Abstract

 Echoplanar functional magnetic resonance imaging (fMRI) was used in normal human subjects to investigate the role of the amygdala in conditioned fear acquisition and extinction. A simple discrimination procedure was employed in which activation to a visual cue predicting shock (CS+) was compared with activation to another cue presented alone (CS−). CS+ and CS− trial types were intermixed in a pseudorandom order. Functional images were acquired with an asymmetric spin echo pulse sequence from three coronal slices centered on the amygdala. Activation of the amygdala/periamygdaloid cortex was observed during conditioned fear acquisition and extinction. The extent of activation during acquisition was significantly correlated with autonomic indices of conditioning in individual subjects. Consistent with a recent electrophysiological recording study in the rat (Quirk et al. 1997), the profile of the amygdala response was temporally graded, although this dynamic was only statistically reliable during extinction. These results provide further evidence for the conservation of amygdala function across species and implicate an amygdalar contribution to both acquisition and extinction processes during associative emotional learning tasks.

Intensity inhomogeneity often occurs in real-world images, which presents a considerable challenge in image segmentation. The most widely used image segmentation algorithms are region-based and typically rely on the homogeneity of the image intensities in the regions of interest, which often fail to provide accurate segmentation results due to the intensity inhomogeneity. This paper proposes a novel region-based method for image segmentation, which is able to deal with intensity inhomogeneities in the segmentation. First, based on the model of images with intensity inhomogeneities, we derive a local intensity clustering property of the image intensities, and define a local clustering criterion function for the image intensities in a neighborhood of each point. This local clustering criterion function is then integrated with respect to the neighborhood center to give a global criterion of image segmentation. In a level set formulation, this criterion defines an energy in terms of the level set functions that represent a partition of the image domain and a bias field that accounts for the intensity inhomogeneity of the image. Therefore, by minimizing this energy, our method is able to simultaneously segment the image and estimate the bias field, and the estimated bias field can be used for intensity inhomogeneity correction (or bias correction). Our method has been validated on synthetic images and real images of various modalities, with desirable performance in the presence of intensity inhomogeneities. Experiments show that our method is more robust to initialization, faster and more accurate than the well-known piecewise smooth model. As an application, our method has been used for segmentation and bias correction of magnetic resonance (MR) images with promising results.

Abstract We used fMRI to explore the neural substrates involved in the unconscious evaluation of Black and White social groups. Specifically, we focused on the amygdala, a subcortical structure known to play a role in emotional learning and evaluation. In Experiment 1, White American subjects observed faces of unfamiliar Black and White males. The strength of amygdala activation to Black-versus-White faces was correlated with two indirect (unconscious) measures of race evaluation (Implicit Association Test [IAT] and potentiated startle), but not with the direct (conscious) expression of race attitudes. In Experiment 2, these patterns were not obtained when the stimulus faces belonged to familiar and positively regarded Black and White individuals. Together, these results suggest that amygdala and behavioral responses to Black-versus-White faces in White subjects reflect cultural evaluations of social groups modified by individual experience.

In a study of the neural components of automatic and controlled social evaluation, White participants viewed Black and White faces during event-related functional magnetic resonance imaging. When the faces were presented for 30 ms, activation in the amygdala-a brain region associated with emotion-was greater for Black than for White faces. When the faces were presented for 525 ms, this difference was significantly reduced, and regions of frontal cortex associated with control and regulation showed greater activation for Black than White faces. Furthermore, greater race bias on an indirect behavioral measure was correlated with greater difference in amygdala activation between Black and White faces, and frontal activity predicted a reduction in Black-White differences in amygdala activity from the 30-ms to the 525-ms condition. These results provide evidence for neural distinctions between automatic and more controlled processing of social groups, and suggest that controlled processes may modulate automatic evaluation.

Abstract Functional connectivity among brain regions has been investigated via an analysis of correlations between regional signal fluctuations recorded in magnetic resonance (MR) images obtained in a steady state. In comparison with studies of functional connectivity that utilize task manipulations, the analysis of correlations in steady state data is less susceptible to confounds arising when functionally unrelated brain regions respond in similar ways to changes in task. A new approach to identifying interregional correlations in steady state data makes use of two independent data sets. Regions of interest (ROIs) are defined and hypotheses regarding their connectivity are generated in one data set. The connectivity hypotheses are then evaluated in the remaining (independent) data set by analyzing low frequency temporal correlations between regions. The roles of the two data sets are then reversed and the process repeated, perhaps multiple times. This method was illustrated by application to the language system. The existence of a functional connection between Broca's area and Wernicke's area was confirmed in healthy subjects at rest. An increase in this functional connection when the language system was actively engaged (when subjects were continuously listening to narrative text) was also confirmed. In a second iteration of analyses, a correlation between Broca's area and a region in left premotor cortex was found to be significant at rest and to increase during continuous listening. These findings suggest that the proposed methodology can reveal the presence and strength of functional connections in high‐level cognitive systems. Hum. Brain Mapping 15:247–262, 2002. © 2002 Wiley‐Liss, Inc.

The inability to inhibit unwanted behaviors and impulses produces functional debility in a broad range of neuropsychiatric disorders. A potentially important model of impulse control is volitional tic suppression in Tourette syndrome.Tic suppression was studied in 22 adult subjects with Tourette syndrome by using functional magnetic resonance imaging. Images acquired during periods of voluntary tic suppression were compared with images acquired when subjects allowed the spontaneous expression of their tics. The magnitudes of signal change in the images were then correlated with measures of the severity of tic symptoms.Significant changes in signal intensity were seen in the basal ganglia and thalamus and in anatomically connected cortical regions believed to subserve attention-demanding tasks. The magnitudes of regional signal change in the basal ganglia and thalamus correlated inversely with the severity of tic symptoms. These findings suggest that the pathogenesis of tics involves an impaired modulation of neuronal activity in subcortical neural circuits.

A new formulation of a tissue-equivalent polymer-gel dosimeter for the measurement of three-dimensional dose distributions of ionizing radiation has been developed. It is composed of aqueous gelatin infused with acrylamide and N, N'-methylene-bisacrylamide monomers, and made hypoxic by nitrogen saturation. Irradiation of the gel, referred to as BANG, causes localized polymerization of the monomers, which, in turn, reduces the transverse NMR relaxation times of water protons. The dose dependence of the NMR transverse relaxation rate, R2, is reproducible (less than 2% variation) and is linear up to about 8 Gy, with a slope of 0.25 s-1Gy-1 at 1.5 T. Magnetic resonance imaging may be used to obtain accurate three-dimensional dose distributions with high spatial resolution. Since the radiation-induced polymers do not diffuse through the gelatin matrix, the dose distributions recorded by BANG gels are stable for long periods of time, and may be used to measure low-activity radioactive sources. Since the light-scattering properties of the polymerized regions are different from those of the clear, non-irradiated regions, the dose distributions are visible, and their optical densities are dependent on dose.

Abstract The overall goal of this work was to create a high-resolution MRI atlas of the lumbosacral enlargement of the spinal cord of the rat (Sprague-Dawley), cat, domestic pig, rhesus monkey, and human. These species were chosen because they are commonly used in basic and translational research in spinal cord injuries and diseases. Six spinal cord specimens from each of the studied species (total of 30 specimens) were fixed, extracted, and imaged. Sizes of the spinal cord segments, cross-sectional dimensions, and locations of the spinal cord gray and white matter were quantified and compared across species. The obtained atlas establishes a reference for the neuroanatomy of the intact lumbosacral spinal cord in these species. It can also be used to guide the planning of surgical procedures of the spinal cord, technology design and development of spinal cord neuroprostheses, and the precise delivery of cells/drugs into target regions within the spinal cord parenchyma.