Abstract Continued advances in neuroimaging technologies and statistical modelling capabilities have improved our knowledge of structural brain development in children and adolescents. While this has provided an increasingly nuanced understanding of brain development, the field is still plagued by inconsistent findings. This review highlights the methodological diversity in existing longitudinal magnetic resonance imaging (MRI) studies on structural brain development during childhood and adolescence, and addresses how such variation might contribute to inconsistencies in the literature. We discuss the impact of method choices at multiple decision points across the research process, from study design and sample selection, to image processing and statistical analysis. We also highlight the extent to which different methodological considerations have been empirically examined, drawing attention to specific areas that would benefit from future investigation. Where appropriate, we recommend certain best practices that would be beneficial for the field to adopt, including greater completeness and transparency in reporting methods, in order to ultimately develop an accurate and detailed understanding of normative child and adolescent brain development.

Abstract The brain undergoes extensive structural changes during adolescence, concurrent to puberty-related physical and hormonal changes. While animal research suggests these biological processes are related to one another, our knowledge of brain development in humans is largely based on age-related processes. Thus, the current study characterized puberty-related changes in human brain structure, by combining data from two longitudinal neuroimaging cohorts. Beyond normative changes in cortical thickness, we examined whether individual differences in the rate of pubertal maturation (or “pubertal tempo”) was associated with variations in cortical trajectories. Participants (N = 192; scans = 366) completed up to three waves of MRI assessments between 8.5 and 14.5 years of age, as well as questionnaire assessments of pubertal stage at each wave. Generalized additive mixture models were used to characterize trajectories of cortical development. Results revealed widespread linear puberty-related changes across much of the cortex. Many of these changes, particularly within the frontal and parietal cortices, were independent of age-related development. Males exhibiting faster pubertal tempo demonstrated greater thinning in the precuneus and frontal cortices than same-aged and -sex peers. Findings suggest that the unique influence of puberty on cortical development may be more extensive than previously identified, and also emphasize important individual differences in the coupling of these developmental processes.

Abstract Social belonging is an important human drive that influences mood and behavior. Neural responses to social exclusion are well-characterized, but the specificity of these responses to processing rejection-related affective distress is unknown. The present study compares neural responses to exclusion and over-inclusion, a condition that similarly violates fairness expectations but does not involve rejection, with a focus on implications for models of dorsal anterior cingulate cortex (dACC) and anterior insula (AI) function. In an fMRI adaptation of the Cyberball paradigm with adolescents 11.1-17.7 years of age (N=69), we employed parametric modulators to examine scaling of neural signal with cumulative exclusion and inclusion events, an approach that overcomes arbitrary definitions of condition onsets/offsets imposed on fluid, continuous gameplay. We identified positive scaling of dACC and posterior insula response with cumulative exclusion events, but these same regions exhibited trending signal decreases with cumulative inclusion events. Furthermore, areas within the dACC and insula also responded to context incongruency (throws to the participant in the exclusion run; throws between computer players in the over-inclusion run). Taken together, these findings caution against interpretations that responses in these regions uniquely reflect aspects of affective distress within social rejection paradigms. We further identified that the left ventrolateral PFC, rostromedial PFC, and left intraparietal sulcus responded similarly to cumulative exclusion and inclusion. These findings shed light on which neural regions exhibit patterns of differential sensitivity to exclusion or over-inclusion, as well as those that are more broadly engaged by both types of social interaction.

The developmental patterns of subcortical brain volumes in males and females observed in previous studies have been inconsistent. To help resolve these discrepancies, we examined developmental trajectories using three independent longitudinal samples of participants in the age-span of 8-22 years (total 216 participants and 467 scans). These datasets, including Pittsburgh (PIT; University of Pittsburgh, USA), NeuroCognitive Development (NCD; University of Oslo, Norway), and Orygen Adolescent Development Study (OADS; The University of Melbourne, Australia), span three countries and were analyzed together and in parallel using mixed-effects modeling with both generalized additive models and general linear models. For all regions and across all samples, males were found to have significantly larger volumes as compared to females, and significant sex differences were seen in age trajectories over time. However, direct comparison of sample trajectories and sex differences identified within samples were not consistent. The trajectories for the amygdala, putamen, and nucleus accumbens were most consistent between the three samples. Our results suggest that even after using similar preprocessing and analytic techniques, additional factors, such as image acquisition or sample composition may contribute to some of the discrepancies in sex specific patterns in subcortical brain changes across adolescence, and highlight region-specific variations in congruency of developmental trajectories.

Detecting fraudulent financial transactions is crucial for upholding the integrity of economic systems. Traditional methods often lag behind evolving fraud tactics, prompting the need for innovative approaches. We propose a pioneering framework combining Graph Neural Networks (GNNs) with anomaly detection techniques to enhance fraud detection. Transactions are represented as graphs, allowing GNNs to capture intricate fraud patterns. Anomaly detection methods flag suspicious transactions. Experimentation on the widely used Credit Card Fraud Detection dataset, comprising transactions made by European cardholders, showcases substantial advancements over baseline methods. The dataset is highly unbalanced, with fraudulent transactions accounting for only 0.172% of all transactions. Our approach achieves a detection rate of 95% with a false positive rate of 2%, surpassing the performance of the current state-of- the-art Gradient Boosting Classifier by 10%. It exhibits resilience against various fraud schemes, including account takeover and identity theft. Ablation studies underscore the significance of graphbased representations and anomaly detection mechanisms. Our research underscores the efficacy of GNNs and anomaly detection in bolstering financial fraud detection, presenting a promising solution against sophisticated fraudulent activities..

Abstract Human cognitive development is manifold, with different functions developing at different speeds at different ages. Attention is an important domain of this cognitive development, and involves distinct developmental trajectories in separate functions, including conflict processing, selection of sensory input and alertness. In children, several studies using the Attention Network Test (ANT) have investigated the development of three attentional networks that carry out the functions of executive control, orienting and alerting. There is, however, a lack of studies on the development of these attentional components across adolescence, limiting our understanding of their protracted development. To fill this knowledge gap, we performed a mixed cross-sectional and longitudinal study using mixed methods to examine the development of the attentional components and their intraindividual variability from late childhood to young adulthood (n = 287, n observations = 408, age range = 8.5–26.7 years, mean follow up interval = 4.4 years). The results indicated that executive control stabilized during late adolescence, while orienting and alerting continued to develop into young adulthood. In addition, a continuous development into young adulthood was observed for the intraindividual variability measures of orienting and alerting. In a subsample with available magnetic resonance imaging (MRI) data (n =169, n observations = 281), higher alerting scores were associated with thicker cortices within a right prefrontal cortical region and greater age-related cortical thinning in left rolandic operculum, while higher orienting scores were associated with greater age-related cortical thinning in frontal and parietal regions. Finally, increased consistency of orienting performance was associated with thinner cortex in prefrontal regions and reduced age-related thinning in frontal regions.

Adolescence is a period of heightened social engagement that is accompanied by normative changes in neural reactivity to affective stimuli. It is also a period of concurrent endocrine and physical changes associated with puberty. A growing body of research suggests that hormonal shifts during adolescence impact brain development, but minimal research in humans has examined the relationship between intra-individual changes in puberty and brain function. The current study examines linear and nonlinear changes in affective reactivity in a longitudinal sample of 82 adolescents who underwent three fMRI sessions between the ages of 9 and 18 years. Changes in response to affective facial stimuli were related to age, pubertal stage, and testosterone levels. Using multilevel modelling, we highlight extensive nonlinear development of socio-emotional responsivity across the brain. Results include mid-pubertal peaks in amygdala and hippocampus response to fearful expressions, as well as sex differences in regions subserving social and self-evaluative processes. However, testosterone levels exhibited inverse patterns of association with neural response compared to pubertal stage in females (e.g. U-shaped relationship with the amygdala and hippocampus). Findings highlight potentially unique roles of age, pubertal stage and testosterone on socio-emotional development during adolescence, as well as sex differences in these associations.

Abstract Background Undergoing puberty ahead of peers (“earlier pubertal timing”) is an important risk factor for mental health problems during early adolescence. The current study examined pathways between pubertal timing and mental health via connectivity of neural systems implicated in emotional reactivity and regulation (specifically corticolimbic connections) in 9- to 14-year-olds. Method Research questions were examined in the Adolescent Brain Cognitive Development (ABCD) Study, a large population representative sample in the United States. Linear mixed models examined associations between pubertal timing and resting-state corticolimbic connectivity. Significant connections were examined as potential mediators of the relationship between pubertal timing and mental health (withdrawn depressed and rule-breaking delinquency) problems. Exploratory analyses interrogated whether the family environment moderated neural risk patterns in those undergoing puberty earlier than their peers. Results Earlier pubertal timing was related to decreased connectivity between limbic structures (bilateral amygdala and right hippocampus) and the cingulo-opercular network (CON), as well as between the left hippocampus and ventral attention network (VAN). Corticolimbic connections also mediated the relationship between earlier pubertal timing and increased withdrawn depressed problems (but not rule-breaking delinquency). Finally, parental acceptance buffered against limbic-CON connectivity patterns that were implicated in withdrawn depressed problems in those undergoing puberty earlier than their peers. Conclusion Findings highlight the role of decreased corticolimbic connectivity in mediating pathways between earlier pubertal timing and withdrawn depressed problems, and we present preliminary evidence that the family environment may buffer against these neural risk patterns during early adolescence.

Abstract Background Exposure to adversity in childhood is a risk factor for lifetime mental health problems. Altered pace of biological aging, as measured through pubertal timing, is one potential explanatory pathway for this risk. This study examined whether pubertal timing mediated the association between adversity (threat and deprivation) and adolescent mental health problems (internalizing and externalizing), and whether this was moderated by sex. Methods Aims were examined using the Adolescent Brain and Cognitive Development study, a large community sample from the United States. Data were used from three timepoints across the ages of 9–14 years. Latent scores from confirmatory factor analysis operationalized exposure to threat and deprivation. Bayesian mixed-effects regression models tested whether pubertal timing in early adolescence mediated the relationship between adversity exposure and later internalizing and externalizing problems. Sex was examined as a potential moderator of this pathway. Results Both threat and deprivation were associated with later internalizing and externalizing symptoms. Threat, but not deprivation, was associated with earlier pubertal timing, which mediated the association of threat with internalizing and externalizing problems. Sex differences were only observed in the direct association between adversity and internalizing problems, but no such differences were present for mediating pathways. Conclusions Adversity exposure had similar associations with the pace of biological aging (as indexed by pubertal timing) and mental health problems in males and females. However, the association of adversity on pubertal timing appears to depend on the dimension of adversity experienced, with only threat conferring risk of earlier pubertal timing.