The dopamine system has been linked to anhedonia in depression and both the positive and negative symptoms of schizophrenia, but it remains unclear how dopamine dysfunction could mechanistically relate to observed symptoms. There is considerable evidence that phasic dopamine signals encode prediction error (differences between expected and actual outcomes), with reinforcement learning theories being based on prediction error-mediated learning of associations. It has been hypothesized that abnormal encoding of neural prediction error signals could underlie anhedonia in depression and negative symptoms in schizophrenia by disrupting learning and blunting the salience of rewarding events, and contribute to psychotic symptoms by promoting aberrant perceptions and the formation of delusions. To test this, we used model based functional magnetic resonance imaging and an instrumental reward-learning task to investigate the neural correlates of prediction errors and expected-reward values in patients with depression (n = 15), patients with schizophrenia (n = 14) and healthy controls (n = 17). Both patient groups exhibited abnormalities in neural prediction errors, but the spatial pattern of abnormality differed, with the degree of abnormality correlating with syndrome severity. Specifically, reduced prediction errors in the striatum and midbrain were found in depression, with the extent of signal reduction in the bilateral caudate, nucleus accumbens and midbrain correlating with increased anhedonia severity. In schizophrenia, reduced prediction error signals were observed in the caudate, thalamus, insula and amygdala–hippocampal complex, with a trend for reduced prediction errors in the midbrain, and the degree of blunting in the encoding of prediction errors in the insula, amygdala–hippocampal complex and midbrain correlating with increased severity of psychotic symptoms. Schizophrenia was also associated with disruption in the encoding of expected-reward values in the bilateral amygdala–hippocampal complex and parahippocampal gyrus, with the degree of disruption correlating with psychotic symptom severity. Neural signal abnormalities did not correlate with negative symptom severity in schizophrenia. These findings support the suggestion that a disruption in the encoding of prediction error signals contributes to anhedonia symptoms in depression. In schizophrenia, the findings support the postulate of an abnormality in error-dependent updating of inferences and beliefs driving psychotic symptoms. Phasic dopamine abnormalities in depression and schizophrenia are suggested by our observation of prediction error abnormalities in dopamine-rich brain areas, given the evidence for dopamine encoding prediction errors. The findings are consistent with proposals that psychiatric syndromes reflect different disorders of neural valuation and incentive salience formation, which helps bridge the gap between biological and phenomenological levels of understanding.

Objectives: Strong qualitative and quantitative evidence exists of white matter abnormalities in both schizophrenia and bipolar disorder (BD). Diffusion tensor imaging (DTI) studies suggest altered connectivity in both disorders. We aim to address the diagnostic specificity of white matter abnormalities in these disorders. Methods: DTI was used to assess white matter integrity in clinically stable patients with familial BD (n = 42) and familial schizophrenia (n = 28), and in controls (n = 38). Differences in fractional anisotropy (FA) were measured using voxel‐based morphometry and automated region of interest analysis. Results: Reduced FA was found in the anterior limb of the internal capsule (ALIC), anterior thalamic radiation (ATR), and in the region of the uncinate fasciculus in patients with BD and those with schizophrenia compared with controls. A direct comparison between patient groups found no significant differences in these regions. None of the findings were associated with psychotropic medication. Conclusions: Reduced integrity of the ALIC, uncinate fasciculus, and ATR regions is common to both schizophrenia and BD. These results imply an overlap in white matter pathology, possibly relating to risk factors common to both disorders.

Background Previous behavioural and neuroimaging studies of emotion processing in autistic spectrum disorder (ASD) have focused on the use of facial stimuli. To date, however, no studies have examined emotion processing in autism across a broad range of social signals. Method This study addressed this issue by investigating emotion processing in a group of 23 adults with ASD and 23 age- and gender-matched controls. Recognition of basic emotions (‘happiness’, ‘sadness’, ‘anger’, disgust' and ‘fear’) was assessed from facial, body movement and vocal stimuli. The ability to make social judgements (such as approachability) from facial stimuli was also investigated. Results Significant deficits in emotion recognition were found in the ASD group relative to the control group across all stimulus domains (faces, body movements and voices). These deficits were seen across a range of emotions. The ASD group were also impaired in making social judgements compared to the control group and this correlated with impairments in basic emotion recognition. Conclusions This study demonstrates that there are significant and broad-ranging deficits in emotion processing in ASD present across a range of stimulus domains and in the auditory and visual modality; they cannot therefore be accounted for simply in terms of impairments in face processing or in the visual modality alone. These results identify a core deficit affecting the processing of a wide range of emotional information in ASD, which contributes to the impairments in social function seen in people with this condition.

Abstract Copy number variations (CNVs) are rare genomic deletions and duplications that can exert profound effects on brain and behavior. Previous reports of pleiotropy in CNVs imply that they converge on shared mechanisms at some level of pathway cascades, from genes to large-scale neural circuits to the phenome. However, studies to date have primarily examined single CNV loci in small clinical cohorts. It remains unknown how distinct CNVs escalate the risk for the same developmental and psychiatric disorders. Here, we quantitatively dissect the impact on brain organization and behavioral differentiation across eight key CNVs. In 534 clinical CNV carriers from multiple sites, we explored CNV-specific brain morphology patterns. We extensively annotated these CNV-associated patterns with deep phenotyping assays through the UK Biobank resource. Although the eight CNVs cause disparate brain changes, they are tied to similar phenotypic profiles across ∼1000 lifestyle indicators. Our population-level investigation established brain structural divergences and phenotypical convergences of CNVs, with direct relevance to major brain disorders.

Abstract Asymmetry between the left and right brain is a key feature of brain organization. Hemispheric functional specialization underlies some of the most advanced human-defining cognitive operations, such as articulated language, perspective taking, or rapid detection of facial cues. Yet, genetic investigations into brain asymmetry have mostly relied on common variant studies, which typically exert small effects on brain phenotypes. Here, we leverage rare genomic deletions and duplications to study how genetic alterations reverberate in human brain and behavior. We quantitatively dissected the impact of eight high-effect-size copy number variations (CNVs) on brain asymmetry in a multi-site cohort of 552 CNV carriers and 290 non-carriers. Isolated multivariate brain asymmetry patterns spotlighted regions typically thought to subserve lateralized functions, including language, hearing, as well as visual, face and word recognition. Planum temporale asymmetry emerged as especially susceptible to deletions and duplications of specific gene sets. Targeted analysis of common variants through genome-wide association study (GWAS) consolidated partly diverging genetic influences on the right versus left planum temporale structure. In conclusion, our gene-brain-behavior mapping highlights the consequences of genetically controlled brain lateralization on human-defining cognitive traits.

Abstract Genetic variation in CACNA1C , which encodes the alpha-1 subunit of Ca V 1.2 L-type voltage-gated calcium channels, is strongly linked to risk for psychiatric disorders including schizophrenia and bipolar disorder. To translate genetics to neurobiological mechanisms and rational therapeutic targets, we investigated the impact of altered Cacna1c dosage on rat cognitive, synaptic and circuit phenotypes implicated by patient studies. We show that rats hemizygous for Cacna1c harbor marked impairments in learning to disregard non-salient stimuli, a behavioral change previously associated with psychosis. This behavioral deficit is accompanied by dys-coordinated network oscillations during learning, pathway-selective disruption of hippocampal synaptic plasticity, attenuated Ca 2+ signaling in dendritic spines and decreased signaling through the Extracellular-signal Regulated Kinase (ERK) pathway. Activation of the ERK pathway by a small molecule agonist of TrkB/TrkC neurotrophin receptors rescued both behavioral and synaptic plasticity deficits in Cacna1c +/- rats. These results map a route through which genetic variation in CACNA1C can disrupt experience-dependent synaptic signaling and circuit activity, culminating in cognitive alterations associated with psychiatric disorders. Our findings highlight targeted activation of neurotrophin signaling pathways with BDNF mimetic drugs as a novel, genetically informed therapeutic approach for rescuing behavioral abnormalities in psychiatric disorder. One Sentence Summary Neurotrophin receptor activation reveals that BDNF mimetic drugs have therapeutic potential to ameliorate genetic risk for psychiatric disorders.

Abstract Mutations affecting DLG2 are emerging as a genetic risk factor associated with neurodevelopmental psychiatric disorders including schizophrenia, autism spectrum disorder and bipolar disorder. Discs large homolog 2 (DLG2) is a member of the membrane-associated guanylate kinase protein superfamily of scaffold proteins, a component of the post-synaptic density in excitatory neurons and regulator of synaptic function and plasticity. It remains an important question whether and how haploinsuffiency of DLG2 contributes to impairments in basic behavioural and cognitive functions that may underlie symptomatic domains in patients that cross diagnostic boundaries. Using a heterozygous Dlg2 mouse model we examined the impact of reduced Dlg2 expression on functions commonly impaired in neurodevelopmental psychiatric disorders including motor co-ordination and learning, pre-pulse inhibition and habituation to novel stimuli. The heterozygous Dlg2 mice exhibited behavioural impairments in long-term motor learning and long-term habituation to a novel context, but not motor co-ordination, initial responses to a novel context, PPI of acoustic startle or anxiety. We additionally showed evidence for the reduced regulation of the synaptic plasticity-associated protein cFos in the motor cortex during motor learning. The sensitivity of selective behavioural and cognitive functions, particularly those dependent on synaptic plasticity, to reduced expression of DLG2 give further credence for DLG2 playing a critical role in specific brain functions but also a mechanistic understanding of symptom expression shared across psychiatric disorders.

Abstract Background: Genetic variations indicating loss of function in the DLG2 gene have been associated with markedly increased risk for schizophrenia, autism spectrum disorder, and intellectual disability. DLG2 encodes the postsynaptic scaffolding protein DLG2 (PSD93) that interacts with NMDA receptors, potassium channels, and cytoskeletal regulators but the net impact of these interactions on synaptic plasticity, likely underpinning cognitive impairments associated with these conditions, remains unclear. Methods: Hippocampal CA1 neuronal excitability and synaptic function were investigated in a novel clinically relevant heterozygous Dlg2+/− rat model using ex vivo patch-clamp electrophysiology, pharmacology, and computational modelling. Results: Dlg2+/− rats had increased NMDA receptor-mediated synaptic currents and, conversely, impaired associative long-term potentiation. This impairment resulted from an increase in potassium channel function leading to a decrease in input resistance and reduced supra-linear dendritic integration during induction of associative long-term potentiation. Enhancement of dendritic excitability by blockade of potassium channels or activation of muscarinic M1 receptors with selective allosteric agonist 77-LH-28-1 reduced the threshold for dendritic integration and 77-LH-28-1 rescued the associative long-term potentiation impairment in the Dlg2+/− rats. Conclusions: Despite increasing synaptic NMDA receptor currents, the combined impact of reduced DLG2 impairs synaptic integration in dendrites resulting in disrupted associative synaptic plasticity. This biological phenotype can be reversed by compound classes used clinically such as muscarinic M1 receptor agonists and is therefore a potential target for therapeutic intervention.