Abstract Introduction Canonical Correlation Analysis (CCA) and Partial Least Squares Correlation (PLS) detect associations between two data matrices based on computing a linear combination between the two matrices (called latent variables; LVs). These LVs maximize correlation (CCA) and covariance (PLS). These different maximization criteria may render one approach more stable and reproducible than the other when working with brain and behavioural data at the population-level. This study compared the LVs which emerged from CCA and PLS analyses of brain-behaviour relationships from the Adolescent Brain Cognitive Development (ABCD) dataset and examined their stability and reproducibility. Methods Structural T1-weighted imaging and behavioural data were accessed from the baseline Adolescent Brain Cognitive Development dataset ( N > 9000, ages = 9-11 years). The brain matrix consisted of cortical thickness estimates in different cortical regions. The behavioural matrix consisted of 11 subscale scores from the parent-reported Child Behavioral Checklist (CBCL) or 7 cognitive performance measures from the NIH Toolbox. CCA and PLS models were separately applied to the brain-CBCL analysis and brain-cognition analysis. A permutation test was used to assess whether identified LVs were statistically significant. A series of resampling statistical methods were used to assess stability and reproducibility of the LVs. Results When examining the relationship between cortical thickness and CBCL scores, the first LV was found to be significant across both CCA and PLS models (singular value: CCA = .13, PLS = .39, p < .001). LV 1 from the CCA model found that covariation of CBCL scores was linked to covariation of cortical thickness. LV 1 from the PLS model identified decreased cortical thickness linked to lower CBCL scores. There was limited evidence of stability or reproducibility of LV 1 for both CCA and PLS. When examining the relationship between cortical thickness and cognitive performance, there were 6 significant LVs for both CCA and PLS ( p < .01). The first LV showed similar relationships between CCA and PLS and was found to be stable and reproducible (singular value: CCA = .21, PLS = .43, p < .001). Conclusion CCA and PLS identify different brain-behaviour relationships with limited stability and reproducibility when examining the relationship between cortical thickness and parent-reported behavioural measures. However, both methods identified relatively similar brain-behaviour relationships that were stable and reproducible when examining the relationship between cortical thickness and cognitive performance. The results of the current study suggest that stability and reproducibility of brain-behaviour relationships identified by CCA and PLS are influenced by characteristics of the analyzed sample and the included behavioural measurements when applied to a large pediatric dataset.

Abstract Only a small number of studies have assessed structural differences between the two hemispheres during childhood and adolescence. However, the existing findings lack consistency or are restricted to a particular brain region, a specific brain feature, or a relatively narrow age range. Here, we investigated associations between brain asymmetry and age as well as sex in one of the largest pediatric samples to date ( n = 4265), aged 1–18 years, scanned at 69 sites participating in the ENIGMA (Enhancing NeuroImaging Genetics through Meta‐Analysis) consortium. Our study revealed that significant brain asymmetries already exist in childhood, but their magnitude and direction depend on the brain region examined and the morphometric measurement used (cortical volume or thickness, regional surface area, or subcortical volume). With respect to effects of age, some asymmetries became weaker over time while others became stronger; sometimes they even reversed direction. With respect to sex differences, the total number of regions exhibiting significant asymmetries was larger in females than in males, while the total number of measurements indicating significant asymmetries was larger in males (as we obtained more than one measurement per cortical region). The magnitude of the significant asymmetries was also greater in males. However, effect sizes for both age effects and sex differences were small. Taken together, these findings suggest that cerebral asymmetries are an inherent organizational pattern of the brain that manifests early in life. Overall, brain asymmetry appears to be relatively stable throughout childhood and adolescence, with some differential effects in males and females.

Several brain disorders exhibit sex differences in onset, presentation, and prevalence. Increased understanding of the neurobiology of sex-based differences in variability across the lifespan can provide insight into both disease vulnerability and resilience. In n=3,069 participants, from 8-95 years of age, we first analyzed the variance ratio in females versus males of cortical surface area and global and subcortical volumes for discrete brain regions, and found widespread greater variability in males. In contrast, variance in cortical thickness was similar for males and females. These findings were supported by multivariate analysis accounting for structural covariance, and present and stable across the lifespan. We then examined variability among brain regions by sex. We found significant age-by-sex interactions across neuroimaging metrics, whereby in very early life males had reduced among-region variability compared to females, while in very late life this was reversed. Overall, our findings of greater regional variability but less among-region variability in males in early life may aid our understanding of sex-based risk for neurodevelopmental disorders. In contrast, our findings in late life may provide a potential sex-based risk mechanism for dementia.

Objective: Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD), autism spectrum disorder (ASD), and obsessive-compulsive disorder (OCD) are common neurodevelopmental disorders that frequently co-occur. We aimed to directly compare all three disorders. The ENIGMA consortium is ideally positioned to investigate structural brain alterations across these disorders. Methods: Structural T1-weighted whole-brain MRI of controls (n=5,827) and patients with ADHD (n=2,271), ASD (n=1,777), and OCD (n=2,323) from 151 cohorts worldwide were analyzed using standardized processing protocols. We examined subcortical volume, cortical thickness and surface area differences within a mega-analytical framework, pooling measures extracted from each cohort. Analyses were performed separately for children, adolescents, and adults using linear mixed-effects models adjusting for age, sex and site (and ICV for subcortical and surface area measures). Results: We found no shared alterations among all three disorders, while shared alterations between any two disorders did not survive multiple comparisons correction. Children with ADHD compared to those with OCD had smaller hippocampal volumes, possibly influenced by IQ. Children and adolescents with ADHD also had smaller ICV than controls and those with OCD or ASD. Adults with ASD showed thicker frontal cortices compared to adult controls and other clinical groups. No OCD-specific alterations across different age-groups and surface area alterations among all disorders in childhood and adulthood were observed. Conclusion: Our findings suggest robust but subtle alterations across different age-groups among ADHD, ASD, and OCD. ADHD-specific ICV and hippocampal alterations in children and adolescents, and ASD-specific cortical thickness alterations in the frontal cortex in adults support previous work emphasizing neurodevelopmental alterations in these disorders.

Importance: Microstructural alterations in cortico-subcortical connections are thought to be present in Obsessive Compulsive Disorder (OCD). However, prior studies have yielded inconsistent findings, perhaps because small sample sizes provided insufficient power to detect subtle abnormalities. Objective: To investigate microstructural white matter alterations and their relation to clinical features in the largest dataset of adult and pediatric OCD to date. Design, Setting, and Participants: In this cross-sectional case control magnetic resonance study, we investigated diffusion tensor imaging metrics from 700 adult patients and 645 adult controls, as well as 174 pediatric patients and 144 pediatric controls across 19 sites participating in the ENIGMA-OCD Working Group. Main Outcomes and Measures: We extracted measures of fractional anisotropy (FA) as main outcome, and mean diffusivity, radial diffusivity, and axial diffusivity as secondary outcomes for 25 white matter regions. We meta-analyzed patient control group differences (Cohens d) across sites, after adjusting for age and sex, and investigated associations with clinical characteristics. Results: Adult OCD patients showed significant FA reduction in the sagittal stratum (d=-0.21, z=-3.21, p=0.001) and posterior thalamic radiation (d=-0.26, z=-4.57, p<0.0001). In the sagittal stratum only, lower FA was associated with a younger age of onset (z=2.71, p=0.006), longer duration of illness (z=-2.086, p=0.036) and a higher percentage of medicated patients in the cohorts studied (z=-1.98, p=0.047). No significant association with symptom severity was found. Pediatric OCD patients did not show any detectable microstructural abnormalities compared to matched controls. Conclusions and Relevance: Microstructural alterations in projection and association fibers to posterior brain regions were found in adult OCD, and related to disease course and medication status. Such results are relevant to models positing deficits in connectivity as a crucial mechanism in OCD.

Abstract Externalizing psychopathology in childhood is a predictor of poor outcomes across the lifespan. Children exhibiting elevated externalizing psychopathology also commonly show emotion dysregulation and callous-unemotional (CU) traits. Examining cross-sectional and longitudinal neural correlates across dimensions linked to externalizing psychopathology during childhood may clarify shared or distinct neurobiological vulnerability for psychopathological impairment later in life. We used tabulated brain structure and behavioural data from baseline, year 1, and year 2 timepoints of the Adolescent Brain Cognitive Development Study (ABCD; baseline n=10,534). We fit separate linear mixed effect models to examine whether baseline brain structures in frontolimbic and striatal regions (cortical thickness or subcortical volume) were associated with externalizing symptoms, emotion dysregulation, and/or CU traits at baseline and over a two-year period. At baseline, cortical thickness in the right rostral middle frontal gyrus and bilateral pars orbitalis was positively associated with CU traits ( β =|0.027-0.033|, p corrected =0.009-0.03). Subcortical volume in the left caudate, right amygdala, and bilateral nucleus accumbens was negatively associated with emotion dysregulation ( β =|0.026 – 0.037|, p corrected =<0.001-0.02). Over the two-year follow-up period, higher baseline cortical thickness in the left pars triangularis and rostral middle frontal gyrus predicted greater decreases in externalizing symptoms (F=6.33-6.94, p corrected =0.014). The results of the current study suggest that unique regions within frontolimbic and striatal networks may be more strongly associated with different dimensions of externalizing psychopathology. The longitudinal findings indicate that brain structure in early childhood may provide insight into structural features that influence behaviour over time.

Abstract Fractional amplitude of low-frequency fluctuation (fALFF) is a validated measure of resting-state spontaneous brain activity. Previous fALFF findings in autism and schizophrenia spectrum disorders (ASDs and SSDs) have been highly heterogeneous. We aimed to use fALFF in a large sample of typically developing control (TDC), ASD and SSD participants to explore group differences and relationships with inter-individual variability of fALFF maps and social cognition. fALFF from 495 participants (185 TDC, 68 ASD, and 242 SSD) was computed using functional magnetic resonance imaging as signal power within two frequency bands (i.e., slow-4 and slow-5), normalized by the power in the remaining frequency spectrum. Permutation analysis of linear models was employed to investigate the relationship of fALFF with diagnostic groups, higher-level social cognition, and lower-level social cognition. Each participant’s average distance of fALFF map to all others was defined as a variability score, with higher scores indicating less typical maps. Lower fALFF in the visual and higher fALFF in the frontal regions were found in both SSD and ASD participants compared with TDCs. Limited differences were observed between ASD and SSD participants in the cuneus regions only. Associations between slow-4 fALFF and higher-level social cognitive scores across the whole sample were observed in the lateral occipitotemporal and temporoparietal junction. Individual variability within the ASD and SSD groups was also significantly higher compared with TDC. Similar patterns of fALFF and individual variability in ASD and SSD suggest some common neurobiological deficits across these related heterogeneous conditions.

Abstract Background The ability to inhibit a response is a component of executive control that is impaired in many individuals with obsessive compulsive disorder (OCD) and may contribute to clinical symptoms. This study explored whether neural processing during response inhibition, measured using magnetoencephalography (MEG), differed in a sample of medication-naïve youth with OCD, compared to typically developing controls (TDC). Methods Data was acquired from 20 medication-naïve children and youth with OCD (11.9 ± 2.1 SD years) and 14 TDC (12.3 ± 2.1 SD years). MEG was used to localize and characterize neural activity during a Go/No-Go task. Regional differences in amplitude of activity during a Go and No-Go condition between OCD versus TDC were examined. Results In response to the visual cue presented during the Go condition, participants with OCD showed significantly increased amplitude of activity in the primary motor (MI) cortex compared to TDC. A trend towards decreased amplitude of activity in the orbitofrontal cortex in OCD versus TDC was also found during stop errors in the No-Go condition. Conclusion Our preliminary study in a small medication-naïve sample suggests that neural response within motor and orbitofrontal regions may be altered during Go/No-Go Task performance, and that MEG as an imaging tool may be sensitive to detecting such differences.

1. Abstract Some children that experience a concussion exhibit long-lasting emotional and behavioral problems post-injury, with greater rates of persistent problems in females. Establishing the contribution of (1) pre-existing behavioral problems and (2) disrupted maturation of the brain’s vulnerable white matter, to long-lasting behavioral problems has been a challenge due to a lack of pre-injury behavioral and imaging data. From the Adolescent Brain Cognitive Development Cohort, this study examined 204 11-12-year-old children who experienced a concussion after baseline data collection at age 9-10-years-old. Internalizing and externalizing behavioral problems were assessed with the Child Behavior Checklist. In 99 of these children with MRI data available, white matter microstructure was characterized in deep and superficial white matter by neurite density from restriction spectrum image modeling of diffusion MRI. Linear regressions modeled 1) post-concussion behavior symptoms controlling for pre-injury behavior, 2) the impact of concussion on white matter maturation, and 3) the contribution of deviations in white matter maturation to post-concussion behavior symptoms. When controlling for preinjury scores, post-injury internalizing and externalizing scores were higher in female but not male children with concussion compared to children with no concussion. Group comparisons of change in neurite density over two years reflecting white matter maturation demonstrated an age-dependent effect whereby younger female children had less change in neurite density over time than younger children with no concussion. In female children with concussion, less change in superficial white matter neurite density over time was associated with more internalizing behavior problems. These results suggest that in female children, concussions are associated with behavior problems beyond those that exist pre-injury, and injury to the brain’s vulnerable white matter may be a biological substrate underlying persistent internalizing behaviors.

ABSTRACT Background Externalizing and internalizing behaviors are common and contribute to impairment in children with neurodevelopmental disorders (NDDs). Associations between externalizing or internalizing behaviors and cortico-amygdalar connectivity have been found in children with and without clinically significant internalizing/externalizing behaviors. This study examined whether such associations are present across children with different NDDs. Methods Multi-modal neuroimaging and behavioral data from the Province of Ontario Neurodevelopmental Disorders (POND) Network were used. POND participants aged 6-18 years with a primary diagnosis of autism spectrum disorder (ASD), attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) or obsessive-compulsive disorder (OCD), as well as typically developing children (TDC) with T1-weighted, resting-state fMRI or diffusion weighted imaging and parent-report Child Behavioral Checklist (CBCL) data available, were analyzed (n range=157-346). Associations between externalizing or internalizing behavior and cortico-amygdalar structural and functional connectivity indices were examined using linear regressions, controlling for age, gender, and image-modality specific covariates. Behavior-by-diagnosis interaction effects were also examined. Results No significant linear associations (or diagnosis-by-behavior interaction effects) were found between CBCL-measured externalizing or internalizing behaviors and any of the connectivity indices examined. Post-hoc bootstrapping analyses indicated stability and reliability of these null results. Conclusions The current study provides evidence in favour of the absence of a shared linear relationship between internalizing or externalizing behaviors and cortico-amygdalar connectivity properties across a transdiagnostic sample of children with various NDDs and TDC. Detecting shared brain-behavior relationships in children with NDDs may benefit from the use of different methodological approaches, including incorporation of multi-dimensional behavioral data (i.e. behavioral assessments, neurocognitive tasks, task-based fMRI) or clustering approaches to delineate whether subgroups of individuals with different brain-behavior profiles are present within heterogeneous cross-disorder samples.