Premature infants are at substantial risk for suffering from perinatal white matter injury. Though the gut microbiota has been implicated in early-life development, a detailed understanding of the gut-microbiota-immune-brain axis in premature neonates is lacking. Here, we profiled the gut microbiota, immunological, and neurophysiological development of 60 extremely premature infants, which received standard hospital care including antibiotics and probiotics. We found that maturation of electrocortical activity is suppressed in infants with severe brain damage. This is accompanied by elevated γδ T cell levels and increased T cell secretion of vascular endothelial growth factor and reduced secretion of neuroprotectants. Notably, Klebsiella overgrowth in the gut is highly predictive for brain damage and is associated with a pro-inflammatory immunological tone. These results suggest that aberrant development of the gut-microbiota-immune-brain axis may drive or exacerbate brain injury in extremely premature neonates and represents a promising target for novel intervention strategies.

Development of the human brain involves processes that are not seen in many other species, but can contribute to neurodevelopmental disorders (1–4). Cerebral organoids can be used to investigate neurodevelopmental disorders in a human context but are limited by variability and low throughput. We have developed the CRISPR-human organoids-scRNA-seq (CHOOSE) system that utilizes verified pairs of gRNAs, inducible CRISPR/Cas9-based genetic disruption, and single-cell transcriptomics for pooled loss-of-function screening in mosaic organoids. Genetic perturbations of 36 high-risk autism spectrum disorder (ASD) genes related to transcriptional regulation allowed us to identify their effects on cell fate determination and discover developmental stages susceptible to ASD gene perturbations. We construct a developmental gene regulatory network (GRN) of cerebral organoids from single-cell multiomic data including transcriptome and chromatin modalities and identify ASD-associated and perturbation-enriched regulatory modules. We show that perturbing members of the BAF chromatin remodeling complex leads to an expanded population of ventral telencephalon progenitors. Specifically, the BAF subunit ARID1B controls the fate transitions of progenitors to oligodendrocyte precursor cells and interneurons, which we confirmed in patient-specific induced pluripotent stem cell (iPSC) derived organoids. Our study paves the way for phenotypically characterizing disease susceptibility genes in human organoid models with cell type, developmental trajectory, and gene regulatory network readouts.

Abstract Mutations in ARID1B , a member of the mSWI/SNF complex, cause severe neurodevelopmental phenotypes with elusive mechanisms in humans. The most common structural abnormality in the brain of ARID1B patients is agenesis of the corpus callosum (ACC). This condition is characterized by a partial or complete absence of the corpus callosum (CC), an interhemispheric white matter tract that connects distant cortical regions. Using human neural organoids, we identify a vulnerability of callosal projection neurons (CPNs) to ARID1B haploinsufficiency, resulting in abnormal maturation trajectories and dysregulation of transcriptional programs of CC development. Through a novel in vitro model of the CC tract, we demonstrate that ARID1B mutations reduce the proportion of CPNs capable of forming long-range projections, leading to structural underconnectivity phenotypes. Our study uncovers new functions of the mSWI/SNF during human corticogenesis, identifying cell-autonomous defects in axonogenesis as a cause of ACC in ARID1B patients. Abstract Figure Graphical abstract Human callosal projection neurons are vulnerable to ARID1B haploinsufficiency. (Top) During healthy development, callosal projection neurons (CPNs) project long interhemispheric axons, forming the corpus callosum (CC) tract, which can be modeled in vitro . (Bottom) In ARID1B patients, transcriptional dysregulation of genetic programs of CC development reduces the formation of long-range projections from CPNs, causing CC agenesis in vivo and underconnectivity phenotypes in vitro .

We present a case study detailing cognitive performance, functional neuroimaging, and effects of a hypothesis-driven treatment in a 10-year-old girl diagnosed with complete, isolated corpus callosum agenesis. Despite having average overall intellectual abilities, the girl exhibited profound surface dyslexia and dysgraphia. Spelling treatment significantly and persistently improved her spelling of trained irregular words, and this improvement generalized to reading accuracy and speed of trained words. Diffusion weighted imaging revealed strengthened intrahemispheric white matter connectivity of the left temporal cortex after treatment and identified interhemispheric connectivity between the occipital lobes, likely facilitated by a pathway crossing the midline via the posterior commissure. This case underlines the corpus callosum's critical role in lexical reading and writing. It demonstrates that spelling treatment may enhance interhemisphericconnectivity in corpus callosum agenesis through alternative pathways, boosting the development of a more efficient functional organization of the visual word form area within the left temporo-occipital cortex.

Motivation: MR-guided laser interstitial thermal therapy (LITT) uses laser fibres to ablate lesions under MR-thermometry monitoring. Distance between OR and MRI complicates this procedure, but previous generations of intraoperative MRIs were limited to fields up to 1.5T. Goal(s): We investigated a dual-room setup for intraoperative 3T MRI as navigation/monitoring for LITT. Approach: In eleven paediatric patients, we demonstrated this setup as navigation/monitoring for LITT. Results: We quantified achievable time and precision parameters, e.g., a mean total surgery time of 4.9 hours. Impact: Minimised surgery time and complications as well as improved treatment monitoring for laser interstitial thermal therapy make dual-room intraoperative 3T MRIs beneficial for paediatric patients.

Abstract Purpose Thread release of the carpal tunnel is the most recent of several minimally invasive ultrasound-guided carpal tunnel release techniques. The purpose of this article is to provide a step-by-step guide for minimally invasive, ultrasound-guided thread release of the carpal tunnel focused on transecting the transverse carpal ligament with minimal damage to the palmar aponeurosis on anatomical specimens. Methods Fifteen ultrasound-guided carpal tunnel thread releases were performed on the wrists of soft-embalmed anatomical specimens, which were dissected immediately after the intervention. The procedures were performed by two musculoskeletal radiologists with 25 and 8 years of experience, respectively, in interventional radiology. Ultrasound visibility, completeness of transection, and damage to surrounding structures were evaluated on a score from 1 to 3. Results We achieved a complete transection of the transverse carpal ligament in 11 of 15 interventions (73%) and an incomplete transection in the remaining four (27%). No neural or vascular structures were harmed. In two cases (13%), there was irrelevant damage to flexor tendons. The ultrasound visibility was rough in five specimens (33.3%), moderate in five (33.3%), and optimal in five (33.3%). Essential structures were delineated in all cases. Conclusion Thread release of the carpal tunnel leads to only minimal damage to skin, as well as structures within the carpal tunnel and the palmar aponeurosis, promising a low amount of postinterventional complications. Relevance statement Our study showed that minimally invasive ultrasound-guided thread release of the carpal tunnel is a feasible approach in the anatomical model. The results may provide a basis for further research and refinement of this technique. Graphical abstract

Motivation: The relationship of grey-matter atrophy in structural epilepsy across various etiologies remains poorly understood. Goal(s): To perform volumetric brain MRI analysis in the presence of structural epileptogenic brain lesions. Approach: 68 subjects with structural epilepsy were longitudinally imaged, grey-matter volume estimates were derived from SynthSeg segmentations and corrected for structural lesions with manual segmentation. Grey-matter volume change was assessed over five structural etiological groups and related to the Seizure Frequency Score. Results: Our data show significant correlation between grey-matter volume loss and the Seizure Frequency Score. We could find no clear trend across etiological groups in our primary analysis. Impact: Our analysis of grey-matter volume loss in structural epilepsy shows a correlation with the Seizure Frequency Score, supporting the concept of epilepsy-associated neurodegeneration and highlighting the importance of early diagnosis and treatment.

Motivation: Immediate changes in functionality during brain surgery in tumor and epilepsy patients are worth investigating in order to improve prediction of surgical outcomes. Goal(s): We want to implement a preprocessing-pipeline for pre- and post-resection data that allows comparison between both scans and the application of further analysis methods. Approach: We propose a two-step approach, where we first pre-register the anatomical data to MNI-space with consideration of the resection area and then use this data in a second step for preprocessing of fMRI data. Results: The preprocessing gives satisfactory results that enable further analysis of intraoperative fMRI data, such as PICA. Impact: We showed that the difficult case of pre- and post-resection data preprocessing is feasible and allows analysis of intraoperative fMRI data. This enables further investigation of changes in brain functionality during surgery which might lead to improvements in neurosurgery.

Motivation: We want to explore the potential benefits that high-field MRSI can provide added value by allowing for higher spectral resolution of metabolites. Goal(s): Our goal was to test the robustness of 7T-CRT-FID-MRSI in the characterization of epilepsy, in particular with respect to glutamate and glutamine. Approach: We measured 42 patients with focal epilepsy using 7T-CRT-FID-MRSI. The obtained metabolites were normalized to ratios of NAA and tCr and concentration estimates of glutamate and glutamine were related to seizure frequency. Results: We could demonstrate that high-field MRSI shows high sensitivity in identifying epileptic zones as well as a correlation of glutamate/glutamine ratios to seizure frequency. Impact: 7T-CRT-FID MRSI shows high potential for identifying metabolic alterations in epilepsy. Additionally, due to higher spectral resolution, we could demonstrate a correlation of seizure frequency to the glutamate/glutamine ratio, potentially aiding in quantification of seizure burden in clinical practice.