Abstract The adult brain is organized into distinct functional networks, forming the basis of information processing and determining individual differences in behavior. Is this network organization genetically determined and present at birth? And what is the individual variability in this organization in neonates? Here, we use unsupervised learning to uncover intrinsic functional brain organization using resting-state connectivity from a large cohort of neonates (Developing Human Connectome Project). We identified a set of symmetric, hierarchical, and replicable networks: sensorimotor, visual, default mode, ventral attention, and high-level vision. We quantified individual variability across neonates, and found the most individual variability in the ventral attention networks. Crucially, the variability of these networks were not driven by SNR differences or differences from adult networks (Yeo et al., 2011). Finally, differential gene expression provided a potential explanation for the emergence of these distinct networks and identified potential genes of interest for future developmental and individual variability research. Overall, we found neonatal connectomes (even at the voxel-level) can reveal broad individual- specific information processing units. The presence of individual differences in neonates and the framework for personalized parcellations demonstrated here has the potential to improve prediction of behavior and future outcomes from neonatal and infant brain data.

Abstract Socioeconomic resources (SER) calibrate the developing brain to the current context, which can confer or attenuate risk for psychopathology across the lifespan. Recent multivariate work indicates that SER levels powerfully relate to intrinsic functional connectivity patterns across the entire brain. Nevertheless, the neuroscientific meaning of these widespread neural differences remains poorly understood, despite its translational promise for early risk identification, targeted intervention, and policy reform. In the present study, we leverage graph theory to precisely characterize multivariate and univariate associations between SER across household and neighborhood contexts and the intrinsic functional architecture of brain regions in 5,821 youth (9-10 years) from the Adolescent Brain Cognitive Development StudySM. First, we establish that decomposing the brain into profiles of integration and segregation captures more than half of the multivariate association between SER and functional connectivity with greater parsimony (100-fold reduction in number of features) and interpretability. Second, we show that the topological effects of SER are not uniform across the brain; rather, higher SER levels are associated with greater integration of somatomotor and subcortical systems, but greater segregation of default mode, orbitofrontal, and cerebellar systems. Finally, we demonstrate that topological associations with SER are spatially patterned along the unimodal-transmodal gradient of brain organization. These findings provide critical interpretive context for the established and widespread associations between SER and brain organization. This study highlights both higher-order and somatomotor networks that are differentially implicated in environmental stress, disadvantage, and opportunity in youth.

Socioeconomic resources (SER) calibrate the developing brain to the current context, which can confer or attenuate risk for psychopathology across the lifespan. Recent multivariate work indicates that SER levels powerfully influence intrinsic functional connectivity patterns across the entire brain. Nevertheless, the neurobiological meaning of these widespread alterations remains poorly understood, despite its translational promise for early risk identification, targeted intervention, and policy reform. In the present study, we leverage the resources of graph theory to precisely characterize multivariate and univariate associations between household SER and the functional integration and segregation (i.e., participation coefficient, within-module degree) of brain regions across major cognitive, affective, and sensorimotor systems during the resting state in 5,821 youth (ages 9-10 years) from the Adolescent Brain Cognitive Development (ABCD) Study. First, we establish that decomposing the brain into profiles of integration and segregation captures more than half of the multivariate association between SER and functional connectivity with greater parsimony (100-fold reduction in number of features) and interpretability. Second, we show that the topological effects of SER are not uniform across the brain; rather, higher SER levels are related to greater integration of somatomotor and subcortical systems, but greater segregation of default mode, orbitofrontal, and cerebellar systems. Finally, we demonstrate that the effects of SER are spatially patterned along the unimodal-transmodal gradient of brain organization. These findings provide critical interpretive context for the established and widespread effects of SER on brain organization, indicating that SER levels differentially configure the intrinsic functional architecture of developing unimodal and transmodal systems. This study highlights both sensorimotor and higher-order networks that may serve as neural markers of environmental stress and opportunity, and which may guide efforts to scaffold healthy neurobehavioral development among disadvantaged communities of youth.