Abstract Background Early life stress has been associated with emotional dysregulations and altered architecture of limbic-prefrontal brain systems engaged in emotional processing. Serotonin regulates both, developmental and experience-dependent neuroplasticity in these circuits. Central serotonergic biosynthesis rates are regulated by Tryptophan hydroxylase 2 ( TPH2 ), and transgenic animal models suggest that TPH2 -gene associated differences in serotonergic signaling mediate the impact of aversive early life experiences on a phenotype characterized by anxious avoidance. Methods The present study employed an imaging genetics approach that capitalized on individual differences in a TPH2 polymorphism (703G/T; rs4570625) to determine whether differences in serotonergic signaling modulate the effects of early life stress on brain structure and function and punishment sensitivity in humans (n = 252). Results Higher maltreatment exposure before the age of 16 was associated with increased gray matter volumes in a circuitry spanning thalamic-limbic-prefrontal regions and decreased intrinsic communication in limbic-prefrontal circuits selectively in TT carriers. In an independent replication sample, associations between higher early life stress and increased frontal volumes in TT carriers were confirmed. On the phenotype level, the genotype moderated the association between higher early life stress exposure and higher punishment sensitivity. In TT carriers, the association between higher early life stress exposure and punishment sensitivity was critically mediated by increased thalamic-limbic-prefrontal volumes. Conclusions The present findings suggest that early life stress shapes the neural organization of the limbic-prefrontal circuits in interaction with individual variations in the TPH2 gene to promote a phenotype characterized by facilitated threat avoidance, thus promoting early adaptation to an adverse environment.

Abstract Background Accumulating evidence suggests brain structural and functional alterations in Internet Use Disorder (IUD). However, conclusions are strongly limited due to the retrospective case-control design of the studies, small samples, and the focus on general rather than symptom-specific approaches. Methods We here employed a dimensional multi-methodical MRI-neuroimaging design in a final sample of n = 203 subjects to examine associations between levels of IUD and its symptom-dimensions (loss of control/time management, craving/social problems) with brain structure, resting state and task-based (pain empathy, affective go/no-go) brain function. Results Although the present sample covered the entire range of IUD, including normal, problematic as well as pathological levels, general IUD symptom load was not associated with brain structural or functional alterations. However, the symptom-dimensions exhibited opposing associations with the intrinsic and structural organization of the brain, such that loss of control/time management exhibited negative associations with intrinsic striatal networks and hippocampal volume, while craving/social problems exhibited a positive association with intrinsic striatal networks and caudate volume. Conclusions Our findings provided the first evidence for IUD symptom-domain specific associations with progressive alterations in the intrinsic structural and functional organization of the brain, particularly of striatal systems involved in reward, habitual and cognitive control processes.

Abstract Infidelity is the major cause of breakups and individuals with a history of infidelity are more likely to repeat it, but may also present a greater opportunity for short-term sexual relationships. Here in a pre-registered, double-blind study involving 160 subjects we report that while both sexes valued faithful individuals most for long-term relationships, both single men and those in a relationship were more interested in having short-term relationships with previously unfaithful individuals than women. Oxytocin administration resulted in men rating the faces of unfaithful women as more attractive but in women rating those of unfaithful men as less attractive and also finding them less memorable. Oxytocin also increased men’s interest in having short-term relationships with previously unfaithful women whereas it increased women’s interest in having long-term relationships with faithful men. Thus, oxytocin release during courtship may first act to amplify sex-dependent priorities in attraction and mate choice before subsequently promoting romantic bonds.

Recent approaches for understanding the neural basis of pain empathy emphasize the dynamic construction of neural networks underlying this multifaceted social cognitive process. Inter-subject phase synchronization (ISPS) is an approach for exploratory analysis of task-based fMRI data that reveals brain networks dynamically synchronized to task-features across participants. We applied ISPS to task-fMRI data assessing vicarious pain empathy in a large sample of healthy participants (n=238). The task employed physical (limb) and affective (faces) painful and corresponding non-painful visual stimuli. ISPS revealed two distinct networks synchronized during physical pain observation, one encompassing anterior insula and midcingulate regions strongly engaged in (vicarious) pain, and another encompassing parietal and inferior frontal regions associated with social cognitive processes which may further modulate and support the physical pain empathic response. No robust network synchronization was observed while processing affective pain, possibly reflecting high inter-individual variation in response to socially transmitted pain experiences. ISPS also revealed networks related to task onset or general processing of physical (limb) or affective (face) stimuli which encompassed networks engaged in object manipulation or face processing, respectively. Together, the ISPS approach permits segregation of networks engaged in different psychological processes, providing additional insight into shared neural mechanisms of empathy for physical pain, but not affective pain, across individuals.

We interact socially and form bonds with others because such experiences are rewarding. However, an insecure attachment style or social anxiety can reduce these rewarding effects. The neuropeptide oxytocin (OXT) may facilitate social interactions either by increasing their rewarding experience or by attenuating anxiety, although effects can be sex- and attachment-style dependent. In this study, 64 pairs of same-sex friends completed a social sharing paradigm in a double-blind, placebo-controlled, between-subject design with one friend inside an MRI scanner and the other in a remote behavioral testing room. In this way we could examine whether intranasal-OXT differentially modulated the emotional impact of social sharing and associated neural processing. Additionally, we investigated if OXT effects were modulated by sex and attachment style. Results showed that in women, but not men, OXT increased ratings for sharing stimuli with their friend but not with a stranger, particularly in the friend in the scanner. Corresponding neuroimaging results showed that OXT decreased both amygdala and insula activity as well as their functional connectivity in women when they shared with friends but had the opposite effect in men. On the other hand, OXT did not enhance responses in brain reward circuitry. In the PLC treated group amygdala responses in women when they shared pictures with their friend were positively associated with attachment anxiety and OXT uncoupled this. Our findings demonstrate that OXT facilitates the impact of sharing positive experiences with others in women, but not men, and that this is associated with differential effects on the amygdala and insula and their functional connections. Furthermore, OXT particularly reduced increased amygdala responses during sharing in individuals with higher attachment anxiety. Thus, OXT effects in this context may be due more to reduced anxiety when sharing with a friend than to enhanced social reward.

Romantic jealousy is a complex social emotion combining the different primary emotions of anger, fear and sadness. Previous evidence has suggested the involvement of fronto-striatal dopaminergic circuitry in clinical pathological jealousy, although little is known about overlaps with the neural representation of primary emotions involved in non-morbid jealousy. In the current study, 85 healthy subjects underwent fMRI during resting state and an emotional face recognition paradigm. A total of 150 faces (happy, angry, fearful, sad, neutral) were presented and subjects were required to identify the expression and rate its intensity. Trait romantic jealousy was assessed using the Multidimensional Jealousy Scale. Behavioral results showed that only intensity ratings of angry faces were positively associated with subjects jealousy scores. During processing of angry versus neutral expression faces, subjects with higher jealousy scores exhibited greater activation in the right thalamus, insula, fusiform gyrus and hippocampus, left dorsal striatum and superior parietal lobule and bilateral cerebellum and inferior frontal gyrus after controlling for trait aggression and sex. Functional connectivity between the inferior frontal gyrus and caudate was also increased. No associations with resting state functional connectivity were found. Overall, the present study demonstrates an association between romantic jealousy and increased intensity ratings of angry faces as well as in activity and functional connectivity of dorsal striatal-inferior frontal circuitry. Thus, increased emotional responsivity to social threat and enhanced activity in limbic regions and dopaminergic fronto-striatal circuitry may be features of both non-morbid and pathological jealousy.

Abstract Studies demonstrated that faces with threatening emotional expressions are better remembered than non-threatening faces. However, whether this memory advantage persists over years and which neural systems underlie such an effect remains unknown. Here, we investigated recognition of incidentally encoded faces with angry, fearful, happy, sad and neutral expressions over >1.5 years ( N = 89). Univariate analyses showed that threatening faces (angry, fearful) were better recognized than happy and neutral faces after >1.5 years, and that the threat-related memory enhancement was driven by forgetting of non-threatening faces. Multivariate principal component analysis (PCA) confirmed the discriminative performance between threatening and non-threatening faces. With an innovative Behavioral Pattern Similarity Analysis (BPSA) approach and functional magnetic resonance imaging (fMRI) acquisition during encoding, we further found that the long-term memory advantage for threatening faces were underpinned by differential neural encoding in the left inferior occipital gyrus (IOG) and right ventromedial prefrontal/orbitofrontal cortex (vmPFC/OFC). Our study provides the first evidence that threatening facial expressions lead to persistent face recognition over periods of >1.5 years and differential encoding-related activity in the visual cortex and medial prefrontal cortex may underlie this effect.

Abstract Inhibitory control hierarchically regulates cognitive and emotional systems in the service of adaptive goal-directed behavior across changing task demands and environments. While previous studies convergently determined the contribution of prefrontal-striatal systems to general inhibitory control, findings on the specific circuits that mediate the context-specific impact of inhibitory control remained inconclusive. Against this background we employed an evaluated emotional Go/No Go task with fMRI in a large cohort of subjects (N = 250) to segregate brain systems and circuits that mediate domain-general from emotion-specific inhibition control. Particularly during a positive emotional context, behavioral results showed a lower accuracy for No Go trials and a faster response time for Go trials. While the dorsal striatum and lateral frontal regions were involved in inhibitory control irrespective of emotional context, activity in the ventral striatum (VS) and medial orbitofrontal cortex (mOFC) varied as a function of emotional context. On the voxel-wise network level, limbic and striatal systems generally exhibited highest changes in global brain connectivity during inhibitory control, while global brain connectivity of the left mOFC was less suppressed during emotional contexts. Functional connectivity analyses moreover revealed that negative coupling between the VS with inferior frontal gyrus (IFG)/insula and mOFC varied as a function of emotional context. Together these findings indicated separable domain general systems as well emotional context-specific inhibitory brain systems which specifically encompass the VS and its connections with frontal regions.

Abstract The involvement of specific basal ganglia-thalamocortical circuits in response inhibition has been extensively mapped in animal models. However, the pivotal nodes and directed casual regulation within this inhibitory circuit in humans remains controversial. Here, we capitalize on the recent progress in robust and biologically plausible directed causal modelling (DCM-PEB) and a large response inhibition dataset (n=218; 104 males) acquired with concomitant functional fMRI to determine key nodes, their causal regulation and modulation via biological variables (sex) and inhibitory performance in the inhibitory circuit encompassing the right inferior frontal gyrus (rIFG), caudate nucleus (rCau), globus pallidum (rGP) and thalamus (rThal). The entire neural circuit exhibited high intrinsic connectivity and response inhibition critically increased causal projections from the rIFG to both rCau and rThal. Direct comparison further demonstrated that response inhibition induced an increasing rIFG inflow and increased the causal regulation of this region over the rCau and rThal. In addition, sex and performance influenced the architecture of the regulatory circuits such that women displayed increased rThal self-inhibition and decreased rThal to GP modulation, while better inhibitory performance was associated with stronger rThal to rIFG communication. Furthermore, control analyses did not reveal a similar key communication in a left lateralized model. Together these findings indicate a pivotal role of the rIFG as input and causal regulator of subcortical response inhibition nodes.

Insular and anterior cingulate cortex activation across vicarious pain induction procedures suggests that they are core pain empathy nodes. However, pain empathic responses encompass emotional contagion as well as unspecific arousal and overlapping functional activations are not sufficient to determine shared and process-specific neural representations. We employed multivariate pattern analyses to fMRI data acquired during physical and affective vicarious pain induction and found spatially and functionally similar cross-modality (physical versus affective) whole-brain vicarious pain-predictive patterns. Further analyses consistently identified shared neural representations in the bilateral mid-insula. Mid-insula vicarious pain patterns were not sensitive to capture non-painful arousing negative stimuli but predicted self-experienced pain during thermal stimulation, suggesting process-specific representation of emotional contagion for pain. Finally, a domain-general vicarious pain pattern which predicted vicarious as well as self-experienced pain was developed. Our findings demonstrate a generalizable neural expression of vicarious pain and suggest that the mid-insula encodes emotional contagion for pain.