A functional polymorphism in the promoter region of the human serotonin transporter gene ( SLC6A4 ) has been associated with several dimensions of neuroticism and psychopathology, especially anxiety traits, but the predictive value of this genotype against these complex behaviors has been inconsistent. Serotonin [5- hydroxytryptamine, (5-HT)] function influences normal fear as well as pathological anxiety, behaviors critically dependent on the amygdala in animal models and in clinical studies. We now report that individuals with one or two copies of the short allele of the serotonin transporter (5-HTT) promoter polymorphism, which has been associated with reduced 5-HTT expression and function and increased fear and anxiety-related behaviors, exhibit greater amygdala neuronal activity, as assessed by BOLD functional magnetic resonance imaging, in response to fearful stimuli compared with individuals homozygous for the long allele. These results demonstrate genetically driven variation in the response of brain regions underlying human emotional behavior and suggest that differential excitability of the amygdala to emotional stimuli may contribute to the increased fear and anxiety typically associated with the short SLC6A4 allele.

Asa central fear processor of the brain, the amygdala initiates a cascade of critical physiological and behavioral responses. Neuroimaging studies have shown that the human amygdala responds not only to fearful and angry facial expressions but also to fearful and threatening scenes such as attacks, explosions, and mutilations. Given the relative importance of facial expressions in adaptive social behavior, we hypothesized that the human amygdala would exhibit a stronger response to angry and fearful facial expressions in comparison to other fearful and threatening stimuli. Twelve subjects completed two tasks while undergoing fMRI: matching angry or fearful facial expressions, and matching scenes depicting fearful or threatening situations derived from the International Affective Picture System (IAPS). While there was an amygdala response to both facial expressions and IAPS stimuli, direct comparison revealed that the amygdala response to facial expressions was significantly greater than that to IAPS stimuli. Autonomic reactivity, measured by skin conductance responses, was also greater to facial expressions. These results suggest that the human amygdala shows a stronger response to affective facial expressions than to scenes, a bias that should be considered in the design of experimental paradigms interested in probing amygdala function.

Monamines subserve many critical roles in the brain, and monoaminergic drugs such as amphetamine have a long history in the treatment of neuropsychiatric disorders and also as a substance of abuse. The clinical effects of amphetamine are quite variable, from positive effects on mood and cognition in some individuals, to negative responses in others, perhaps related to individual variations in monaminergic function and monoamine system genes. We explored the effect of a functional polymorphism (val(158)-met) in the catechol O-methyltransferase gene, which has been shown to modulate prefrontal dopamine in animals and prefrontal cortical function in humans, on the modulatory actions of amphetamine on the prefrontal cortex. Amphetamine enhanced the efficiency of prefrontal cortex function assayed with functional MRI during a working memory task in subjects with the high enzyme activity val/val genotype, who presumably have relatively less prefrontal synaptic dopamine, at all levels of task difficulty. In contrast, in subjects with the low activity met/met genotype who tend to have superior baseline prefrontal function, the drug had no effect on cortical efficiency at low-to-moderate working memory load and caused deterioration at high working memory load. These data illustrate an application of functional neuroimaging in pharmacogenomics and extend basic evidence of an inverted-"U" functional-response curve to increasing dopamine signaling in the prefrontal cortex. Further, individuals with the met/met catechol O-methyltransferase genotype appear to be at increased risk for an adverse response to amphetamine.

The cortical circuitry involved in conscious cognitive processes and the subcortical circuitry involved in fear responses have been extensively studied with neuroimaging, but their interactions remain largely unexplored. A recent functional magnetic resonance imaging (fMRI) study demonstrated that the engagement of the right prefrontal cortex during the cognitive evaluation of angry and fearful facial expressions is associated with an attenuation of the response of the amygdala to these same stimuli, providing evidence for a functional neural network for emotional regulation.In the current study, we have explored the generalizability of this functional network by using threatening and fearful non-face stimuli derived from the International Affective Picture System (IAPS), as well as the influence of this network on peripheral autonomic responses.Similar to the earlier findings with facial expressions, blood oxygen level dependent fMRI revealed that whereas perceptual processing of IAPS stimuli was associated with a bilateral amygdala response, cognitive evaluation of these same stimuli was associated with attenuation of this amygdala response and a correlated increase in response of the right prefrontal cortex and the anterior cingulate cortex. Moreover, this pattern was reflected in changes in skin conductance.The current results further implicate the importance of neocortical regions, including the prefrontal and anterior cingulate cortices, in regulating emotional responses mediated by the amygdala through conscious evaluation and appraisal.

Background: There are well-defined and characteristic age-related deficits in motor abilities that may reflect structural and chemical changes in the aging brain. Objective: To delineate age-related changes in the physiology of brain systems subserving simple motor behavior. Methods: Ten strongly right-handed young (<35 years of age) and 12 strongly right-handed elderly (>50 years of age) subjects with no evidence of cognitive or motor deficits participated in the study. Whole-brain functional imaging was performed on a 1.5-T MRI scanner using a spiral pulse sequence while the subjects performed a visually paced “button-press” motor task with their dominant right hand alternating with a rest state. Results: Although the groups did not differ in accuracy, there was an increase in reaction time in the elderly subjects (mean score ± SD, young subjects = 547 ± 97 ms, elderly subjects = 794 ± 280 ms, p < 0.03). There was a greater extent of activation in the contralateral sensorimotor cortex, lateral premotor area, supplementary motor area, and ipsilateral cerebellum in the elderly subjects relative to the young subjects (p < 0.001). Additional areas of activation, absent in the young subjects, were seen in the ipsilateral sensorimotor cortex, putamen (left > right), and contralateral cerebellum of the elderly subjects. Conclusions: The results of this study show that elderly subjects recruit additional cortical and subcortical areas even for the performance of a simple motor task. These changes may represent compensatory mechanisms invoked by the aging brain, such as reorganization and redistribution of functional networks to compensate for age-related structural and neurochemical changes.

Patients with idiopathic Parkinson's disease suffer not only from classic motor symptoms, but from deficits in cognitive function, primarily those subserved by the prefrontal cortex as well. The aim of the current study was to investigate the modulatory effects of dopaminergic therapy on neural systems subserving working memory and motor function in patients with Parkinson's disease. Ten patients with stage I and II Parkinson's disease were studied with functional magnetic resonance imaging, during a relatively hypodopaminergic state (ie, 12 hours after a last dose of dopamimetic treatment), and again during a dopamine-replete state. Functional magnetic resonance imaging was performed under three conditions: a working memory task, a cued sensorimotor task and rest. Consistent with prior data, the cortical motor regions activated during the motor task showed greater activation during the dopamine-replete state; however, the cortical regions subserving working memory displayed greater activation during the hypodopaminergic state. Interestingly, the increase in cortical activation during the working memory task in the hypodopaminergic state positively correlated with errors in task performance, and the increased activation in the cortical motor regions during the dopamine-replete state was positively correlated with improvement in motor function. These results support evidence from basic research that dopamine modulates cortical networks subserving working memory and motor function via two distinct mechanisms: nigrostriatal projections facilitate motor function indirectly via thalamic projections to motor cortices, whereas the mesocortical dopaminergic system facilitates working memory function via direct inputs to prefrontal cortex. The results are also consistent with evidence that the hypodopaminergic state is associated with decreased efficiency of prefrontal cortical information processing and that dopaminergic therapy improves the physiological efficiency of this region.

Cognitive abilities such as working memory (WM) capacity decrease with age. To determine the neurophysiological correlates of age-related reduction in working memory capacity, we studied 10 young subjects (<35 years of age; mean age = 29) and twelve older subjects (>55 years of age; mean age = 59) with whole brain blood oxygenation-level dependent (BOLD) fMRI on a 1.5 T GE MR scanner using a SPIRAL FLASH pulse sequence (TE = 24 ms, TR = 56 ms, FA = 60°, voxel dimensions = 3.75 mm3). Subjects performed a modified version of the "n" back working memory task at different levels of increasing working memory load (1-Back, 2-Back and 3-Back). Older subjects performed as well as the younger subjects at 1-Back (p = 0.4), but performed worse than the younger subjects at 2-Back (p < 0.01) and 3-Back (p = 0.06). Older subjects had significantly longer reaction time (RT) than younger subjects (p < 0.04) at all levels of task difficulty. Image analysis using SPM 99 revealed a similar distribution of cortical activity between younger and older subjects at all task levels. However, an analysis of variance revealed a significant group × task interaction in the prefrontal cortex bilaterally; within working memory capacity, as in 1-Back when the older subjects performed as well as the younger subjects, they showed greater prefrontal cortical (BA 9) activity bilaterally. At higher working memory loads, however, when they performed worse then the younger subjects, the older subjects showed relatively reduced activity in these prefrontal regions. These data suggest that, within capacity, compensatory mechanisms such as additional prefrontal cortical activity are called upon to maintain proficiency in task performance. As cognitive demand increases, however, they are pushed past a threshold beyond which physiological compensation cannot be made and, a decline in performance occurs.

Using resting-state (RS) fMRI, we investigated the functional integrity of the default-mode network (DMN) in cognitively unimpaired patients with Parkinson disease (PD).RS fMRI at 3 T was collected in 16 cognitively unimpaired patients with PD and 16 age- and gender-matched healthy controls. Single-subject and group-level independent component analysis was used to investigate differences in functional connectivity within the DMN in patients with PD and healthy controls. Statistical analysis was performed using BrainVoyager QX. In addition, we used voxel-based morphometry to test whether between-group differences in RS functional connectivity were related to structural abnormalities.Patients with PD compared with controls showed a decreased functional connectivity of the right medial temporal lobe and bilateral inferior parietal cortex within the DMN. Although patients with PD were cognitively unimpaired, the decreased DMN connectivity significantly correlated with cognitive parameters but not with disease duration, motor impairment, or levodopa therapy. The analysis of regional volume differences did not reveal any differences in local gray matter between patients and controls.Our findings revealed a functional disruption of the DMN in cognitively unimpaired patients with PD, in the absence of significant structural differences between patients and controls. We hypothesize that a dysfunction of the DMN connectivity may have a role in the development of cognitive decline in PD.

Gaucher's disease (GD) is caused by biallelic mutations in the GBA1 gene, leading to reduced glucocerebrosidase (GCase) activity and substrate (glucosylceramide and glucosylsphingosine, GlcSph) accumulation. GBA1 variant carriers are at risk of Parkinson's disease (PD), but only those with biallelic mutations cross the threshold of GCase reduction, leading to substrate accumulation and GD. The link between GBA1 mutations, GD and PD is not fully understood. Here we aimed at reporting the results of a large PD population screening with dried blood spot tests for GD.