Abstract Exact targeting of specific mammalian cell types or diseased cells is one of the most urgently needed prerequisites for a new generation of potent pharmaceuticals. Different approaches have been pursued, failing mainly due to a lack of specific surface markers in most cases. Developing a completely novel RNA-based methodology, we can now ensure exact cell targeting and simultaneously combine this with selective expression of effector proteins, thereby functionalization of the target cell for therapy, diagnostics or cell steering. The specific combination of the molecular properties of antisense technology and mRNA therapy with functional RNA secondary structures allowed us to develop selectively expressed RNA molecules for medical applications. These so-called seRNAs remain inactive in non-target cells and are only activated by partial degradation to induce translation in preselected cell types of interest. Cell type specificity and type of functionalization are easily adaptable based on a simple modular system. In proof of concept in vitro and in vivo studies we used seRNAs as a highly selective platform technology for powerful glioblastoma cancer cell targeting and significantly reduce brain tumors of mice without detectable side effects with just a single treatment within days. Our data open up new potential avenues for the efficient treatment of various cancers and other human diseases.

Hemispatial neglect, after unilateral lesions to parietal brain areas, is characterized by an inability to respond to unexpected stimuli in contralesional space. As the visual field's horizontal meridian is most severely affected, the brain networks controlling visuospatial processes might be tuned explicitly to this axis. We investigated such a potential directional tuning in the dorsal and ventral frontoparietal attention networks, with a particular focus on attentional reorientation. We used an orientation-discrimination task where a spatial pre-cue indicated the target position with 80% validity. Healthy participants (n = 29) performed this task in two runs and were required to (re-)orient attention either only along the horizontal or the vertical meridian, while fMRI and behavioral measures were recorded. By using a General Linear Model for behavioral and fMRI data, Dynamic Causal Modeling for effective connectivity, and other predictive approaches, we found strong statistical evidence for a reorientation effect for horizontal and vertical runs. However, neither neural nor behavioral measures differed between vertical and horizontal reorienting. Moreover, models from one run successfully predicted the cueing condition in the respective other run. Our results suggest that activations in the dorsal and ventral attention networks represent higher-order cognitive processes related to spatial attentional (re-)orientating that are independent of directional tuning.

Abstract Influential theories on error processing assume that when we conduct errors adaptive processes are triggered to improve our behaviour and prevent errors in the future. These processes appear to be more effective after participants have detected an error. Therefore, the assessment of error awareness allowing a differential analysis of detected and undetected errors in the context of cognitive control and behavioural adjustments has gained more and more attention in the past decades. A common methodological challenge posed on all studies investigating error detection is that the number of undetected errors is usually relatively low. Here, we introduce a gamified experimental task that uses an adaptive algorithm to generate a robust and stable amount of errors with a high rate of undetected errors. Further, we were able to identify error types, which interestingly differed in terms of their detection rate. Moreover, the game-like appearance of the novel experimental task led to highly motivated participants. The results of the first study were replicated and extended by a second behavioural study. Notably, in study 2, a change in task design specifically modulated error detection, while these changes did not affect the total error rate. Potential applications of the open-source code will be discussed. With this newly developed paradigm, we wish to lay the ground for future research to understand better (neural) processes associated with error awareness.

Abstract Early deafness leads to the reorganization of large-scale brain networks, involving and extending beyond the auditory system. Body-centered visuomotor transformation is impaired after early auditory deprivation, associated with a hyper-crosstalk between the task-critical frontoparietal network (FPN) and the default-mode network (DMN). It remains to be elucidated, how the reorganized functional connectivity between the auditory system, the FPN, and the DMN contributes to the impaired visuomotor transformation after early deafness. In this fMRI study, we asked early deaf participants and hearing controls to judge the spatial location of a visual target, either about the middle-sagittal line of their own body (the egocentric task) or another background object (the allocentric task). The bilateral superior temporal gyrus (STG) in the deaf group exhibited cross-modal reorganization, with generally enhanced neural activity during the visual tasks, compared to hearing controls. Moreover, the STG showed significantly increased functional connectivity with both the FPN and the DMN in the deaf group compared to hearing controls, specifically during the egocentric task. The increased STG-FPN and STG-DMN coupling, however, showed antagonistic effects on the egocentric performance of the deaf participants. The increased STG-FPN connectivity was associated with improved (i.e., a beneficial role) while the increased STG-DMN with deteriorated (i.e., a detrimental role) egocentric performance in the deaf participants. No such effect was observed in hearing controls. Therefore, the auditory cortex is reorganized to functionally resemble the FPN in the deaf brain, representing compensatory neuroplasticity to mitigate the impaired visuomotor transformation after early deafness. Significance Statement Our brain constantly plans vision-guided actions, transforming visuospatial representations of external visual targets into visuomotor representations. The frontoparietal network (FPN) critically supports this visuomotor transformation process, which is impaired after early deafness. To mitigate the impaired visuomotor transformation, the ‘deaf’ auditory cortex in the bilateral superior temporal gyrus (STG) shows compensatory cross-modal reorganization that functionally resembles the FPN regions. Specifically, the deaf auditory cortex becomes functionally coupled with the dorsal FPN regions. The stronger the STG-FPN coupling, the more improved the deaf adults’ visuomotor transformation performance, indicating the reorganized STG as a critical node of the task-critical network. Correspondingly, increased coupling between the task-critical deaf STG and the default-mode network impairs the visuomotor transformation.

Abstract The cognitive stimulation induced by multilingualism may slow down age-related memory impairment. However, a suitable neuroscientific framework to assess the influence of multilingualism on age-related memory processes is missing. We propose an experimental paradigm that assesses the effects of semantic congruency on episodic memory using functional magnetic resonance imaging (fMRI). To this end, we modified the picture-word interference (PWI) task to be suitable for the assessment of older multilingual subjects undergoing functional magnetic resonance imaging (fMRI). In particular, stimulus materials were prepared in multiple languages (French, German, Luxembourgish, English) and closely matched in semantic properties, thus enabling participants to perform the experiment in a language of their choice. This paradigm was validated in a group (n = 62) of healthy, older participants (over 64 years) who were multilingual, all practicing three or more languages. Consistent with the engagement of semantic congruency processes, we found that the encoding and recognition of semantically related vs. unrelated picture-word pairs evoked robust differences in behavior and the neural activity of parietal-temporal networks. These effects were negligibly modulated by the language used to perform the task. Based on this validation in a multilingual population, we conclude that the proposed paradigm will allow future studies to evaluate whether multilingualism aptitude engages neural systems in a manner that protects long-term memory from aging-related decline.