ABSTRACT Prolonged sensory deprivation has repeatedly been linked to cortical reorganization. We recently demonstrated that individuals with congenital anosmia (CA, complete olfactory deprivation since birth) have seemingly normal morphology in piriform (olfactory) cortex despite profound morphological deviations in the orbitofrontal cortex (OFC), a finding contradictory to both the known effects of blindness on visual cortex and to the sparse literature on brain morphology in anosmia. To establish whether these unexpected findings reflect the true brain morphology in CA, we first performed a direct replication of our previous study. Individuals with CA (n=30) were compared to age and sex matched controls (n=30) using voxel- and surface-based morphometry. The replication results were near identical to the original study: bilateral clusters of group differences in the OFC, including CA atrophy around the olfactory sulci and volume increases in the medial orbital gyri. Importantly, no group differences in piriform cortex were detected. Subsequently, to assess any subtle patterns of group differences not detectable by our mass-univariate analysis, we explored the data from a multivariate perspective. Combining the newly collected data with data from the replicated study (CA=49, Control=49) we performed support vector machine classification based on gray matter volume. In line with the mass-univariate analyses, the multivariate analysis could accurately differentiate between the groups in bilateral OFC (75-96% accuracy), whereas the classification accuracy in piriform cortex was at chance level. Our results suggest that despite lifelong olfactory deprivation, piriform (olfactory) cortex is morphologically unaltered and the morphological deviations in CA are confined to the OFC.

Primary sensory cortices have been demonstrated to process sensory input from non-preferred sensory modalities, e.g. primary visual cortex reacting to auditory stimulation, bringing their presumed sensory specificity into question. Whether this reflects processing of the non-preferred stimulus per se or originates from cross-modal associations is debated. Visual/auditory objects typically have strong reciprocal associations; hence, it is difficult to address this question in these modalities. Here, we attempt to dissociate between the two competing hypotheses of whether this form of activation in primary cortices is caused by unisensory processing or cross-modal associations by turning to the olfactory system where cross-modal associations are generally weaker. Using unisensory visual and auditory objects with odor associations ranging from none to strong, we show that the posterior piriform cortex, an area known to process odor objects, is activated by both sounds and pictures of objects. Critically, this activation is independent of the objects odor associations, thereby demonstrating that the activity is not due to cross-modal associations. Using a Floyd-Warshall algorithm, we further show that the amygdala mediate condition relevant information between the posterior piriform cortex and both the auditory and visual object-oriented cortices. Importantly, we replicate past findings of clear crossmodal processing in the visual and auditory systems. Our study demonstrates processing of non-olfactory input in olfactory cortices that is independent of cross-modal associations and contributes to a more nuanced view of modality specificity in olfactory, auditory, and visual cortices.