Abstract In early deaf individuals, the auditory deprived temporal brain regions become engaged in visual processing. In our study we tested further the hypothesis that intrinsic functional specialization guides the expression of cross-modal responses in the deprived auditory cortex. We used functional MRI to characterize the brain response to horizontal, radial and stochastic visual motion in early deaf and hearing individuals matched for the use of oral or sign language. Visual motion showed enhanced response in the ‘deaf’ mid-lateral planum temporale , a region selective to auditory motion as demonstrated by a separate auditory motion localizer in hearing people. Moreover, multivariate pattern analysis revealed that this reorganized temporal region showed enhanced decoding of motion categories in the deaf group, while visual motion-selective region hMT+/V5 showed reduced decoding when compared to hearing people. Dynamic Causal Modelling revealed that the ‘deaf’ motion-selective temporal region shows a specific increase of its functional interactions with hMT+/V5 and is now part of a large-scale visual motion selective network. In addition, we observed preferential responses to radial, compared to horizontal, visual motion in the ‘deaf’ right superior temporal cortex region that also show preferential response to approaching/receding sounds in the hearing brain. Overall, our results suggest that the early experience of auditory deprivation interacts with intrinsic constraints and triggers a large-scale reallocation of computational load between auditory and visual brain regions that typically support the multisensory processing of motion information. Highlights Auditory motion-sensitive regions respond to visual motion in the deaf Reorganized auditory cortex can discriminate between visual motion trajectories Part of the deaf auditory cortex shows preference for in-depth visual motion Deafness might lead to computational reallocation between auditory/visual regions.

Pharmacological treatments in Parkinson's disease (PD), albeit effective in alleviating many motor symptoms, have limited effects in non-motor signatures as cognitive impairment, as well as in other aspects included postural instability. Consequently, complementary interventions are nowadays a prerogative of clinical practice managing PD symptomatology. In this pilot longitudinal study, we recruited twenty-four PD patients participating in one of two interventions: adapted Argentine Tango or group-based physiotherapy. Participants underwent a motor and neuropsychological evaluation before and after four months of activities, carried out twice a week. We found a general stabilization of motor and cognitive abilities, with significant improvements in several motor skills, mainly pertaining to static and dynamic balance, similarly in both groups. At cognitive level, we measured a significant improvement in both groups in the Action Naming task. Interestingly, only PD patients in the Tango group improved their performance in the test measuring facial emotion recognition. These findings highlight the crucial role that physical activities have in the stabilization and slowdown of disease's progression in PD. They further highlight the beneficial effects of a group-based physical intervention, which, especially in the case of Tango, could lead to behavioral ameliorations in domains other than the motor, such as emotion recognition.

Abstract An open discussion in studies of intrinsic brain functional connectivity is the mitigation of head motion-related artifacts, particularly in the presence of peculiar symptomatology such as in Parkinson’s disease (PD). Previous studies show that Independent Component Analysis (ICA) denoising improves the reproducibility of functional connectivity findings by detecting sources of non-neural signals. However, there is still no consensus about which pre-processing pipeline should be applied in natural high motion populations such as PD, particularly in relation to novel functional network descriptions derived from dynamic connectivity analyses. In this study, we investigated how different pre-processing pipelines affect intrinsic brain connectivity metrics, both static and dynamic, derived from a group of young healthy controls (HC) and a group of PD participants. A total of 20 HC and 20 PD subjects participated in this 3 T MRI study. Resting-state functional MRI images were used to test the effects of the pre-processing pipeline of static (sFC) and temporal-varying functional connectivity (dFC) estimations. Both MRI datasets were pre-processed using three different workflows differing in the motion correction approach: (i) standard motion realignment ( mc ); (ii) motion outlier detection and deweighting based on image intensity change estimations ( DVARS ) and (iii) ICA-based noise removal using reference noise features ( AROMA ). Furthermore, the PD dataset was also processed with a fourth method by applying an ICA-based denoising ( FIX ), previously trained on the HC group. sFC analysis was performed using Group ICA, by temporally concatenating different pre-processing types in pairs of different runs. Two types of dFC analyses were considered: innovation-driven co-activation patterns (iCAPs) and co-activation patterns (CAPs). CAPs allow dFC estimations that do not require the deconvolution of the hemodynamic response function and its derivative, thus potentially being less sensitive to head-motion related noise. We found that regardless of substantial head motion differences in the two groups, sFC results were consistent across denoising strategies. Conversely, dFC was extremely sensitive to denoising strategies, particularly for the PD group with the transient-based dFC analyses. Indeed, the use of the peak-based dFC framework enables the detection of time-varying networks but in a way that is highly dependent on the motion correction pipeline. In conclusion, we show that dynamic functional network representations are highly sensitive to both head motion and to fMRI denoising methods. These findings stress the importance of considering and reporting these experimental aspects to help with the reproducibility and interpretation of different studies. Future work is needed to further investigate transient-based dFC strategies that are more robust to head motion.

Neuroplasticity following sensory deprivation has long inspired neuroscience research in the quest of understanding how sensory experience and genetics interact in developing the brain functional and structural architecture. Many studies have shown that sensory deprivation can lead to cross-modal functional recruitment of sensory deprived cortices. Little is known however about how structural reorganization may support these functional changes. In this study, we examined early deaf, hearing signer and hearing non-signer individuals using diffusion MRI to evaluate the potential structural connectivity linked to the functional recruitment of the temporal voice area by face stimuli in deaf individuals. More specifically, we characterized the structural connectivity between occipital, fusiform and temporal regions typically supporting voice- and face-selective processing. Despite the extensive functional reorganization for face processing in the temporal cortex of the deaf, macroscopic properties of these connections did not differ across groups. However, both occipito- and fusiform-temporal connections showed significant microstructural changes between groups (fractional anisotropy reduction, radial diffusivity increase). We propose that the reorganization of temporal regions after early auditory deprivation builds on intrinsic and mainly preserved anatomical connectivity between functionally specific temporal and occipital regions.

Brain systems supporting face and voice processing both contribute to the extraction of important information for social interaction (e.g., person identity). How does the brain reorganize when one of these channels is absent? Here we explore this question by combining behavioral and multimodal neuroimaging measures (magneto-encephalography and functional imaging) in a group of early deaf humans. We show enhanced selective neural response for faces and for individual face coding in a specific region of the auditory cortex that is typically specialized for voice perception in hearing individuals. In this region, selectivity to face signals emerges early in the visual processing hierarchy, shortly following typical face-selective responses in the ventral visual pathway. Functional and effective connectivity analyses suggest reorganization in long-range connections from early visual areas to the face-selective temporal area in individuals with early and profound deafness. Altogether, these observations demonstrate that regions that typically specialize for voice processing in the hearing brain preferentially reorganize for face processing in born deaf people. Our results support the idea that cross-modal plasticity in case of early sensory deprivation relates to the original functional specialization of the reorganized brain regions.