Abstract The evolution of humans as a highly social species tuned the brain to the social world; yet the mechanisms by which humans coordinate their brain response online during social interactions remain unclear. Using hyperscanning EEG recordings, we measured brain-to-brain synchrony in 104 adults during a male-female naturalistic social interaction, comparing romantic couples and strangers. Neural synchrony was found for couples, but not for strangers, localized to temporal-parietal structures and expressed in gamma rhythms. Brain coordination was not found during a three-minute rest, pinpointing neural synchrony to social interactions among affiliative partners. Brain-to-brain synchrony was linked with behavioral synchrony. Among couples, neural synchrony was anchored in moments of social gaze and positive affect, whereas among strangers, longer durations of social gaze and positive affect correlated with greater neural synchrony. Brain-to-brain synchrony was unrelated to episodes of speech/no-speech or general content of conversation. Our findings link brain-to-brain synchrony to the degree of social connectedness among interacting partners, ground neural synchrony in key nonverbal social behaviors, and highlight the role of human attachment in providing a template for two-brain coordination.

Research has identified clinical, genomic, and neurophysiological markers associated with suicide attempts (SA) among individuals with psychiatric illness. However, there is limited research among those with an alcohol use disorder (AUD), despite their disproportionately higher rates of SA. We examined lifetime SA in 4,068 individuals with DSM-IV alcohol dependence from the Collaborative Study on the Genetics of Alcoholism (23% lifetime suicide attempt; 53% female; mean age: 38). Within participants with an AUD diagnosis, we explored risk across other clinical conditions, polygenic scores (PGS) for comorbid psychiatric problems, and neurocognitive functioning for lifetime suicide attempt. Participants with an AUD who had attempted suicide had greater rates of trauma exposure, major depressive disorder, post-traumatic stress disorder, and other substance use disorders compared to those who had not attempted suicide. Polygenic scores for suicide attempt, depression, and PTSD were associated with reporting a suicide attempt (ORs = 1.22 - 1.44). Participants who reported a SA also had decreased right hemispheric frontal-parietal theta and decreased interhemispheric temporal-parietal alpha electroencephalogram resting-state coherences relative to those who did not, but differences were small. Overall, individuals with an AUD who report a lifetime suicide attempt appear to experience greater levels of trauma, have more severe comorbidities, and carry polygenic risk for a variety of psychiatric problems. Our results demonstrate the need to further investigate suicide attempts in the presence of substance use disorders.

Abstract Brain age measures predicted from structural and functional brain features are increasingly being used to understand brain integrity, disorders, and health. While there is a vast literature showing aberrations in both structural and functional brain measures in individuals with and at risk for alcohol use disorder (AUD), few studies have investigated brain age in these groups. The current study examines brain age measures predicted using brain morphological features, such as cortical thickness and brain volume, in individuals with a lifetime diagnosis of AUD as well as in those at higher risk to develop AUD from families with multiple members affected with AUD (i.e., higher family history density (FHD) scores). The AUD dataset included a group of 30 adult males (mean age = 41.25 years) with a lifetime diagnosis of AUD and currently abstinent and a group of 30 male controls (mean age = 27.24 years) without any history of AUD. A second dataset of young adults who were categorized based on their FHD scores comprised a group of 40 individuals (20 males) with high FHD of AUD (mean age = 25.33 years) and a group of 31 individuals (18 males) with low FHD (mean age = 25.47 years). Brain age was predicted using 187 brain morphological features of cortical thickness and brain volume in an XGBoost regression model; a bias-correction procedure was applied to the predicted brain age. Results showed that both AUD and high FHD individuals showed an increase of 1.70 and 0.09 years (1.08 months), respectively, in their brain age relative to their chronological age, suggesting accelerated brain aging in AUD and risk for AUD. Increased brain age was associated with poor performance on neurocognitive tests of executive functioning in both AUD and high FHD individuals, indicating that brain age can also serve as a proxy for cognitive functioning and brain health. These findings on brain aging in these groups may have important implications for the prevention and treatment of AUD and ensuing cognitive decline.

Abstract Memory problems are common among older adults with a history of alcohol use disorder (AUD). Employing a machine learning framework, the current study investigates the use of multi-domain features to classify individuals with and without alcohol-induced memory problems. A group of 94 individuals (ages 50-81 years) with alcohol-induced memory problems ( Memory group) were compared with a matched Control group who did not have memory problems. The Random Forests model identified specific features from each domain that contributed to the classification of Memory vs. Control group (AUC=88.29%). Specifically, individuals from the Memory group manifested a predominant pattern of hyperconnectivity across the default mode network regions except some connections involving anterior cingulate cortex which were predominantly hypoconnected. Other significant contributing features were (i) polygenic risk scores for AUD, (ii) alcohol consumption and related health consequences during the past 5 years, such as health problems, past negative experiences, withdrawal symptoms, and the largest number of drinks in a day during the past 12 months, and (iii) elevated neuroticism and increased harm avoidance, and fewer positive “uplift” life events. At the neural systems level, hyperconnectivity across the default mode network regions, including the connections across the hippocampal hub regions, in individuals with memory problems may indicate dysregulation in neural information processing. Overall, the study outlines the importance of utilizing multidomain features, consisting of resting-state brain connectivity collected ∼18 years ago, together with personality, life experiences, polygenic risk, and alcohol consumption and related consequences, to predict alcohol-related memory problems that arise in later life.

Abstract To contribute to the understanding of changes in the factors governing the development of neural connectivity, the developmental structure of EEG coherence in adolescents and young adults was analyzed using the means, variances, and covariances of high alpha frequency band coherence measures from a set of 27 coherence pairs obtained from a sample of 1426 participants from the COGA study with 5006 observations over ages 12 through 31. Means and covariances were calculated at 96 age centers by a LOESS method. In the current study, trajectories of covariance matrices considered as individual units were determined by tensorial analysis: calculation of Riemannian geodesic (non-Euclidean) distances between matrices and application of both linear and non-linear dimension reduction techniques to these distances. Results were evaluated by bootstrap methods. Mean coherence trajectories for males and females were very similar, showing a steady upward trend from ages 12 to 20 which diminishes gradually from 20 to 25 and reaches stability from 25 to 31. In contrast, the individual covariance trajectories of males and female differed, with the male covariance levels becoming greater than that of females during the developmental process. Tensorial determination of the distances from the initial covariance matrix of subsequent covariance matrices to age 20 had the same trajectory as the mean coherence values. Tensorial determination of the trajectories of the covariance matrices of males and females based on their all pairs geodesic distances revealed a non-linear pattern in the multi-dimensional space of each of the trajectories: A steady increase in one dimension is accompanied by deviations from it peaking at age 20 which have both transient and lasting effects. There is a precise temporal parallelism of this pattern of covariance in males and females, while there is a consistent distance between the male and female covariance structures throughout the developmental process. Between region differences (anterior-posterior) within each sex are greater than between sex differences within regions. Examining development using multiple methods provides unique insight into the developmental process.