Active contour segmentation and its robust implementation using level set methods are well-established theoretical approaches that have been studied thoroughly in the image analysis literature. Despite the existence of these powerful segmentation methods, the needs of clinical research continue to be fulfilled, to a large extent, using slice-by-slice manual tracing. To bridge the gap between methodological advances and clinical routine, we developed an open source application called ITK-SNAP, which is intended to make level set segmentation easily accessible to a wide range of users, including those with little or no mathematical expertise. This paper describes the methods and software engineering philosophy behind this new tool and provides the results of validation experiments performed in the context of an ongoing child autism neuroimaging study. The validation establishes SNAP intrarater and interrater reliability and overlap error statistics for the caudate nucleus and finds that SNAP is a highly reliable and efficient alternative to manual tracing. Analogous results for lateral ventricle segmentation are provided.

Schizophrenia is a highly heritable disorder. Genetic risk is conferred by a large number of alleles, including common alleles of small effect that might be detected by genome-wide association studies. Here we report a multi-stage schizophrenia genome-wide association study of up to 36,989 cases and 113,075 controls. We identify 128 independent associations spanning 108 conservatively defined loci that meet genome-wide significance, 83 of which have not been previously reported. Associations were enriched among genes expressed in brain, providing biological plausibility for the findings. Many findings have the potential to provide entirely new insights into aetiology, but associations at DRD2 and several genes involved in glutamatergic neurotransmission highlight molecules of known and potential therapeutic relevance to schizophrenia, and are consistent with leading pathophysiological hypotheses. Independent of genes expressed in brain, associations were enriched among genes expressed in tissues that have important roles in immunity, providing support for the speculated link between the immune system and schizophrenia. Schizophrenia is a highly heritable genetic disorder, however, identification of specific genetic risk variants has proven difficult because of its complex polygenic nature—a large multi-stage genome-wide association study identifies 128 independent associations in over 100 loci (83 of which are new); key findings include identification of genes involved in glutamergic neurotransmission and support for a link between the immune system and schizophrenia. Although schizophrenia is a highly heritable disorder, its complex polygenic nature has impeded attempts to establish its genetic basis. This paper reports a genome-wide association study of more than 36,000 schizophrenia patients and 100,000 controls. The study identifies 128 independent associations in 108 loci, 83 of them new. Among them are many genes involved in glutamatergic neurotransmission, highlighting a potential therapeutic avenue. In addition, the results provide support for the hypothesized link between the immune system and schizophrenia.

A genome-wide association study using the International Schizophrenia Consortium (ISC) data set revealed that common genetic variation underlies risk of schizophrenia. The study identified common variants within the major histocompatibility complex (MHC) locus and provided molecular genetic evidence for a substantial polygenic component to risk of schizophrenia that involved thousands of common alleles of very small effect. These alleles of small effect also contribute to risk of bipolar disorder (BPD). In the second of three papers on the genetics of schizophrenia, a large genome-wide association study looking at common genetic variants underlying the risk of schizophrenia implicates the major histocompatibility complex — and thus, immunity — and provides molecular genetic evidence for a substantial polygenic component to the risk of schizophrenia. The latter involves thousands of common alleles of very small effect that also contribute to the risk of bipolar disorder. Schizophrenia is a severe mental disorder with a lifetime risk of about 1%, characterized by hallucinations, delusions and cognitive deficits, with heritability estimated at up to 80%1,2. We performed a genome-wide association study of 3,322 European individuals with schizophrenia and 3,587 controls. Here we show, using two analytic approaches, the extent to which common genetic variation underlies the risk of schizophrenia. First, we implicate the major histocompatibility complex. Second, we provide molecular genetic evidence for a substantial polygenic component to the risk of schizophrenia involving thousands of common alleles of very small effect. We show that this component also contributes to the risk of bipolar disorder, but not to several non-psychiatric diseases.

Several lines of evidence point to genetic involvement in autism spectrum disorders (ASDs), neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders characterized by impaired verbal communication and social interaction. The clinical and genetic complexities of the condition make it difficult to identify susceptibility factors, but two related studies now present robust evidence for a genetic involvement. The first, a genome-wide association study, identifies six single-nucleotide polymorphisms strongly associated with autism. These variants lie between two genes encoding neuronal cell-adhesion molecules (cadherins 9 and 10), suggesting possible involvement in ASD pathogenesis. The second study used copy number variation screens to identify genetic variants in two major gene pathways in children with ASDs. The changes are in the ubiquitin pathway, which has previously been associated with neurological disease, and in genes for neuronal cell-adhesion molecules. Autism spectrum disorders (ASDs) are neurodevelopmental disorders characterized by impairments in social and communication skills. Accumulating evidence suggests a genetic component to ASDs, and here a two-stage, genome-wide approach is used to identify candidate genomic loci enriched in ASD cases. The majority of these loci are found to be involved in neuronal adhesion and ubiquitin degradation, suggesting novel susceptibility mechanisms. Autism spectrum disorders (ASDs) are childhood neurodevelopmental disorders with complex genetic origins1,2,3,4. Previous studies focusing on candidate genes or genomic regions have identified several copy number variations (CNVs) that are associated with an increased risk of ASDs5,6,7,8,9. Here we present the results from a whole-genome CNV study on a cohort of 859 ASD cases and 1,409 healthy children of European ancestry who were genotyped with ∼550,000 single nucleotide polymorphism markers, in an attempt to comprehensively identify CNVs conferring susceptibility to ASDs. Positive findings were evaluated in an independent cohort of 1,336 ASD cases and 1,110 controls of European ancestry. Besides previously reported ASD candidate genes, such as NRXN1 (ref. 10) and CNTN4 (refs 11, 12), several new susceptibility genes encoding neuronal cell-adhesion molecules, including NLGN1 and ASTN2, were enriched with CNVs in ASD cases compared to controls (P = 9.5 × 10-3). Furthermore, CNVs within or surrounding genes involved in the ubiquitin pathways, including UBE3A, PARK2, RFWD2 and FBXO40, were affected by CNVs not observed in controls (P = 3.3 × 10-3). We also identified duplications 55 kilobases upstream of complementary DNA AK123120 (P = 3.6 × 10-6). Although these variants may be individually rare, they target genes involved in neuronal cell-adhesion or ubiquitin degradation, indicating that these two important gene networks expressed within the central nervous system may contribute to the genetic susceptibility of ASD.

Autism spectrum disorders (ASDs) are common, heritable neurodevelopmental conditions. The genetic architecture of ASDs is complex, requiring large samples to overcome heterogeneity. Here we broaden coverage and sample size relative to other studies of ASDs by using Affymetrix 10K SNP arrays and 1,181 families with at least two affected individuals, performing the largest linkage scan to date while also analyzing copy number variation in these families. Linkage and copy number variation analyses implicate chromosome 11p12–p13 and neurexins, respectively, among other candidate loci. Neurexins team with previously implicated neuroligins for glutamatergic synaptogenesis, highlighting glutamate-related genes as promising candidates for contributing to ASDs.

Autism spectrum disorders (ASDs) represent a group of childhood neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders characterized by deficits in verbal communication, impairment of social interaction, and restricted and repetitive patterns of interests and behaviour. To identify common genetic risk factors underlying ASDs, here we present the results of genome-wide association studies on a cohort of 780 families (3,101 subjects) with affected children, and a second cohort of 1,204 affected subjects and 6,491 control subjects, all of whom were of European ancestry. Six single nucleotide polymorphisms between cadherin 10 (CDH10) and cadherin 9 (CDH9)—two genes encoding neuronal cell-adhesion molecules—revealed strong association signals, with the most significant SNP being rs4307059 (P = 3.4 × 10-8, odds ratio = 1.19). These signals were replicated in two independent cohorts, with combined P values ranging from 7.4 × 10-8 to 2.1 × 10-10. Our results implicate neuronal cell-adhesion molecules in the pathogenesis of ASDs, and represent, to our knowledge, the first demonstration of genome-wide significant association of common variants with susceptibility to ASDs. Several lines of evidence point to genetic involvement in autism spectrum disorders (ASDs), neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders characterized by impaired verbal communication and social interaction. The clinical and genetic complexities of the condition make it difficult to identify susceptibility factors, but two related studies now present robust evidence for a genetic involvement. The first, a genome-wide association study, identifies six single-nucleotide polymorphisms strongly associated with autism. These variants lie between two genes encoding neuronal cell-adhesion molecules (cadherins 9 and 10), suggesting possible involvement in ASD pathogenesis. The second study used copy number variation screens to identify genetic variants in two major gene pathways in children with ASDs. The changes are in the ubiquitin pathway, which has previously been associated with neurological disease, and in genes for neuronal cell-adhesion molecules. Although structural variation has been previously associated with autism spectrum disorders, this study reports a genome-wide significant association of common variants with susceptibility to this disorder group. The results implicate neuronal cell-adhesion molecules in the pathogenesis of this group of neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders.

Brain enlargement has been observed in children with autism spectrum disorder (ASD), but the timing of this phenomenon, and the relationship between ASD and the appearance of behavioural symptoms, are unknown. Retrospective head circumference and longitudinal brain volume studies of two-year olds followed up at four years of age have provided evidence that increased brain volume may emerge early in development. Studies of infants at high familial risk of autism can provide insight into the early development of autism and have shown that characteristic social deficits in ASD emerge during the latter part of the first and in the second year of life. These observations suggest that prospective brain-imaging studies of infants at high familial risk of ASD might identify early postnatal changes in brain volume that occur before an ASD diagnosis. In this prospective neuroimaging study of 106 infants at high familial risk of ASD and 42 low-risk infants, we show that hyperexpansion of the cortical surface area between 6 and 12 months of age precedes brain volume overgrowth observed between 12 and 24 months in 15 high-risk infants who were diagnosed with autism at 24 months. Brain volume overgrowth was linked to the emergence and severity of autistic social deficits. A deep-learning algorithm that primarily uses surface area information from magnetic resonance imaging of the brain of 6-12-month-old individuals predicted the diagnosis of autism in individual high-risk children at 24 months (with a positive predictive value of 81% and a sensitivity of 88%). These findings demonstrate that early brain changes occur during the period in which autistic behaviours are first emerging.

Mouse models of social dysfunction, designed to investigate the complex genetics of social behaviors, require an objective methodology for scoring social interactions relevant to human disease symptoms. Here we describe an automated, three chambered apparatus designed to monitor social interaction in the mouse. Time spent in each chamber and the number of entries are scored automatically by a system detecting photocell beam breaks. When tested with the automated equipment, juvenile male C57BL/6J mice spent more time in a chamber containing a stranger mouse than in an empty chamber (sociability), similar to results obtained by the observer scored method. In addition, automated scoring detected a preference to spend more time with an unfamiliar stranger than a more familiar conspecific (preference for social novelty), similar to results obtained by the observer scored method. Sniffing directed at the wire cage containing the stranger mouse correlated significantly with time spent in that chamber, indicating that duration in a chamber represents true social approach behavior. Number of entries between chambers did not correlate with duration of time spent in the chambers; entries instead proved a useful control measure of general activity. The most significant social approach behavior took place in the first five minutes of both the sociability and preference for social novelty tests. Application of these methods to C57BL/6J, DBA/2J and FVB/NJ adult males revealed that all three strains displayed tendencies for sociability and preference for social novelty. To evaluate the importance of the strain of the stranger mouse on sociability and preference for social novelty, C57BL/6J subject mice were tested either with A/J strangers or with C57BL/6J strangers. Sociability and preference for social novelty were similar with both stranger strains. The automated equipment provides an accurate and objective approach to measuring social tendencies in mice. Its use may allow higher‐throughput scoring of mouse social behaviors in mouse models of social dysfunction.

While the neuroanatomical basis of autism is not yet known, evidence suggests that brain enlargement may be characteristic of this disorder. Inferences about the timing of brain enlargement have recently come from studies of head circumference (HC).To examine brain volume and HC in individuals with autism as compared with control individuals.A cross-sectional study of brain volume was conducted at the first time point in an ongoing longitudinal magnetic resonance imaging study of brain development in autism. Retrospective longitudinal HC measurements were gathered from medical records on a larger sample of individuals with autism and local control individuals.Clinical research center.The magnetic resonance imaging study included 51 children with autism and 25 control children between 18 and 35 months of age (the latter included both developmentally delayed and typically developing children). Retrospective, longitudinal HC data were examined from birth to age 3 years in 113 children with autism and 189 local control children.Cerebral cortical (including cortical lobes) and cerebellar gray and white matter magnetic resonance imaging brain volumes as well as retrospective HC data from medical records were studied.Significant enlargement was detected in cerebral cortical volumes but not cerebellar volumes in individuals with autism. Enlargement was present in both white and gray matter, and it was generalized throughout the cerebral cortex. Head circumference appears normal at birth, with a significantly increased rate of HC growth appearing to begin around 12 months of age.Generalized enlargement of gray and white matter cerebral volumes, but not cerebellar volumes, are present at 2 years of age in autism. Indirect evidence suggests that this increased rate of brain growth in autism may have its onset postnatally in the latter part of the first year of life.