Studies of early life extremes such as trauma, abuse, and neglect highlight the critical importance of quality caregiving in the development of brain circuits supporting emotional behavior and mental health. The impact of normative variability in caregiving on such biobehavioral processes, however, is poorly understood. Here, we provide initial evidence that even subtle variability in normative caregiving shapes threat-related brain function and, potentially, associated psychopathology in adolescence. Specifically, we report that greater familial affective responsiveness is associated with heightened amygdala reactivity to interpersonal threat, particularly in adolescents having experienced relatively low recent stress. These findings extend the literature on the effects of caregiving extremes on brain function to subtle, normative variability, but suggest that presumably protective factors may be associated with increased risk-related amygdala reactivity. We consider these paradoxical associations with regard to studies of basic associative threat learning and further consider their relevance for understanding potential effects of caregiving on psychological development.

Abstract Grit is a personality trait that encapsulates the tendency to persevere and maintain consistent interest for long-term goals. While prior studies found that grit predicts positive behavioral outcomes, there is a paucity of work providing explanatory evidence from a neurodevelopmental perspective. Based on previous research suggesting the utility of the functional connectome as a developmental measure, we tested the idea that individual differences in grit might be, in part, rooted in brain development in adolescence and emerging adulthood ( N = 64, 11-19 years of age). Our analysis showed that grit was associated with connectome stability across conditions and connectome similarity across individuals. Notably, inter-subject representational similarity analysis revealed that teenagers who were grittier shared similar functional connectome architecture with each other, more so than those with lower grit. Our findings suggest that gritty individuals are more likely to follow a specific neurodevelopmental trajectory, which may underpin subsequent beneficial behavioral outcomes. Statement of Relevance Maintaining consistent effort and passion for long-term, personally meaningful goals – often referred to as grit – is suggested to be associated with a wide range of positive outcomes such as academic achievement, career success and subjective well-being. Although grit has gained substantial amount of interest not only in the academia but also from the general population, only a handful of studies have examined its neural underpinnings. Here, we examined whether putative developmental measures using whole-brain functional connectivity patterns (i.e., functional connectome) explain individual differences in grit. Using publicly available developmental neuroimaging dataset ranging from early adolescence to emerging adulthood, we found that functional connectome stability within individuals and similarity between individuals uniquely explained self-reported grit. Confirmatory analyses demonstrated the existence of common neural representations shared among gritty teenagers, which were unveiled during movie-watching. These findings highlight that grit may be embedded in the functional connectome architecture during adolescence and emerging adulthood.

Generalized anxiety disorder (GAD) is a common condition characterized by excessive, uncontrollable worry. Despite increasing efforts to identify the neural underpinnings of GAD, neuroimaging research using cortical thickness have yielded largely inconsistent results. To address this, we adopted an inter-subject representational similarity analysis framework and utilized a sample of 120 adolescents (13 to 18 years of age) from the Healthy Brain Network dataset. We found greater topographical resemblance among participants with heightened generalized anxiety symptoms in the left caudal anterior cingulate and pericalcarine cortex. Such associations were not observed when including a group of younger participants (11 to 12 years of age), highlighting the importance of age range selection when considering the link between cortical thickness and anxiety. Our findings reveal a novel cortical thickness topography that represents generalized anxiety in adolescents, which is embedded within the shared geometries between generalized anxiety symptoms and cortical thickness.

The current study used functional magnetic resonance imaging (fMRI) and showed that state anxiety modulated extrastriate cortex activity in response to emotionally-charged visual images. State anxiety and neuroimaging data from 53 individuals were subjected to an intersubject representational similarity analysis (ISRSA), wherein the geometries between neural and behavioral data were compared. This analysis identified the extrastriate cortex (fusiform gyrus and area MT) to be the sole regions whose activity patterns covaried with state anxiety. Importantly, we show that this brain-behavior association is revealed when treating state anxiety data as a multidimensional response pattern, rather than a single composite score. This suggests that ISRSA using multivariate distances may be more sensitive in identifying the shared geometries between self-report questionnaires and brain imaging data. Overall, our findings demonstrate that a transient state of anxiety may influence how visual information – especially those relevant to the valence dimension – is processed in the extrastriate cortex.

Abstract Neuroscientific studies have highlighted the role of the default mode network (DMN) in processing narrative information. Here, we examined whether the neural synchronization of the DMN tracked the appearances of characters with different narrative roles (i.e., protagonists versus antagonists) when viewing highly engaging, socially rich audiovisual narratives. Using inter-subject correlation analysis on two independent, publicly available movie-watching functional magnetic resonance imaging datasets ( Sherlock and The Grand Budapest Hotel ), we computed whole-brain neural synchronization during the appearance of the protagonists and antagonists. Results showed that the inferior frontal gyrus (IFG) and orbitofrontal cortex (OFC), which are components of the DMN, had higher ISC values during the appearance of the protagonists compared to the antagonists. Importantly, these findings were commonly observed in both datasets. We discuss the present results in the context of information integration and emotional empathy, which are relevant functions known to be supported by the DMN. Our study presents generalizable evidence that regions within the DMN – particularly the IFG and OFC – show distinctive synchronization patterns due to differences in narrative roles.

Amongst a number of negative life sequelae associated with childhood adversity is the later expression of a higher dispositional tendency to experience anger and frustration to a wide range of situations (i.e., trait anger). We recently reported that an association between childhood adversity and trait anger is moderated by individual differences in both threat-related amygdala activity and executive control-related dorsolateral prefrontal cortex (dlPFC) activity, wherein individuals with relatively low amygdala and high dlPFC activity do not express higher trait anger even when having experienced childhood adversity. Here, we examine possible structural correlates of this functional dynamic using diffusion magnetic resonance imaging data from 647 young adult men and women volunteers. Specifically, we tested whether the degree of white matter microstructural integrity as indexed by fractional anisotropy modulated the association between childhood adversity and trait anger. Our analyses revealed that higher microstructural integrity of multiple pathways was associated with an attenuated link between childhood adversity and adult trait anger. Amongst these pathways was the uncinate fasciculus, which not only provides a major anatomical link between the amygdala and prefrontal cortex but also is associated with individual differences in regulating negative emotion through top-down cognitive reappraisal. These findings suggest that higher microstructural integrity of distributed white matter pathways including but not limited to the uncinate fasciculus may represent an anatomical foundation serving to buffer against the expression of childhood adversity as later trait anger, which is itself associated with multiple negative health outcomes.

Meta-analysis of functional magnetic resonance imaging (fMRI) data is an effective method for capturing the distributed patterns of brain activity supporting discrete cognitive and affective processes. One opportunity presented by the resulting meta-analysis maps (MAMs) is as a reference for better understanding the nature of individual contrast maps (ICMs) derived from specific task fMRI data. Here, we compared MAMs from 148 neuroimaging studies representing the broad emotion categories of fear, anger, disgust, happiness, and sadness with ICMs from fearful > neutral and angry > neutral facial expressions from an independent dataset of task fMRI ( n = 1263). Analyses revealed that both fear and anger ICMs exhibited the greatest pattern similarity to fear MAMs. As the number of voxels included for the computation of pattern similarity became more selective, the specificity of MAM-ICM correspondence decreased. Notably, amygdala activity long considered critical for processing threat-related facial expressions was neither sufficient nor necessary for detecting MAM-ICM pattern similarity effects. Our analyses suggest that both fearful and angry facial expressions are best captured by distributed patterns of brain activity associated with fear. More generally, our analyses demonstrate how MAMs can be leveraged to better understand affective processes captured by ICMs in task fMRI data.

Early alcohol use initiation predicts onset of alcohol use disorders (AUD) in adulthood. However, little is known about developmental trajectories of alcohol use initiation or their putative biological and environmental correlates. Here we report the results of latent class analyses identifying two trajectories of alcohol use initiation in a prospective study of adolescents selected for the presence or absence of familial risk for depression at baseline. The latent class analyses identified two distinct patterns of initiation: early initiators (EI; n=32) who reported greater baseline alcohol use (M = 1.12, SE = .35) and exhibited a more rapid rate of change in use between baseline and each follow up wave (M = 4.43, SE = .94); and in contrast, late initiators (LI; n=298) who reported lower baseline use (M = .23, SE = .03) and exhibited a slower rate of change between baseline and each of the subsequent follow up waves (M = .12, SE = .03). Early initiators had more positive expectancies regarding alcohol (p = .002 − p = .005) and reported higher levels of stressful life events during the year prior to baseline assessment (p = .001). Additionally, fMRI analyses revealed that EI displayed heightened threat-related amygdala activity at baseline compared to LI (p = .001), but no differences in reward-related ventral striatum activity. Lastly survival analyses revealed that EI initiators were 6.7 times more likely to develop an AUD by age 19 when compared to the LI (p = .005). These patterns, which were independent of broad familial risk for depression, suggest that early initiation of alcohol use during adolescence associated with later risk for AUD is reflected in both higher levels of stressful life events and higher neural reactivity to threat, the combination of which may inform ongoing efforts to prevent persistent dysfunction.

Recently, we reported that variability in early-life caregiving experiences maps onto individual differences in threat-related brain function. Here, we extend this work to provide further evidence that subtle variability in specific features of early caregiving shapes structural and functional connectivity between the amygdala and medial prefrontal cortex (mPFC) in a cohort of 312 young adult volunteers. Multiple regression analyses revealed that participants who reported higher maternal overprotection exhibited increased amygdala reactivity to explicit signals of interpersonal threat but not implicit signals of broad environmental threat. While amygdala functional connectivity with regulatory regions of the mPFC was not significantly associated with maternal overprotection, participants who reported higher maternal overprotection exhibited relatively decreased structural integrity of the uncinate fasciculus (UF), a white matter tract connecting these same brain regions. There were no significant associations between structural or functional brain measures and either maternal or paternal care ratings. These findings suggest that an overprotective maternal parenting style during childhood is associated with later functional and structural alterations of brain regions involved in generating and regulating responses to threat.

Childhood adversity is associated with a wide range of negative behavioral and neurodevelopmental consequences. However, individuals vary substantially in their sensitivity to such adversity. Here, we examined how individual variability in structural features of the corticolimbic circuit, which plays a key role in emotional reactivity, moderates the association between childhood adversity and later trait anxiety in 798 young adult university students. Consistent with prior research, higher self-reported childhood adversity was significantly associated with higher self-reported trait anxiety. However, this association was attenuated in participants with higher microstructural integrity of the uncinate fasciculus and greater thickness of the orbitofrontal cortex. These structural properties of the corticolimbic circuit may capture a neural profile of relative resiliency to early life stress, especially against the negative effects of childhood adversity on later trait anxiety. More generally, our findings highlight the potential utility in the simultaneous consideration of qualitatively different brain structural measures in explaining complex behavioral associations in future research.