Signal detection in the analysis of blood oxygen level-dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging (fMRI) may be greatly hindered by cardiac pulsatility artifacts. Vessel pulsation, cerebrospinal fluid movement, and tissue deformation are all associated with the cardiac cycle and all can produce fMRI signal variance. Most cognitive fMRI studies do not utilize a method of cardiac-related noise reduction, in part because of the lack of information on the regional significance and magnitude of cardiac-related signal variance in the brain. In this paper we present a topographical description of the regions showing significant contributions of cardiac-related signal variance. The results are highly consistent across subjects and suggest that reduced sensitivity due to cardiac-induced noise in the BOLD signal is systematically greater in specific areas, typically near major blood vessels. Significant effects of cardiac-related variability were found on average in 27.5 ± 8.0% of voxels. Strong influences were found along the vertebrobasilar arterial system near the medial areas of the brain, along the middle cerebral artery near the anterior temporal lobes and in the insula, and along the anterior cerebral artery in the anterior interhemispheric fissure in the medial frontal lobes. Significant effects were also observed in the sigmoid transverse and superior sagittal sinus regions. These results identify regions in which fMRI will have reduced sensitivity due to increased signal variation produced by cardiac pulsatility.

Abstract Conversation is an important and ubiquitous social behavior. Individuals with Autism Spectrum Disorder (autism) without intellectual disability often have normal structural language abilities but deficits in social aspects of communication like pragmatics, prosody, and eye contact. Previous studies of resting state activity suggest that intrinsic connections among neural circuits involved with social processing are disrupted in autism, but to date no neuroimaging study has examined neural activity during the most commonplace yet challenging social task: spontaneous conversation. Here we used functional MRI to scan autistic males (N=19) without intellectual disability and age- and IQ-matched typically developing controls (N=20) while they engaged in a total of 193 face-to-face interactions. Participants completed two kinds of tasks: Conversation, which had high social demand, and Repetition, which had low social demand. Autistic individuals showed abnormally increased task-driven inter-regional temporal correlation relative to controls, especially among social processing regions and during high social demand. Furthermore, these increased correlations were associated with parent ratings of participants’ social impairments. These results were then compared with previously-acquired resting-state data (56 Autism, 62 Control participants). While some inter-regional correlation levels varied by task or rest context, others were strikingly similar across both task and rest, namely increased correlation among the thalamus, dorsal and ventral striatum, somatomotor, temporal and prefrontal cortex in the autistic individuals, relative to the control groups. These results suggest a basic distinction. Autistic cortico-cortical interactions vary by context, tending to increase relative to controls during Task and decrease during Rest. In contrast, striato- and thalamocortical relationships with socially engaged brain regions are increased in both Task and Rest, and may be core to the condition of autism.

Abstract Previous studies have shown that the conceptual representation of food involves brain regions associated with taste perception. The specificity of this response, however, is unknown. Does viewing pictures of food produce a general, non-specific response in taste-sensitive regions of the brain? Or, is the response specific for how a particular food tastes? Building on recent findings that specific tastes can be decoded from taste-sensitive regions of insular cortex, we asked whether viewing pictures of foods associated with a specific taste (e.g., sweet, salty, sour) can also be decoded from these same regions and if so, are the patterns of neural activity elicited by the pictures and their associated tastes similar? Using ultra-high resolution functional magnetic resonance imaging at high magnetic field strength (7-Tesla), we were able to decode specific tastes delivered during scanning, as well as the specific taste category associated with food pictures within the dorsal mid-insula, a primary taste responsive region of brain. Thus, merely viewing food pictures triggers an automatic retrieval of specific taste quality information associated with the depicted foods, within gustatory cortex. However, the patterns of activity elicited by pictures and their associated tastes were unrelated, thus suggesting a clear neural distinction between inferred and directly experienced sensory events. These data show how higher-order inferences derived from stimuli in one modality (i.e. vision) can be represented in brain regions typically thought to represent only low-level information about a different modality (i.e. taste). Significance Statement Does a picture of an apple taste sweet? Previous studies have shown that viewing food pictures activates brain regions involved in taste perception. However, it’s unclear if this response is actually specific to the taste of depicted foods. Using ultra-high resolution functional magnetic resonance imaging and multi-voxel pattern analysis, we decoded specific tastes delivered during scanning, as well as the dominant tastes associated with food pictures within primary taste cortex. Thus, merely viewing pictures of food evokes an automatic retrieval of information about the taste of those foods. These results show how higher-order information from one sensory modality (i.e. vision) can be represented in brain regions thought to represent only low-level information from a different modality (i.e. taste).

In the mammalian brain, the insula is the primary cortical substrate involved in the perception of taste. Recent imaging studies in rodents have identified a "gustotopic" organization in the insula, whereby distinct insula regions are selectively responsive to one of the five basic tastes. However, numerous studies in monkeys have reported that gustatory cortical neurons are broadly-tuned to multiple tastes, and tastes are not represented in discrete spatial locations. Neuroimaging studies in humans have thus far been unable to discern between these two models, though this may be due to the relatively low spatial resolution employed in taste studies to date. In the present study, we examined the spatial representation of taste within the human brain using ultra-high resolution functional magnetic resonance imaging (MRI) at high magnetic field strength (7-Tesla). During scanning, participants tasted sweet, salty, sour and tasteless liquids, delivered via a custom-built MRI-compatible tastant-delivery system. Our univariate analyses revealed that all tastes (vs. tasteless) activated primary taste cortex within the bilateral dorsal mid-insula, but no brain region exhibited a consistent preference for any individual taste. However, our multivariate searchlight analyses were able to reliably decode the identity of distinct tastes within those mid-insula regions, as well as brain regions involved in affect and reward, such as the striatum, orbitofrontal cortex, and amygdala. These results suggest that taste quality is not represented topographically, but by a combinatorial spatial code, both within primary taste cortex as well as regions involved in processing the hedonic and aversive properties of taste.

ABSTRACT Weight loss diets often target restriction of dietary fat or carbohydrate, macronutrients that are sensed via distinct gut-brain pathways and differentially affect peripheral hormones and metabolism. However, the effects of such diet changes on human brain are unclear. We investigated whether selective isocaloric reductions in dietary fat or carbohydrate altered dopamine D2/3 receptor binding potential (D2BP) and neural activity in brain reward regions in response to visual food cues in 17 inpatient adults with obesity as compared to a eucaloric baseline diet. On the fifth day of dietary fat restriction, but not carbohydrate restriction, both D2BP and neural activity to food cues were decreased in brain reward regions. After the reduced fat diet, ad libitum intake shifted towards foods high in both fat and carbohydrates. These results suggest that dietary fat restriction increases tonic dopamine in brain reward regions and affects food choice in ways that may hamper diet adherence.