Abstract Diminished physical growth is a common marker of malnutrition and it affects approximately 200 million children worldwide. Despite its importance and prevalence, it is not clear whether diminished growth affects brain development and neurocognitive outcomes. Further, diminished growth is more common in areas of extreme poverty, raising the possibility that it may serve as a mechanism for previously shown links between poverty and brain development. To address these questions, 79 children growing up in an extremely poor, urban area of Bangladesh underwent MRI at 6 years. Structural brain images were submitted to Mindboggle software, a Docker-compliant and highly reproducible tool for tissue segmentation and regional estimations of volume, surface area, cortical thickness, travel depth, and mean curvature. Diminished growth predicted brain morphometry and mediated the link between poverty and brain morphometry most consistently for white matter and subcortical volumes. Meanwhile, brain volume in left pallidum and right ventral diencephalon mediated the relationship between diminished growth and full-scale IQ. These findings offer malnutrition as one possible mechanism by which poverty affects brain development and neurocognitive outcomes in areas of extreme poverty.

Anthropometric indicators, including stunting, underweight, and wasting, have previously been associated with poor neurocognitive outcomes. This link may exist because malnutrition and infection, which are known to affect height and weight, also impact brain structure according to animal models. However, a relationship between anthropometric indicators and brain structural measures has not been tested yet, perhaps because stunting, underweight, and wasting are uncommon in higher-resource settings. Further, with diminished anthropomorphic growth prevalent in low-resource settings, where biological and psychosocial hazards are most severe, one might expect additional links between measures of poverty, anthropometry, and brain structure. To begin to examine these relationships, we conducted an MRI study in 2-3-month-old infants growing up in the extremely impoverished urban setting of Dhaka, Bangladesh. The sample size was relatively small because the challenges of investigating infant brain structure in a low-resource setting needed to be realized and resolved before introducing a larger cohort. Initially, fifty-four infants underwent T1 sequences using 3T MRI, and structural images were segmented into gray and white matter maps, which were carefully evaluated for accurate tissue labeling by a pediatric neuroradiologist. Gray and white matter volumes from 29 infants (79 +/- 10 days-of-age; F/M = 12/17), whose segmentations were of relatively high quality, were submitted to semi-partial correlation analyses with stunting, underweight, and wasting, which were measured using height-for-age (HAZ), weight-for-age (WAZ), and weight-for-height (WHZ) scores. Positive semi-partial correlations (after adjusting for chronological age and sex and correcting for multiple comparisons) were observed between white matter volume and HAZ and WAZ; however, WHZ was not correlated with any measure of brain volume. In examining the role of poverty, no associations were observed between income-to-needs or maternal education and brain volumetric measures, suggesting that risk factors previously linked with poverty were not associated with total brain tissue volume pre- or peri-natally in this sample. Overall, these results provide the first link between diminished anthropomorphic growth and white matter volume in infancy. Challenges of conducting a developmental neuroimaging study in a low-resource country are described.

Exposure to psychosocial adversity (PA) is associated with poor behavioral, physical, and mental health outcomes in adulthood. Growing evidence suggests that deficits in executive functions may in part moderate these outcomes, with inhibitory control as an example of such a putative moderator. However, much of the literature examining the development of inhibitory control has been based on children in higher resource environments, and little is known how growing up in a low resource setting might exacerbate the link between inhibitory control and health outcomes. In this context we collected fMRI data during a Go/No-Go inhibitory control task and PA variables for 68 children 5 to 7 years of age living in Dhaka, Bangladesh, an area with a high prevalence of PA. The children's mothers completed behavioral questionnaires to assess the child's PA and their own PA. Whole-brain activation underlying inhibitory control was examined using the No-Go versus Go contrast, and associations with PA variables were assessed using whole-brain regressions. Childhood neglect was associated with weaker activation in the right posterior cingulate, whereas greater family conflict, economic stress, and maternal PA factors were associated with greater activation in the left medial frontal gyrus, right superior and middle frontal gyrus, and left cingulate gyrus. These data suggest that neural networks supporting inhibitory control processes may vary as a function of exposure to different types of PA, particularly between those related to threat and deprivation. Furthermore, increased activation in children with greater PA may serve as a compensatory mechanism, allowing them to maintain similar behavioral task performance.

Reading is one of the most complex skills that we utilize daily, and it involves the early development and interaction of various lower-level subskills, including phonological processing and oral language. These subskills recruit brain structures, which begin to develop long before the skill manifests and exhibit rapid development during infancy. However, how longitudinal trajectories of early brain development in these structures supports long-term acquisition of literacy subskills and subsequent reading is unclear. Children underwent structural and diffusion MRI scanning at multiple timepoints between infancy and second grade and were tested for literacy subskills in preschool and decoding and word reading in early elementary school. We developed and implemented a reproducible pipeline to generate longitudinal trajectories of early brain development to examine associations between these trajectories and literacy (sub)skills. Furthermore, we examined whether familial risk of reading difficulty and a child's home literacy environment, two common literacy-related covariates, influenced those trajectories. Results showed that individual differences in curve features (e.g., intercepts and slopes) for longitudinal trajectories of volumetric, surface-based, and white matter organization measures in left-hemispheric reading-related regions and tracts were linked directly to phonological processing and indirectly to second-grade decoding and word reading skills via phonological processing. Altogether, these findings suggest that the brain bases of phonological processing, previously identified as the strongest behavioral predictor of reading and decoding skills, may already begin to develop early in infancy but undergo further refinement between birth and preschool. The present study underscores the importance of considering academic skill acquisition from the very beginning of life.

Abstract Reading fluency – the speed and accuracy of reading connected text – is foundational to educational success. The current longitudinal study investigates the neural correlates of fluency development using a connected-text paradigm with an individualized presentation rate. Twenty-six children completed a functional MRI task in 1st/2nd grade ( time 1 ) and again 1-2 years later ( time 2 ). There was a longitudinal increase in activation in the ventral occipito-temporal (vOT) cortex from time 1 to time 2 . This increase was also associated with improvements in reading fluency skills and modulated by individual speed demands. These findings highlight the reciprocal relationship of the vOT region with reading proficiency and its importance for supporting the developmental transition to fluent reading. These results have implications for developing effective interventions to target increased automaticity in reading.

Abstract Background Prenatal alcohol exposure (PAE) has been linked to atypical brain development and a wide range of cognitive and behavioral impairments, including poor reading performance in childhood and adolescence. However, little is known about how structural and/or functional teratogenesis in the brain mediate reading impairment in fetal alcohol spectrum disorders (FASD) and whether neural correlates of reading and phonological processing differ between FASD subtypes with different clinical presentations in facial morphology. Methods The current study utilized functional magnetic resonance imaging (fMRI) and diffusion tensor imaging (DTI) to characterize functional and structural mechanisms mediating reading deficits in 26 syndromal adolescents with PAE-related facial dysmorphology (i.e., fetal alcohol syndrome (FAS) or partial FAS (PFAS)) and 30 heavily exposed (HE) without this dysmorphology, in comparison with 19 typically developing controls. Importantly, the levels of PAE and reading ability were comparable between the FAS/PFAS and HE groups in the current study. Results Compared to the nonsyndromal HE and control groups, the syndromal adolescents showed greater activation in the right precentral gyrus during an fMRI phonological processing task and rightward lateralization in an important reading-related tract (inferior longitudinal fasciculus, ILF), suggesting an atypical reliance on the right hemisphere during reading. By contrast, in the HE group, better reading skills were associated with increased neural activation in the left angular gyrus (LAG) and higher fractional anisotropy in the white matter organization of the left ILF. However, the brain function-behavior relation was weaker in the HE than among the controls, suggesting less efficient function of the typical reading neural network that may contribute to the observed reading impairments. Conclusions Our findings provide the first evidence for the distinctive functional and structural mechanisms underlying atypical reading and phonological processing in PAE adolescents with and without FAS facial dysmorphology. Highlights Prenatal alcohol exposure is associated with altered neural reading networks FASD subtypes exhibit distinctive neural correlates of phonological processing Greater right-hemispheric reliance was observed in FASD with facial dysmorphology Non-syndromal FASD showed deficits in the typical left-hemispheric reading network

Abstract The home literacy environment (HLE) in infancy has been associated with subsequent pre-literacy skill development and HLE at pre-school age has been shown to correlate with white matter organization in tracts that subserve prereading and reading skills. Furthermore, childhood socioeconomic status (SES) has been linked with both HLE and white matter organization. It is also important to understand whether the relationships between environmental factors such as HLE and SES and white matter organization can be detected as early as infancy, as this period is characterized by rapid brain development that may make white matter pathways particularly susceptible to these early experiences. Here, we hypothesized (1) an association between HLE and white matter organization in pre-reading and reading-related tracts in infants, and (2) that this association mediates a link between SES and white matter organization. To test these hypotheses, infants (mean age: 9.2 ± 2.5 months, N = 18) underwent diffusion-weighted imaging MRI during natural sleep. Fractional anisotropy (FA) was estimated from the left superior longitudinal fasciculus (SLF) and left arcuate fasciculus using the automated fiber-tract quantification method. HLE was measured with the Reading subscale of the StimQ and SES was measured with years of maternal education. Self-reported maternal reading ability was also quantified and applied to all statistical models to control for confounding genetic effects. The Reading subscale of the StimQ positively related to FA in left SLF and mediated the association between maternal education and FA in the left SLF. Taken together, these findings underscore the importance of considering HLE from the start of life and may inform novel prevention and intervention strategies targeted at low-SES families to support developing infants during a period of heightened brain plasticity.

ABSTRACT Over three hundred million children live in environments of extreme poverty, and the biological and psychosocial hazards endemic to these environments often expose these children to infection, disease, and inflammatory responses. Chronic inflammation in early childhood has been associated with diminished cognitive outcomes, and despite this established relationship, the mechanisms explaining how inflammation affects brain development are not well known. Importantly, the prevalence of chronic inflammation in areas of extreme poverty raises the possibility that it may serve as a mechanism explaining the known relationship between low socioeconomic status (SES) and atypical brain development. To examine these potential pathways, seventy-nine children growing up in an extremely poor, urban area of Bangladesh underwent MRI scanning at six years of age. Structural brain images were submitted to Mindboggle software, a Docker-compliant and high-reproducibility tool for regional estimations of volume, surface area, cortical thickness, sulcal depth, and mean curvature. C-reactive protein was assayed at eight time points between infancy and five years of age and the frequency with which children had elevated concentrations of inflammatory marker represented the measure of chronic inflammation. Childhood SES was measured with maternal education and income-to-needs. Chronic inflammation predicted volume in bilateral basal ganglia structures and mediated the link between maternal education and bilateral putamen volumes. These findings suggest that chronic inflammation is associated with brain morphometry in the basal ganglia, predominantly the putamen, and further offers inflammation as a potential mechanism linking SES to brain development.

Abstract Reading acquisition is a prolonged learning process relying on language development starting in utero. Behavioral longitudinal studies reveal prospective associations between infant language abilities and preschool/kindergarten phonological development that relates to subsequent reading performance. While recent pediatric neuroimaging work has begun to characterize the neural network underlying language development in infants, how this neural network scaffolds long-term language and reading acquisition remains unknown. We addressed this question in a 7-year longitudinal study from infancy to school-age. Seventy-six infants completed resting-state fMRI scanning, and underwent standardized language assessments in kindergarten. Of this larger cohort, forty-one were further assessed on their emergent word reading abilities after receiving formal reading instructions. Hierarchical clustering analyses identified a modular infant language network in which functional connectivity (FC) of the inferior frontal module prospectively correlated with kindergarten-age phonological skills and emergent word reading abilities. These correlations were obtained when controlling for infant age at scan, nonverbal IQ and parental education. Furthermore, kindergarten-age phonological skills mediated the relationship between infant FC and school-age reading abilities, implying a critical mid-way milestone for long-term reading development from infancy. Overall, our findings illuminate the neurobiological mechanisms by which infant language capacities could scaffold long-term reading acquisition. Highlights Clustering analyses revealed a modular language network in the infant brain Infant language network characteristics associate with school-age reading outcomes These longitudinal associations are mediated by kindergarten-age phonological skills

Brain asymmetries are hypothesized to reduce functional duplication and thus have evolutionary advantages. The goal of this study was to examine whether early brain lateralization contributes to skill development within the speech-language domain. To achieve this goal, 25 infants (2-13 months old) underwent behavioral language examination and fMRI during sleep while listening to forward and backward speech, and then were assessed on various language skills at 55-69 months old. We observed that infant functional lateralization of the superior temporal gyrus (STG) for forward > backward speech was associated with phonological, vocabulary, and expressive language skills 4 to 5 years later. However, we failed to observe that infant language skills or the anatomical lateralization of STG were related to subsequent language skills. Overall, our findings suggest that infant functional lateralization of STG for speech perception may scaffold subsequent language acquisition, supporting the hypothesis that functional hemisphere asymmetries are advantageous.