Abstract Background Left-right asymmetry is an important organizing feature of the healthy brain. Various studies have reported altered structural brain asymmetry in autism spectrum disorder (ASD). However, findings have been inconsistent, likely due to limited sample sizes and low statistical power. Methods We investigated 1,774 subjects with ASD and 1,809 controls, from 54 datasets, for differences in the asymmetry of thickness and surface area of 34 cerebral cortical regions. We also examined global hemispheric measures of cortical thickness and area asymmetry, and volumetric asymmetries of subcortical structures. Data were obtained via the ASD Working Group of the ENIGMA (Enhancing NeuroImaging Genetics through Meta-Analysis) consortium. T1-weighted MRI data were processed with a single protocol using FreeSurfer and the Desikan-Killiany atlas. Results ASD was significantly associated with reduced leftward asymmetry of total hemispheric average cortical thickness, compared to controls. Eight regional thickness asymmetries, distributed over the cortex, also showed significant associations with diagnosis after correction for multiple comparisons, for which asymmetry was again generally lower in ASD versus controls. In addition, the medial orbitofrontal surface area was less rightward asymmetric in ASD than controls, and the putamen volume was more leftward asymmetric in ASD than controls. The largest effect size had Cohen’s d = 0.15. Most effects did not depend on age, sex, IQ, or disorder severity. Conclusion Altered lateralized neurodevelopment is suggested in ASD, affecting widespread cortical regions with diverse functions. Large-scale analysis was necessary to reliably detect, and accurately describe, subtle alterations of structural brain asymmetry in this disorder.

Abstract Conversation is an important and ubiquitous social behavior. Individuals with Autism Spectrum Disorder (autism) without intellectual disability often have normal structural language abilities but deficits in social aspects of communication like pragmatics, prosody, and eye contact. Previous studies of resting state activity suggest that intrinsic connections among neural circuits involved with social processing are disrupted in autism, but to date no neuroimaging study has examined neural activity during the most commonplace yet challenging social task: spontaneous conversation. Here we used functional MRI to scan autistic males (N=19) without intellectual disability and age- and IQ-matched typically developing controls (N=20) while they engaged in a total of 193 face-to-face interactions. Participants completed two kinds of tasks: Conversation, which had high social demand, and Repetition, which had low social demand. Autistic individuals showed abnormally increased task-driven inter-regional temporal correlation relative to controls, especially among social processing regions and during high social demand. Furthermore, these increased correlations were associated with parent ratings of participants’ social impairments. These results were then compared with previously-acquired resting-state data (56 Autism, 62 Control participants). While some inter-regional correlation levels varied by task or rest context, others were strikingly similar across both task and rest, namely increased correlation among the thalamus, dorsal and ventral striatum, somatomotor, temporal and prefrontal cortex in the autistic individuals, relative to the control groups. These results suggest a basic distinction. Autistic cortico-cortical interactions vary by context, tending to increase relative to controls during Task and decrease during Rest. In contrast, striato- and thalamocortical relationships with socially engaged brain regions are increased in both Task and Rest, and may be core to the condition of autism.

Abstract Small average differences in the left-right asymmetry of cerebral cortical thickness have been reported in individuals with autism spectrum disorder (ASD) compared to typically developing controls. Although these alterations affect multiple and widespread cortical regional asymmetries, the extent to which specific structural networks might be affected remains unknown. Inter-regional morphological covariance analysis can capture network connectivity relations between different cortical areas at the macroscale level. Here, we used cortical thickness data from 1,455 individuals with ASD and 1,560 controls, across 43 independent datasets of the ENIGMA consortium’s ASD Working Group, to assess hemispheric asymmetries of intra-individual structural covariance networks, using graph theory-based topological metrics. Compared with typical features of small-world architecture in controls, the ASD sample showed significantly altered asymmetry of hemispheric networks involving the fusiform, rostral middle frontal, and medial orbitofrontal cortex, driven by shifts toward higher randomization of the corresponding right-hemispheric networks in ASD. A network involving the superior frontal cortex showed decreased right-hemisphere randomization. Based on comparisons with meta-analyzed functional neuroimaging data, the altered connectivity asymmetry particularly affected networks that subserve working memory, executive functions, language, reading, and sensorimotor processes. Taken together, these findings provide new insights into how altered brain left-right asymmetry in ASD affects specific structural and functional brain networks. Altered asymmetrical brain development in ASD may be partly propagated among spatially distant regions through structural connectivity.

Objective: Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD), autism spectrum disorder (ASD), and obsessive-compulsive disorder (OCD) are common neurodevelopmental disorders that frequently co-occur. We aimed to directly compare all three disorders. The ENIGMA consortium is ideally positioned to investigate structural brain alterations across these disorders. Methods: Structural T1-weighted whole-brain MRI of controls (n=5,827) and patients with ADHD (n=2,271), ASD (n=1,777), and OCD (n=2,323) from 151 cohorts worldwide were analyzed using standardized processing protocols. We examined subcortical volume, cortical thickness and surface area differences within a mega-analytical framework, pooling measures extracted from each cohort. Analyses were performed separately for children, adolescents, and adults using linear mixed-effects models adjusting for age, sex and site (and ICV for subcortical and surface area measures). Results: We found no shared alterations among all three disorders, while shared alterations between any two disorders did not survive multiple comparisons correction. Children with ADHD compared to those with OCD had smaller hippocampal volumes, possibly influenced by IQ. Children and adolescents with ADHD also had smaller ICV than controls and those with OCD or ASD. Adults with ASD showed thicker frontal cortices compared to adult controls and other clinical groups. No OCD-specific alterations across different age-groups and surface area alterations among all disorders in childhood and adulthood were observed. Conclusion: Our findings suggest robust but subtle alterations across different age-groups among ADHD, ASD, and OCD. ADHD-specific ICV and hippocampal alterations in children and adolescents, and ASD-specific cortical thickness alterations in the frontal cortex in adults support previous work emphasizing neurodevelopmental alterations in these disorders.