Successful social interactions require both affect sharing (empathy) and understanding others' mental states (Theory of Mind, ToM). As these two functions have mostly been investigated in isolation, the specificity of the underlying neural networks and the relation of these networks to the respective behavioral indices could not be tested. Here, we present a novel fMRI paradigm (EmpaToM) that independently manipulates both empathy and ToM. Experiments 1a/b (N=90) validated the task with established empathy and ToM paradigms on a behavioral and neural level. Experiment 2 (N=178) employed the EmpaToM and revealed clearly separable neural networks including anterior insula for empathy and ventral temporoparietal junction for ToM. These distinct networks could be replicated in task-free resting state functional connectivity. Importantly, brain activity in these two networks specifically predicted the respective behavioral indices, that is, inter-individual differences in ToM related brain activity predicted inter-individual differences in ToM performance, but not empathic responding, and vice versa. Taken together, the validated EmpaToM allows separation of affective and cognitive routes to understanding others. It may thus benefit future clinical, developmental, and intervention studies on identifying selective impairments and improvement in specific components of social cognition.

Altruistic behavior varies considerably across people and decision contexts. The relevant computational and motivational mechanisms that underlie its heterogeneity, however, are poorly understood. Using a charitable giving task together with multivariate decoding techniques, we identified three distinct psychological mechanisms underlying altruistic decision-making (empathy, perspective taking, and attentional reorienting) and linked them to dissociable neural computations. Neural responses in the anterior insula (AI) (but not temporoparietal junction [TPJ]) encoded trial-wise empathy for beneficiaries, whereas the TPJ (but not AI) predicted the degree of perspective taking. Importantly, the relative influence of both socio-cognitive processes differed across individuals: participants whose donation behavior was heavily influenced by affective empathy exhibited higher predictive accuracies for generosity in AI, whereas those who strongly relied on cognitive perspective taking showed improved predictions of generous donations in TPJ. Furthermore, subject-specific contributions of both processes for donations were reflected in participants' empathy and perspective taking responses in a separate fMRI task (EmpaToM), suggesting that process-specific inputs into altruistic choices may reflect participants' general propensity to either empathize or mentalize. Finally, using independent attention task data, we identified shared neural codes for attentional reorienting and generous donations in the posterior superior temporal sulcus, suggesting that domain-general attention shifts also contribute to generous behavior (but not in TPJ or AI). Overall, our findings demonstrate highly specific roles of AI for affective empathy and TPJ for cognitive perspective taking as precursors of prosocial behavior and suggest that these discrete routes of social cognition differentially drive intraindividual and interindividual differences in altruistic behavior.Human societies depend on the altruistic behavior of their members, but teasing apart its underlying motivations and neural mechanisms poses a serious challenge. Using multivariate decoding techniques, we delineated three distinct processes for altruistic decision-making (affective empathy, cognitive perspective taking, and domain-general attention shifts), linked them to dissociable neural computations, and identified their relative influence across individuals. Distinguishing process-specific computations both behaviorally and neurally is crucial for developing complete theoretical and neuroscientific accounts of altruistic behavior and more effective means of increasing it. Moreover, information on the relative influence of subprocesses across individuals and its link to people's more general propensity to engage empathy or perspective taking can inform training programs to increase prosociality, considering their "fit" with different individuals.

Although neuroscientific research has revealed experience-dependent brain changes across the life span in sensory, motor, and cognitive domains, plasticity relating to social capacities remains largely unknown. To investigate whether the targeted mental training of different cognitive and social skills can induce specific changes in brain morphology, we collected longitudinal magnetic resonance imaging (MRI) data throughout a 9-month mental training intervention from a large sample of adults between 20 and 55 years of age. By means of various daily mental exercises and weekly instructed group sessions, training protocols specifically addressed three functional domains: (i) mindfulness-based attention and interoception, (ii) socio-affective skills (compassion, dealing with difficult emotions, and prosocial motivation), and (iii) socio-cognitive skills (cognitive perspective-taking on self and others and metacognition). MRI-based cortical thickness analyses, contrasting the different training modules against each other, indicated spatially diverging changes in cortical morphology. Training of present-moment focused attention mostly led to increases in cortical thickness in prefrontal regions, socio-affective training induced plasticity in frontoinsular regions, and socio-cognitive training included change in inferior frontal and lateral temporal cortices. Module-specific structural brain changes correlated with training-induced behavioral improvements in the same individuals in domain-specific measures of attention, compassion, and cognitive perspective-taking, respectively, and overlapped with task-relevant functional networks. Our longitudinal findings indicate structural plasticity in well-known socio-affective and socio-cognitive brain networks in healthy adults based on targeted short daily mental practices. These findings could promote the development of evidence-based mental training interventions in clinical, educational, and corporate settings aimed at cultivating social intelligence, prosocial motivation, and cooperation.

Although the processes that underlie sharing others' emotions (empathy) and understanding others' mental states (mentalizing, Theory of Mind) have received increasing attention, it is yet unclear how they relate to each other. For instance, are people who strongly empathize with others also more proficient in mentalizing? And (how) do the neural networks supporting empathy and mentalizing interact? Assessing both functions simultaneously in a large sample (N = 178), we show that people's capacities to empathize and mentalize are independent, both on a behavioral and neural level. Thus, strong empathizers are not necessarily proficient mentalizers, arguing against a general capacity of social understanding. Second, we applied dynamic causal modeling to investigate how the neural networks underlying empathy and mentalizing are orchestrated in naturalistic social settings. Results reveal that in highly emotional situations, empathic sharing can inhibit mentalizing-related activity and thereby harm mentalizing performance. Taken together, our findings speak against a unitary construct of social understanding and suggest flexible interplay of distinct social functions.

Abstract The human brain scaffolds social cognitive functions, including Theory of Mind, empathy and compassion, through its functional and microstructural organization. However, it remains unclear how the learning and refinement of these skills may, in turn, shape brain function and structure. Here we studied if different types of social mental training can lead to plastic changes in brain function and microstructure. We studied a group of 332 healthy adults (197 women, 20-55 years) with repeated multimodal neuroimaging and behavioral testing. Our neuroimaging approach capitalized on the quantification of cortical functional gradients and myelin-sensitive T1 relaxometry, two emerging measures of cortical functional organization and microstructure. Longitudinal analysis indicated marked changes in intrinsic cortical function and microstructure, which varied as a function of social training content. In particular, we observed consistent differential change in function and microstructure between attention-mindfulness and socio-cognitive training in regions functionally associated with attention and interoception, including insular and parietal cortices. Conversely, socio-affective and socio-cognitive training resulted in differential microstructural changes in regions classically implicated in interoceptive and emotional processing, including insular and orbitofrontal areas, but did not result in functional reorganization. Notably, longitudinal changes in cortical function and microstructure were predictive of behavioral change in attention, compassion and perspective-taking, suggesting behavioral relevance. In sum, our work provides evidence for functional and microstructural plasticity after the training of social-interoceptive functions, and provides a causal perspective on the neural basis of behavioral adaptation in human adults.