Abstract Brain dynamic functional connectivity characterises transient connections between brain regions, changing over time. Features of brain dynamics have been linked to emotion and cognition in adult individuals, and atypical patterns have been associated with neurodevelopmental conditions such as autism. Although reliable functional brain networks have been consistently identified in neonates, little is known about the early development of dynamic functional connectivity. In this study we characterise dynamic functional connectivity with functional magnetic resonance imaging (fMRI) in the first few weeks of postnatal life in term-born ( n = 324) and preterm-born ( n = 66) individuals. We show that a dynamic landscape of brain connectivity is already established by the time of birth in the human brain, characterised by six transient states of neonatal functional connectivity with changing dynamics through the neonatal period. The pattern of dynamic connectivity is atypical in preterm-born infants, and associated with atypical social, sensory, and repetitive behaviours measured by the Quantitative Checklist for Autism in Toddlers (Q-CHAT) scores at 18 months of age.

Abstract Background Autism traits emerge between the ages of 1 and 2. It is not known if experiences which increase the likelihood of childhood autism are related to early trait emergence, or if other exposures are more important. Identifying factors linked to toddler autism traits in the general population may improve our understanding of the mechanisms underlying atypical neurodevelopment. Methods Clinical, socio-demographic, and parental information was collected at birth from 536 toddlers in London, UK (gestational age at birth, sex, maternal body mass index, age, parental education level, parental first language, parental history of neurodevelopmental disorders) and at 18 months (parent cohabiting status, two measures of social deprivation, three measures of maternal parenting style, and a measure of maternal postnatal depression). General neurodevelopment was assessed with the Bayley Scales of Infant and Toddler Development, 3 rd Edition (BSID-III), and autism traits were assessed using the Quantitative Checklist for Autism in Toddlers (Q-CHAT). Multivariable models were used to identify associations between variables and Q-CHAT. A model including BSID-III was used to identify factors associated with Q-CHAT independent of general neurodevelopment. Models were also evaluated addressing variable collinearity with principal component analysis (PCA). Results A multivariable model explained 20% of Q-CHAT variance, with four individually significant variables (two measures of parenting style and two measures of socio-economic deprivation). After adding general neurodevelopment into the model 36% of Q-CHAT variance was explained, with three individually significant variables (two measures of parenting style and one measure of language development). After addressing variable collinearity with PCA, parenting style and social deprivation were positively correlated with Q-CHAT score via a single principal component, independently of general neurodevelopment. Neither sex nor family history of autism were associated with Q-CHAT score. Limitations The Q-CHAT is parent rated and is therefore a subjective opinion rather than a clinical assessment. We measured Q-CHAT at a single timepoint, and to date no participant has been followed up in later childhood, so we are focused purely on emerging traits rather than clinical autism diagnoses. Conclusions Autism traits are common at age 18 months, and greater emergence is specifically related to exposure to early life adversity.

Abstract Formation of the functional connectome in early life underpins future learning and behaviour. However, our understanding of how the functional organisation of brain regions into interconnected hubs (centrality) matures in the early postnatal period is limited, especially in response to factors associated with adverse neurodevelopmental outcomes such as preterm birth. We characterised voxel-wise functional centrality (weighted degree) in 366 neonates from the Developing Human Connectome Project. We tested the hypothesis that functional centrality matures with age at scan in term-born babies and is disrupted by preterm birth. Finally, we asked whether neonatal functional centrality predicts general neurodevelopmental outcomes at 18 months. We report an age-related increase in functional centrality predominantly within visual regions and decrease within motor and auditory regions in term-born infants. Preterm-born infants scanned at term equivalent age had higher functional centrality predominantly within visual regions and lower measures in motor regions. Functional centrality was not related to outcome at 18 months old. Thus, preterm birth appears to affect functional centrality in regions undergoing substantial development during the perinatal period. Our work raises the question of whether these alterations are adaptive or disruptive, and whether they predict neurodevelopmental characteristics that are more subtle or emerge later in life.

Abstract Multiple studies have demonstrated less favourable childhood outcomes in infants born in early term (37-38 weeks gestation) compared to those born at full term (40-41 weeks gestation). While this could be due to higher perinatal morbidity, gestational age at birth may also have a direct effect on the brain and subsequent neurodevelopment in term-born babies. Here we characterise structural brain correlates of gestational age at birth in healthy term-born neonates and their relationship to later neurodevelopmental outcome. We used T2 and diffusion weighted Magnetic Resonance Images acquired in the neonatal period from a cohort (n=454) of healthy babies born at term age (>37 weeks gestation) and scanned between 1 and 41 days after birth. Images were analysed using tensor based morphometry (TBM) and tract based spatial statistics (TBSS). Neurodevelopment was subsequently assessed at age 18 months using the Bayley-III Scales of Infant and Toddler Development, and the effects of gestational age at birth and related neuroimaging findings on outcome were analysed with linear regression. Infants born earlier had areas of higher relative ventricular volume, and lower relative brain volume in the basal ganglia, cerebellum and brainstem. Earlier birth was also associated with lower fractional anisotropy, higher mean, axial and radial diffusivity in major white matter tracts. Gestational age at birth was positively associated with all Bayley-III subscales at age 18 months. Linear regression models predicting outcome from gestational age at birth were significantly improved by adding neuroimaging features associated with gestational age at birth. This work adds to the growing body of evidence of the impact of early term birth and highlights the importance of considering the effect of gestational age at birth in future neuroimaging studies including term-born babies.

Abstract Very preterm birth (VPT; ≤ 32 weeks’ gestation) is associated with altered brain development and cognitive and behavioral difficulties across the lifespan. However, heterogeneity in outcomes among individuals born VPT makes it challenging to identify those most vulnerable to neurodevelopmental sequelae. Here, we aimed to stratify VPT children into distinct behavioral subgroups and explore between-subgroup differences in neonatal brain structure and function. 198 VPT children (98 females) previously enrolled in the Evaluation of Preterm Imaging study (EudraCT 2009-011602-42) underwent Magnetic Resonance Imaging at term-equivalent age and neuropsychological assessments at 4-7 years. Using an integrative clustering approach, we combined neonatal socio-demographic, clinical factors and childhood socio-emotional and executive function outcomes, to identify distinct subgroups of children based on their similarity profiles in a multidimensional space. We characterized resultant subgroups using domain-specific outcomes (temperament, psychopathology, IQ and cognitively stimulating home environment) and explored between-subgroup differences in neonatal brain volumes (voxel-wise Tensor-Based-Morphometry), functional connectivity (voxel-wise degree centrality) and structural connectivity (Tract-Based-Spatial-Statistics). Results showed two-and three-cluster data-driven solutions. The two-cluster solution comprised a ‘resilient’ subgroup (lower psychopathology and higher IQ, executive function and socio-emotional outcomes) and an ‘at-risk’ subgroup (poorer behavioral and cognitive outcomes). The three-cluster solution showed an additional third ‘intermediate’ subgroup displaying behavioral and cognitive outcomes intermediate between the resilient and at-risk subgroups. The resilient subgroup had the most cognitively stimulating home environment and the at-risk subgroup showed the highest neonatal clinical risk, while the intermediate subgroup showed the lowest clinical but the highest socio-demographic risk. Compared to the intermediate subgroup, the resilient subgroup displayed larger neonatal insular and orbitofrontal volumes and stronger orbitofrontal functional connectivity, while the at-risk group showed widespread white matter microstructural alterations. These findings suggest that risk stratification following VPT birth is feasible and could be used translationally to guide personalized interventions aimed at promoting children’s resilience.