ABSTRACT PyDesigner is an open-source and containerized Python software package, adapted from the DESIGNER pipeline, for diffusion weighted magnetic resonance imaging preprocessing and tensor estimation. PyDesigner combines tools from FSL and MRtrix3 to reduce the effects of signal noise and imaging artifacts on multiple diffusion measures that can be derived from the diffusion and kurtosis tensors. This publication describes the main features of PyDesigner and highlights its ease of use across platforms, while examining its accuracy and robustness in deriving commonly used diffusion and kurtosis metrics.

ABSTRACT BACKGROUND The communication through coherence model posits that brain rhythms are synchronized across different frequency bands and that effective connectivity strength between interacting regions depends on their phase relation. Evidence to support the model comes mostly from electrophysiological recordings in animals while evidence from human data is limited. METHODS Here, an fMRI-EEG-TMS (fET) instrument capable of acquiring simultaneous fMRI and EEG during noninvasive single pulse TMS applied to dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) was used to test whether prefrontal EEG alpha phase moderates TMS-evoked top-down influences on subgenual, rostral and dorsal anterior cingulate cortex (ACC). Results in healthy volunteers (n=11) were compared to those from patients with major depressive disorder (MDD) (n=17) collected as part of a ongoing clinical trial investigation. RESULTS In both groups, TMS-evoked functional connectivity between DLPFC and subgenual ACC (sgACC) depended on the EEG alpha phase. TMS-evoked DLPFC to sgACC effective connectivity (EC) was moderated by EEG alpha phase in healthy volunteers, but not in the MDD patients. Top-down EC was inhibitory for TMS onsets during the upward slope of the alpha wave relative to TMS timed to the downward slope of the alpha wave. Prefrontal EEG alpha phase dependent effects on TMS-evoked fMRI BOLD activation of the rostral anterior cingulate cortex were detected in the MDD patient group, but not in the healthy volunteer group. DISCUSSION Results demonstrate that TMS-evoked top-down influences vary as a function of the prefrontal alpha rhythm, and suggest clinical applications whereby TMS is synchronized to the brain’s internal rhythms in order to more efficiently engage deep therapeutic targets.

Abstract Afterimages are illusory, visual conscious perceptions. A widely accepted theory is that afterimages are caused by retinal signaling that continues after the physical disappearance of a light stimulus. However, afterimages have been reported without preceding visual, sensory stimulation (e.g., conditioned afterimages and afterimages induced by illusory vision). These observations suggest the role of top-down, brain mechanisms in afterimage conscious perception. Therefore, some afterimages may share perceptual features with sensory-independent conscious perceptions (e.g., imagery, hallucinations, and dreams) that occur without bottom-up, sensory input. In the current investigation, we tested for a link between the vividness of visual imagery and afterimage conscious perception. Participants reported their vividness of visual imagery and perceived sharpness, contrast, and duration of negative afterimages. The afterimage perceptual features were acquired using perception matching paradigms that were validated on image stimuli. Relating these perceptual reports revealed that the vividness of visual imagery positively correlated with afterimage contrast and sharpness. These behavioral results support shared neural mechanisms between visual imagery and afterimages. This study encourages future research combining neurophysiology recording methods and afterimage paradigms to directly examine the neural mechanisms of afterimage conscious perception.

Abstract Afterimages are illusory, visual conscious perceptions. A widely accepted theory is that afterimages are caused by retinal signaling that continues after the physical disappearance of a light stimulus. However, afterimages have been reported without preceding visual, sensory stimulation (e.g. conditioned afterimages and afterimages induced by illusory vision). These observations suggest the role of top-down brain mechanisms in afterimage conscious perception. Therefore, some afterimages may share perceptual features with sensory-independent conscious perceptions (e.g. imagery, hallucinations, and dreams) that occur without bottom-up sensory input. In the current investigation, we tested for a link between the vividness of visual imagery and afterimage conscious perception. Participants reported their vividness of visual imagery and perceived sharpness, contrast, and duration of negative afterimages. The afterimage perceptual features were acquired using perception matching paradigms that were validated on image stimuli. Relating these perceptual reports revealed that the vividness of visual imagery positively correlated with afterimage contrast and sharpness. These behavioral results support shared neural mechanisms between visual imagery and afterimages. However, we cannot exclude alternative explanations, including demand characteristics and afterimage perception reporting inaccuracy. This study encourages future research combining neurophysiology recording methods and afterimage paradigms to directly examine the neural mechanisms of afterimage conscious perception.

Abstract Pupillometry is a popular method because pupil size is an easily measured and sensitive marker of neural activity and associated with behavior, cognition, emotion, and perception. Currently, there is no method for monitoring the phases of pupillary fluctuation in real time. We introduce rtPupilPhase – a software that automatically detects trends in pupil size in real time, enabling novel implementations of real time pupillometry towards achieving numerous research and translational goals.