, we present for the first time in humans, isotropic sub-millimetre spatial resolution functional perfusion images using Flow-sensitive Alternating Inversion Recovery (FAIR) ASL with a 3D-EPI readout at 7T. We show that robust statistical activation maps can be obtained with perfusion-weighting in a single session. We observed the characteristic BOLD amplitude increase towards the superficial laminae, and, in apparent discrepancy, the relative perfusion profile shows a decrease of the amplitude and the absolute perfusion profile a much smaller increase towards the cortical surface. Considering the draining vein effect on the BOLD signal using model-based spatial ‘convolution’, we show that the empirically measured perfusion and BOLD profiles are, in fact, consistent with each other. This study demonstrates that laminar perfusion fMRI in humans is feasible at 7T and that caution must be exercised when interpreting BOLD signal laminar profiles as direct representation of the cortical distribution of neuronal activity.

A bstract Mesoscopic (0.1-0.5 mm) interrogation of the living human brain is critical for advancing neuroscience and bridging the resolution gap with animal models. Despite the variety of MRI contrasts measured in recent years at the mesoscopic scale, in vivo quantitative imaging of T 2 * has not been performed. Here we provide a dataset containing empirical T 2 * measurements acquired at 0.35 × 0.35 × 0.35 mm 3 voxel resolution using 7 Tesla MRI. To demonstrate unique features and high quality of this dataset, we generate flat map visualizations that reveal fine-scale cortical substructures such as layers and vessels, and we report quantitative depth-dependent T 2 * (as well as R 2 *) values in primary visual cortex and auditory cortex that are highly consistent across subjects. This dataset is freely available at https://doi.org/10.17605/OSF.IO/N5BJ7 , and may prove useful for anatomical investigations of the human brain, as well as for improving our understanding of the basis of the T 2 * -weighted (f)MRI signal.

Abstract Designing optode layouts is an essential step for functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) experiments as the quality of the measured signal and the sensitivity to cortical regions-of-interest depend on how optodes are arranged on the scalp. This becomes particularly relevant for fNIRS-based brain-computer interfaces (BCIs), where developing robust systems with few optodes is crucial for clinical applications. Available resources often dictate the approach researchers use for optode-layout design. Here we compared four approaches that incrementally incorporated subject-specific magnetic resonance imaging (MRI) information while participants performed mental-calculation, mental-rotation and inner-speech tasks. The literature-based approach (LIT) used a literature review to guide the optode layout design. The probabilistic approach (PROB), employed individual anatomical data and probabilistic maps of functional MRI (fMRI)-activation from an independent dataset. The individual fMRI (iFMRI) approach used individual anatomical and fMRI data, and the fourth approach used individual anatomical, functional and vascular information of the same subject (fVASC). The four approaches resulted in different optode layouts and the more informed approaches outperformed the minimally informed approach (LIT) in terms of signal quality and sensitivity. Further, PROB, iFMRI and fVASC approaches resulted in a similar outcome. We conclude that additional individual MRI data leads to a better outcome, but that not all the modalities tested here are required to achieve a robust setup. Finally, we give preliminary advice to efficiently using resources for developing robust optode layouts for BCI and neurofeedback applications.

We present a comprehensive study on the non-invasive measurement of hippocampal perfusion. Using high-resolution 7 Tesla arterial spin labelling data, we generated robust perfusion maps and observed significant variations in perfusion among hippocampal subfields, with CA1 exhibiting the lowest perfusion levels. Notably, these perfusion differences were robust and detectable even within five minutes and just fifty perfusion-weighted images per subject. To understand the underlying factors, we examined the influence of image quality metrics, various tissue microstructure and morphometry properties, macrovasculature and cytoarchitecture. We observed higher perfusion in regions located closer to arteries, demonstrating the influence of vascular proximity on hippocampal perfusion. Moreover, ex vivo cytoarchitectonic features based on neuronal density differences appeared to correlate stronger with hippocampal perfusion than morphometric measures like gray matter thickness. These findings emphasize the interplay between microvasculature, macrovasculature, and metabolic demand in shaping hippocampal perfusion. Our study expands the current understanding of hippocampal physiology and its relevance to neurological disorders. By providing in vivo evidence of perfusion differences between hippocampal subfields, our findings have implications for diagnosis and potential therapeutic interventions. In conclusion, our study provides a valuable resource for extensively characterising hippocampal perfusion.

Abstract Mutations of the mitochondrial DNA are an important cause of inherited diseases that can severely affect the tissue’s homeostasis and integrity. The m.3243A>G mutation is the most commonly observed across mitochondrial disorders and is linked to multisystemic complications, including cognitive deficits. In line with in vitro experiments demonstrating the m.3243A>G’s negative impact on neuronal energy production and integrity, m.3243A>G patients show cerebral gray matter tissue changes. However, its impact on the most neuron-dense, and therefore energy-consuming brain structure – the cerebellum – remains elusive. In this work, we used high resolution structural and functional data acquired using 7 Tesla MRI to characterize the neurodegenerative and functional signatures of the cerebellar cortex in m.3243A>G patients. Our results reveal altered tissue integrity within distinct clusters across the cerebellar cortex, apparent by their significantly reduced volume and longitudinal relaxation rate compared to healthy controls, indicating macroscopic atrophy and microstructural pathology. Spatial characterization reveals that these changes occur especially in regions related to the frontoparietal brain network that is involved in information processing and selective attention. In addition, based on resting-state fMRI data, these clusters exhibit reduced functional connectivity to frontal and parietal cortical regions, especially in patients characterized by (i) a severe disease phenotype and (ii) reduced information processing speed and attention control. Combined with our previous work, these results provide insight into the neuropathological changes and a solid base to guide longitudinal studies aimed to track disease progression.

The article aims to present the relationship between the nuclear family and its involvement in modern forms of terrorism. It reveals the reasons for the emergence of family terrorism based on the inculcated belief that certain moral qualities play a major role in the upbringing within the nuclear family. It also presents the challenges which affect parenting at the nuclear family level that must find their solution before many families become victims to a particular type of terrorism, be it political, religious, ethnic, or racial. In the dynamics of the studied problem, the achievements of scientific theory and the derivation of good practices face growing demands, the need to balance the used resources, satisfy the norms of international and national law, and at the same time the growing competitiveness of terrorist organizations and networks. This gives reason and gives rise to the need for continuous scientific research despite the indisputable achievements in the field, as well as the respectable publications of several leading authors. In the interest of the research, the methods of analysis and synthesis, and temporal monitoring of open sources, including scientific publications and information media, with a wide territorial scope, were used. To further enrich the analysis, in-depth interviews were conducted with experts in the field of countering radicalization and terrorism from Bulgaria, Israel, and Great Britain. Individual cases were also analyzed using the "case study" method, or the so-called "case studies".

Motivation: Our previous work provided 0.35×0.35×0.35 mm3 voxel resolution T2* dataset where the intracortical angioarchitecture details were captured and analyzed (Gulban et al. 2022). However, this work only covered a third of the brain while requiring two scanning sessions. Goal(s): Our aim here is to explore reducing the scanning time while expanding the brain coverage to get similar quality data for vascular analyses. Approach: Our approach consisted of exploring further acceleration for T2* imaging and boosting the SNR of T1 images though denoising instead of multi-run averaging. Results: Our results suggest that we can reduce the scanning time five-fold while accomplishing whole brain overage. Impact: We provide a low undersampling 0.35 mm in vivo human brain dataset and a scanning protocol (including 7 T T2*, T1 contrasts) for cortical angioarchitecture studies while delivering a reference dataset to test further acceleration and denoising.

Motivation: Previous findings from fMRI and from structural microvascular observations link vascular activity or structural organisation with neuronal activity. Goal(s): To verify whether macrovascular properties are related to functional (FC) and structural connectivity (SC), as well as function-structure coupling (SDI). Approach: FC and SC node strength, SDI, and vascular density and distance were compared, using a venous atlas, the Human Connectome Project data, and one subject of the Natural Scene Dataset for which we obtained an arteries-dominated vascular map. Results: Correlations between veins-dominated vascular properties, FC, and SDI, suggest a link between density and proximity of venous structures and connectivity strength of an area. Impact: Cerebral angioarchitecture is often overlooked in integrated multimodal MRI modelling, but its properties can help understanding the nature of BOLD-fMRI-based “vascular” or “physiological” networks.