Abstract Stimulation-evoked signals are starting to be used as biomarkers to indicate the state and health of brain networks. The human limbic network, often targeted for brain stimulation therapy, is involved in emotion and memory processing. Previous anatomical, neurophysiological and functional studies suggest distinct subsystems within the limbic network (Rolls, 2015). Previous studies using intracranial electrical stimulation, however, have emphasized the similarities of the evoked waveforms across the limbic network. We test whether these subsystems have distinct stimulation-driven signatures. In seven patients with drug-resistant epilepsy we stimulated the limbic system with single pulse electrical stimulation (SPES). Reliable cortico-cortical evoked potentials (CCEPs) were measured between hippocampus and the posterior cingulate cortex (PCC) and between the amygdala and the anterior cingulate cortex (ACC). However, the CCEP waveform in the PCC after hippocampal stimulation showed a unique and reliable morphology, which we term the limbic H-wave. This limbic H-wave was visually distinct and separately decoded from the amygdala to ACC waveform. Diffusion MRI data show that the measured endpoints in the PCC overlap with the endpoints of the parolfactory cingulum bundle rather than the parahippocampal cingulum, suggesting that the limbic H-wave may travel through fornix, mammillary bodies and the anterior nucleus of the thalamus (ANT). This was further confirmed by stimulating the ANT, which evoked the same limbic H-wave but with a shorter latency. Limbic subsystems have unique stimulation evoked signatures that may be used in the future to help develop stimulation therapies. Significance Statement The limbic system is often compromised in diverse clinical conditions, such as epilepsy or Alzheimer’s disease, and it is important to characterize its typical circuit responses. Stimulation evoked waveforms have been used in the motor system to diagnose circuit pathology. We translate this framework to limbic subsystems using human intracranial stereo EEG (sEEG) recordings that measure deeper brain areas. Our sEEG recordings describe a stimulation evoked waveform characteristic to the memory and spatial subsystem of the limbic network that we term the limbic H-wave. The limbic H-wave follows anatomical white matter pathways from hippocampus to thalamus to the posterior cingulum and shows promise as a distinct biomarker of signaling in the human brain memory and spatial limbic network.

Steps in the construction of an 8 metric ton, 7.0 T MRI scanner for imaging the brain are described. The system nearing completion uses only 12 liters of liquid helium and has outside dimensions comparable to a clinical whole-body 3.0 T scanner, with a similar footprint. As such, the new Compact 7.0 T system fits into any whole-body 3.0 T room, simplifying installation. The system is in the final stages of assembly.

With a high-performance gradient system, gradient-induced eddy current in the RF shield can cause a substantial temperature rise in the patient bore. Especially, a multi-echo EPI sequence involving intense gradient switching and long echo trains, usually lasts for >10 minutes in many resting-state functional MRI studies. The temperature change caused by RF shield heating can jeopardize patient safety and hardware reliability. Based on theoretical and experimental investigation, we demonstrated two main factors that could contribute to the RF shield heating in a high-performance compact 3T scanner, namely the shield surface conductivity and mean-square slew rate of the gradient waveform.

Brain genetics is an active research area. The degree to which genetic variants impact variations in brain structure and function remains largely unknown. We examined the heritability of regional brain volumes (p ~ 100) captured by single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in UK Biobank (n ~ 9000). We found that regional brain volumes are highly heritable in this study population. We observed omni-genic impact across the genome as well as enrichment of SNPs in active chromatin regions. Principal components derived from regional volume data are also highly heritable, but the amount of variance in brain volume explained by the component did not seem to be related to its heritability. Heritability estimates vary substantially across large-scale functional networks and brain regions. The variation in heritability across regions was not related to measurement reliability. Heritability estimates exhibit a symmetric pattern across left and right hemispheres and are consistent in females and males. Our main findings in UK Biobank are consistent with those in Alzheimers Disease Neuroimaging Initiative (n ~ 1100), Philadelphia Neurodevelopmental Cohort (n ~ 600), and Pediatric Imaging, Neurocognition, and Genetics (n ~ 500) datasets, with more stable estimates in UK Biobank.