Abstract There is a need for improved understanding of how different cerebrovascular reactivity (CVR) protocols affect vascular cross-sectional area (CSA) when measures of vascular CSA are not feasible. In human participants, we delivered ~±4mmHg end-tidal partial pressure of CO 2 (PETCO 2 ) relative to baseline through controlled delivery, and measured changes in middle cerebral artery (MCA) cross-sectional area (CSA; magnetic resonance imaging (7 Tesla MRI)), blood velocity (transcranial Doppler and Phase contrast MRI), and calculated CVR based on steady-state versus a ramp protocol during two protocols: a 3-minute steady-state (+4mmHg PETCO 2 ) and a ramp (delta of −3 to +4mmHg of PETCO 2 ). We observed that 1) the MCA did not dilate during the ramp protocol, but did dilate during steady-state hypercapnia, and 2) MCA blood velocity CVR was similar between ramp and steady-state hypercapnia protocols, although calculated MCA blood flow CVR was greater during steady-state hypercapnia than during ramp, the discrepancy due to MCA CSA changes during steady-state hypercapnia. Due to the ability to achieve similar levels of MCA blood velocity CVR as steady-state hypercapnia, the lack of change in MCA cross-sectional area, and the minimal expected change in blood pressure, we propose that a ramp model, across a delta of ~−3 to +4mmHg PETCO 2 , may provide one alternative approach to collecting CVR measures in young adults with TCD when CSA measures are not feasible.

Abstract The common marmoset ( Callithrix jacchus ) is known for its highly vocal nature, displaying a diverse range of different calls. Functional imaging in marmosets has shown that the processing of conspecific calls activates a brain network that includes fronto-temporal cortical and subcortical areas. It is currently unknown whether different call types activate the same or different networks. Here we show unique activation patterns for different calls. Nine adult marmosets were exposed to four common vocalizations (phee, chatter, trill, and twitter), and their brain responses were recorded using event-related fMRI at 9.4T. We found robust activations in the auditory cortices, encompassing core, belt, and parabelt regions, and in subcortical areas like the inferior colliculus, medial geniculate nucleus, and amygdala in response to these conspecific calls. Different neural activation patterns were observed among the vocalizations, suggesting vocalization-specific neural processing. Phee and twitter calls, often used over long distances, activated similar neural circuits, whereas trill and chatter, associated with closer social interactions, demonstrated a closer resemblance in their activation patterns. Our findings also indicate the involvement of the cerebellum and medial prefrontal cortex (mPFC) in distinguishing particular vocalizations from others. Significance Statement This study investigates the neural processing of vocal communications in the common marmoset ( Callithrix jacchus ), a species with a diverse vocal repertoire. Utilizing event-related fMRI at 9.4T, we demonstrate that different marmoset calls (phee, chatter, trill, and twitter) elicit distinct activation patterns in the brain, challenging the notion of a uniform neural network for all vocalizations. Each call type distinctly engages various regions within the auditory cortices and subcortical areas, reflecting the complexity and context-specific nature of primate communication. These findings offer insights into the evolutionary mechanisms of primate vocal perception and provide a foundation for understanding the origins of human speech and language processing.

Abstract Theory of Mind (ToM) refers to the ability to ascribe mental states to other individuals. This process is so strong that it extends even to the attribution of mental states to animations depicting interacting simple geometric shapes, such as in the Frith-Happé animations in which two triangles move either purposelessly (Random condition), or as if one triangle is reacting to the other triangle’s mental state (ToM condition). Currently, there is no evidence that nonhuman primates attribute mental states to moving abstract shapes. Here we investigated whether highly social marmosets ( Callithrix jacchus ) process ToM and Random Frith-Happé animations differently. Our results show that marmosets and humans (1) follow more closely one of the triangles during the observation of ToM compared to Random animations, and (2) activate large and comparable brain networks when viewing ToM compared to Random animations. These findings indicate that marmosets, like humans, process ToM animations differently from Random animations.

Most neuroanatomical studies are based on MR images, whose intensity profiles are not solely determined by the tissue's longitudinal relaxation times (T1) but also affected by varying non-T1 contributions, hampering data reproducibility. In contrast, quantitative imaging using the MP2RAGE sequence, for example, allows direct characterization of the brain based on the tissue property of interest. Combined with 7 Tesla (7T) MRI, this offers unique opportunities to obtain robust high-resolution brain data characterized by a high reproducibility, sensitivity and specificity. However, specific MP2RAGE parameters choices − e.g., to emphasize intracortical myelin-dependent contrast variations − can substantially impact image quality and cortical analyses through remnants of B1+-related intensity variations, as illustrated in our previous work. To follow up on this: we (1) validate this protocol effect using a dataset acquired with a particularly B1+ insensitive set of MP2RAGE parameters combined with parallel transmission excitation; and (2) extend our analyses to evaluate the effects on hippocampal and subcortical morphometry. The latter remained unexplored initially but will provide important insights related to generalizability and reproducibility of neurodegenerative research using 7T MRI. We confirm that B1+ inhomogeneities have a considerably variable effect on cortical T1 and thickness estimates, as well as on hippocampal and subcortical morphometry depending on MP2RAGE setup. While T1 differed substantially across datasets initially, we show inter-site T1 comparability improves after correcting for the spatially varying B1+ field using a separately acquired Sa2RAGE B1+ map. Finally, as for cortical thickness, removal of B1+ residuals affects hippocampal and subcortical volumetry and boundary definitions, particularly near structures characterized by strong intensity changes (e.g. cerebral spinal fluid and arteries). Taken together, we show that the choice of MP2RAGE parameters can impact T1 comparability across sites and present evidence that hippocampal and subcortical segmentation results are modulated by B1+ inhomogeneities. This calls for careful (1) consideration of sequence parameters when setting acquisition protocols; as well as (2) interpretation of results focused on neuroanatomical changes due to disease.

The zona incerta (ZI) is a small gray matter region of the deep brain first identified in the 19th century, yet direct in vivo visualization and characterization has remained elusive. Noninvasive detection of the ZI and surrounding region could be critical to further our understanding of this widely connected but poorly understood deep brain region and could contribute to the development and optimization of neuromodulatory therapies. We demonstrate that high resolution (submillimetric) longitudinal (T1) relaxometry measurements at high magnetic field strength (7 Tesla) can be used to delineate the ZI from surrounding white matter structures, specifically the fasciculus cerebellothalamicus, fields of Forel (fasciculus lenticularis, fasciculus thalamicus, field H), and medial lemniscus. Using this approach, we successfully derived in vivo estimates of the size, shape, location, and tissue characteristics of substructures in the ZI region, confirming observations only previously possible through histological evaluation that this region is not just a space between structures but contains distinct morphological entities that should be considered separately. Our findings pave the way for increasingly detailed in vivo study and provide a structural foundation for precise functional and neuromodulatory investigation.