The purpose of this study was to develop and validate an observer-independent approach for automatic generation of volume-of-interest (VOI) brain templates to be used in emission tomography studies of the brain. The method utilizes a VOI probability map created on the basis of a database of several subjects' MR-images, where VOI sets have been defined manually. High-resolution structural MR-images and 5-HT2A receptor binding PET-images (in terms of 18F-altanserin binding) from 10 healthy volunteers and 10 patients with mild cognitive impairment were included for the analysis. A template including 35 VOIs was manually delineated on the subjects' MR images. Through a warping algorithm template VOI sets defined from each individual were transferred to the other subjects MR-images and the voxel overlap was compared to the VOI set specifically drawn for that particular individual. Comparisons were also made for the VOI templates 5-HT2A receptor binding values. It was shown that when the generated VOI set is based on more than one template VOI set, delineation of VOIs is better reproduced and shows less variation as compared both to transfer of a single set of template VOIs as well as manual delineation of the VOI set. The approach was also shown to work equally well in individuals with pronounced cerebral atrophy. Probability-map-based automatic delineation of VOIs is a fast, objective, reproducible, and safe way to assess regional brain values from PET or SPECT scans. In addition, the method applies well in elderly subjects, even in the presence of pronounced cerebral atrophy.

Gamma-aminobutyric acid (GABA) is the main inhibitory neurotransmitter in the human brain and plays a key role in several brain functions and neuropsychiatric disorders such as anxiety, epilepsy, and depression. The binding of benzodiazepines to the benzodiazepine receptor sites (BZR) located on GABAA receptors (GABAARs) potentiates the inhibitory effect of GABA leading to the anxiolytic, anticonvulsant and sedative effects used for treatment of those disorders. However, the function of GABAARs and the expression of BZR protein is determined by the GABAAR subunit stoichiometry (19 genes coding for individual subunits), and it remains to be established how the pentamer composition varies between brain regions and individuals. Here, we present a quantitative high-resolution in vivo atlas of the human brain BZRs, generated on the basis of [11C]flumazenil Positron Emission Tomography (PET) data. Next, based on autoradiography data, we transform the PET-generated atlas from binding values into BZR protein density. Finally, we examine the brain regional association with mRNA expression for the 19 subunits in the GABAAR, including an estimation of the minimally required expression of mRNA levels for each subunit to translate into BZR protein. This represents the first publicly available quantitative high-resolution in vivo atlas of the spatial distribution of BZR densities in the healthy human brain. The atlas provides a unique neuroscientific tool as well as novel insights into the association between mRNA expression for individual subunits in the GABAAR and the BZR density at each location in the brain.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Abstract We lack viable explanations of how brain functions emerge from collective activities of neurons in networks. We recorded field potentials from many local networks in the human cerebral cortex during a wide variety of brain functions. The network dynamics showed that each local cortical network produced fluctuating attractor states. The state trajectories continuously stretched and contracted during all brain functions, leaving no stable patterns. Different local networks all produced this dynamic, despite different architectures. Single trial stimuli and tasks modified the stretching and contractions. These modified fluctuations cross-correlated among particular networks during specific brain functions. Spontaneous states, rest, sensory, motor and cognitive states all emerged from this dynamic. Its mathematical structure provides a general explanation of cortical dynamics that can be tested experimentally. This universal dynamic is a simple functional organizing principle for brain functions at the mm 3 scale that is distinct from existing frameworks.