The ability of written and spoken words to access the same semantic meaning provides a test case for the multimodal convergence of information from sensory to associative areas. Using anatomically constrained magnetoencephalography (aMEG), the present study investigated the stages of word comprehension in real time in the auditory and visual modalities, as subjects participated in a semantic judgment task. Activity spread from the primary sensory areas along the respective ventral processing streams and converged in anterior temporal and inferior prefrontal regions, primarily on the left at around 400 ms. Comparison of response patterns during repetition priming between the two modalities suggest that they are initiated by modality-specific memory systems, but that they are eventually elaborated mainly in supramodal areas.

An increasing number of human in vivo magnetic resonance imaging (MRI) studies have focused on examining the structure and function of the subfields of the hippocampal formation (the dentate gyrus, CA fields 1 − 3, and the subiculum) and subregions of the parahippocampal gyrus (entorhinal, perirhinal, and parahippocampal cortices). The ability to interpret the results of such studies and to relate them to each other would be improved if a common standard existed for labeling hippocampal subfields and parahippocampal subregions. Currently, research groups label different subsets of structures and use different rules, landmarks, and cues to define their anatomical extents. This paper characterizes, both qualitatively and quantitatively, the variability in the existing manual segmentation protocols for labeling hippocampal and parahippocampal substructures in MRI, with the goal of guiding subsequent work on developing a harmonized substructure segmentation protocol. MRI scans of a single healthy adult human subject were acquired both at 3 T and 7 T. Representatives from 21 research groups applied their respective manual segmentation protocols to the MRI modalities of their choice. The resulting set of 21 segmentations was analyzed in a common anatomical space to quantify similarity and identify areas of agreement. The differences between the 21 protocols include the region within which segmentation is performed, the set of anatomical labels used, and the extents of specific anatomical labels. The greatest overall disagreement among the protocols is at the CA1/subiculum boundary, and disagreement across all structures is greatest in the anterior portion of the hippocampal formation relative to the body and tail. The combined examination of the 21 protocols in the same dataset suggests possible strategies towards developing a harmonized subfield segmentation protocol and facilitates comparison between published studies.

Brain activity to represent the future How do humans navigate from A to B? Brown et al. developed a virtual reality task to investigate the neural representations that support human navigational planning. Highly specific activity of the hippocampus and related brain areas represented the future locations to which participants eventually moved. Network-level interactions of the hippocampus with the prefrontal cortex thus enable flexible representation of planned destinations. Science , this issue p. 1323

Intense debate surrounds the role of medial temporal lobe (MTL) structures in recognition memory. Using high-resolution fMRI and analyses of pattern similarity in humans, we examined the encoding computations subserved by MTL subregions. Specifically, we tested the theory that MTL cortex supports memory by encoding overlapping representations, whereas hippocampus supports memory by encoding pattern-separated representations. Consistent with this view, the relationship between encoding pattern similarity and subsequent memory dissociated MTL cortex and hippocampus: later memory was predicted by greater across-item pattern similarity in perirhinal cortex and in parahippocampal cortex, but greater pattern distinctiveness in hippocampus. Additionally, by comparing neural patterns elicited by individual stimuli regardless of subsequent memory, we found that perirhinal cortex and parahippocampal cortex exhibited differential content sensitivity for multiple stimulus categories, whereas hippocampus failed to demonstrate content sensitivity. These data provide novel evidence that complementary MTL encoding computations subserve declarative memory.

Abstract The hippocampus (HC) and surrounding medial temporal lobe (MTL) cortical regions play a critical role in spatial navigation and episodic memory. However, it remains unclear how the interaction between the HC’s conjunctive coding and mnemonic differentiation contributes to neural representations of spatial environments. Multivariate functional magnetic resonance imaging (fMRI) analyses enable examination of how human HC and MTL cortical regions encode multidimensional spatial information to support memory-guided navigation. We combined high-resolution fMRI with a virtual navigation paradigm in which participants relied on memory of the environment to navigate to goal locations in two different virtual rooms. Within each room, participants were cued to navigate to four learned locations, each associated with one of two reward values. Pattern similarity analysis revealed that when participants successfully arrived at goal locations, activity patterns in HC and parahippocampal cortex (PHC) represented room-goal location conjunctions and activity patterns in HC subfields represented room-reward-location conjunctions. These results add to an emerging literature revealing hippocampal conjunctive representations during goal-directed behavior.

Inquiries into properties of brain structure and function have progressed due to developments in magnetic resonance imaging (MRI). To sustain progress in investigating and quantifying neuroanatomical details in vivo, the reliability and validity of brain measurements are paramount. Quality control (QC) is a set of procedures for mitigating errors and ensuring the validity and reliability of brain measurements. Despite its importance, there is little guidance on best QC practices and reporting procedures. The study of hippocampal subfields in vivo is a critical case for QC because of their small size, inter-dependent boundary definitions, and common artifacts in the MRI data used for subfield measurements. We addressed this gap by surveying the broader scientific community studying hippocampal subfields on their views and approaches to QC. We received responses from 37 investigators spanning 10 countries, covering different career stages, and studying both healthy and pathological development and aging. In this sample, 81% of researchers considered QC to be very important or important, and 19% viewed it as fairly important. Despite this, only 46% of researchers reported on their QC processes in prior publications. In many instances, lack of reporting appeared due to ambiguous guidance on relevant details and guidance for reporting, rather than absence of QC. Here, we provide recommendations for correcting errors to maximize reliability and minimize bias. We also summarize threats to segmentation accuracy, review common QC methods, and make recommendations for best practices and reporting in publications. Implementing the recommended QC practices will collectively improve inferences to the larger population, as well as have implications for clinical practice and public health.

Age-related episodic memory decline is characterized by striking heterogeneity across individuals. Hippocampal pattern completion is a fundamental process supporting episodic memory. Yet, the degree to which this mechanism is impaired with age, and contributes to variability in episodic memory, remains unclear. We combine univariate and multivariate analyses of fMRI data from a large cohort of cognitively normal older adults (N=100; 60-82 yrs) to measure hippocampal activity and cortical reinstatement during retrieval of trial-unique associations. Trial-wise analyses revealed that hippocampal activity predicted cortical reinstatement strength, and these two metrics of pattern completion independently predicted retrieval success. However, increased age weakened cortical reinstatement and its relationship to memory behaviour. Critically, individual differences in the strength of hippocampal activity and cortical reinstatement explained unique variance in performance across multiple assays of episodic memory. These results indicate that fMRI indices of hippocampal pattern completion explain within- and across-individual memory variability in older adults.