Sex-related differences in behavior are extensive, but their neuroanatomic substrate is unclear. Indirect perfusion data have suggested a higher percentage of gray matter (GM) in left hemisphere cortex and in women, but differences in volumes of the major cranial compartments have not been examined for the entire brain in association with cognitive performance. We used volumetric segmentation of dual echo (proton density and T2-weighted) magnetic resonance imaging (MRI) scans in healthy volunteers (40 men, 40 women) age 18-45. Supertentorial volume was segmented into GM, white matter (WM), and CSF. We confirmed that women have a higher percentage of GM, whereas men have a higher percentage of WM and of CSF. These differences sustained a correction for total intracranial volume. In men the slope of the relation between cranial volume and GM paralleled that for WM, whereas in women the increase in WM as a function of cranial volume was at a lower rate. In men the percentage of GM was higher in the left hemisphere, the percentage of WM was symmetric, and the percentage of CSF was higher in the right. Women showed no asymmetries. Both GM and WM volumes correlated moderately with global, verbal, and spatial performance across groups. However, the regression of cognitive performance and WM volume was significantly steeper in women. Because GM consists of the somatodendritic tissue of neurons whereas WM comprises myelinated connecting axons, the higher percentage of GM makes more tissue available for computation relative to transfer across distant regions. This could compensate for smaller intracranial space in women. Sex difference in the percentage and asymmetry of the principal cranial tissue volumes may contribute to differences in cognitive functioning.

Cross-sectional neuroanatomical studies have reported abnormalities in schizophrenia that relate to disease variables. Longitudinal neuroimaging investigations that integrate anatomical, clinical, and neurobehavioral measures may help clarify the pathogenesis of schizophrenia.Magnetic resonance brain imaging and neurobehavioral studies were conducted at baseline and after 30.63 +/- 12.92 months (mean +/- SD) in 40 patients with schizophrenia (23 men and 17 women) and 17 healthy controls (13 men and 4 women). The schizophrenia group included 20 first-episode and 20 previously treated subjects. Volumes of whole-brain, cerebrospinal fluid, and frontal and temporal lobes were measured. The severity of negative and positive symptoms was assessed, medications were monitored, and neurobehavioral functioning in 8 domains was evaluated.Both first-episode and previously treated patients had smaller brains and frontal and temporal lobes than controls at intake. Longitudinally, reduction in frontal lobe volume was found only in patients, whereas temporal lobe reduction was also seen in controls. The association between volume reduction and symptom changes differed between patient groups, but volume reduction was associated with decline in some neurobehavioral functions in both groups. Exploratory analysis suggested that neuroleptic dose is correlated with changes in all 3 domains.The existence of neuroanatomical and neurobehavioral abnormalities in patients with first-episode schizophrenia indicates that the brain dysfunction occurred before clinical presentation. However, there is also evidence of progression, in which anatomical changes may affect some clinical and neurobehavioral features of the illness in some patients.

Genes disrupted in schizophrenia may be revealed by de novo mutations in affected persons from otherwise healthy families. Furthermore, during normal brain development, genes are expressed in patterns specific to developmental stage and neuroanatomical structure. We identified de novo mutations in persons with schizophrenia and then mapped the responsible genes onto transcriptome profiles of normal human brain tissues from age 13 weeks gestation to adulthood. In the dorsolateral and ventrolateral prefrontal cortex during fetal development, genes harboring damaging de novo mutations in schizophrenia formed a network significantly enriched for transcriptional coexpression and protein interaction. The 50 genes in the network function in neuronal migration, synaptic transmission, signaling, transcriptional regulation, and transport. These results suggest that disruptions of fetal prefrontal cortical neurogenesis are critical to the pathophysiology of schizophrenia. These results also support the feasibility of integrating genomic and transcriptome analyses to map critical neurodevelopmental processes in time and space in the brain.

Emotion processing deficits are notable in schizophrenia. The authors evaluated cerebral blood flow response in schizophrenia patients during facial emotion processing to test the hypothesis of diminished limbic activation related to emotional relevance of facial stimuli.Fourteen patients with schizophrenia and 14 matched comparison subjects viewed facial displays of happiness, sadness, anger, fear, and disgust as well as neutral faces. Functional magnetic resonance imaging was used to measure blood-oxygen-level-dependent signal changes as the subjects alternated between tasks of discriminating emotional valence (positive versus negative) and age (over 30 versus under 30) of the faces with an interleaved crosshair reference condition.The groups did not differ in performance on either task. For both tasks, healthy participants showed activation in the fusiform gyrus, occipital lobe, and inferior frontal cortex relative to the resting baseline condition. The increase was greater in the amygdala and hippocampus during the emotional valence discrimination task than during the age discrimination task. In the patients with schizophrenia, minimal focal response was observed for all tasks relative to the resting baseline condition. Contrasting patients and comparison subjects on the emotional valence discrimination task revealed voxels in the left amygdala and bilateral hippocampus in which the comparison subjects had significantly greater activation.Failure to activate limbic regions during emotional valence discrimination may explain emotion processing deficits in patients with schizophrenia. While the lack of limbic recruitment did not significantly impair simple valence discrimination performance in this clinically stable group, it may impact performance of more demanding tasks.

Exploration of the genetic architecture of specific endophenotypes may be a powerful strategy for understanding the genetic basis of schizophrenia.To characterize the genetic architecture of some key endophenotypic measures selected for their reported heritabilities in schizophrenia.Family-based heritability study.Seven sites across the United States.At the time of these initial data analyses, the members of 183 nuclear families ascertained through probands with schizophrenia had been assessed for these endophenotypes.Variance component models were used to assess the heritability of and the environmental and genetic correlations among the endophenotypes. The Consortium on the Genetics of Schizophrenia assesses the neurophysiologic measures of prepulse inhibition of acoustic startle, P50 event-related potential suppression, and the antisaccade task for eye movements and the neurocognitive measures of the Continuous Performance Test (Degraded Stimulus version), the California Verbal Learning Test, the Letter-Number Sequencing test, and 6 measures from the University of Pennsylvania Computerized Neurocognitive Battery. The heritabilities of these 12 measures are the focus of this article.All of the endophenotypes and the University of Pennsylvania Computerized Neurocognitive Battery measures were found to be significantly heritable (P < or = .005), with heritabilities ranging from 24% to 55%. Significant environmental and genetic correlations were also observed between many of the endophenotypic measures.This is the first large-scale, multisite, family-based heritability study of a collection of endophenotypes for schizophrenia and suggests that endophenotypes are important measures to consider in characterizing the genetic basis of schizophrenia.

The authors used a custom array of 1,536 single-nucleotide polymorphisms (SNPs) to interrogate 94 functionally relevant candidate genes for schizophrenia and identify associations with 12 heritable neurophysiological and neurocognitive endophenotypes in data collected by the Consortium on the Genetics of Schizophrenia.

Importance

 Neurophysiologic measures of early auditory information processing (EAP) are used as endophenotypes in genomic studies and biomarkers in clinical intervention studies. Research in schizophrenia has established correlations among measures of EAP, cognition, clinical symptoms, and functional outcome. Clarifying these associations by determining the pathways through which deficits in EAP affect functioning would suggest when and where to therapeutically intervene. 

Objectives

 To characterize the pathways from EAP to outcome and to estimate the extent to which enhancement of basic information processing might improve cognition and psychosocial functioning in schizophrenia. 

Design, Setting, and Participants

 Cross-sectional data were analyzed using structural equation modeling to examine the associations among EAP, cognition, negative symptoms, and functional outcome. Participants were recruited from the community at 5 geographically distributed laboratories as part of the Consortium on the Genetics of Schizophrenia 2 from July 1, 2010, through January 31, 2014. This well-characterized cohort of 1415 patients with schizophrenia underwent EAP, cognitive, and thorough clinical and functional assessment. 

Main Outcome and Measures

 Mismatch negativity, P3a, and reorienting negativity were used to measure EAP. Cognition was measured by the Letter Number Span test and scales from the California Verbal Learning Test–Second Edition, the Wechsler Memory Scale–Third Edition, and the Penn Computerized Neurocognitive Battery. Negative symptoms were measured by the Scale for the Assessment of Negative Symptoms. Functional outcome was measured by the Role Functioning Scale. 

Results

 Participants included 1415 unrelated outpatients diagnosed with schizophrenia or schizoaffective disorder (mean [SD] age, 46 [11] years; 979 males [69.2%] and 619 white [43.7%]). Early auditory information processing had a direct effect on cognition (β = 0.37,P < .001), cognition had a direct effect on negative symptoms (β = −0.16,P < .001), and both cognition (β = 0.26,P < .001) and experiential negative symptoms (β = −0.75,P < .001) had direct effects on functional outcome. The indirect effect of EAP on functional outcome was significant as well (β = 0.14,P < .001). Overall, EAP had a fully mediated effect on functional outcome, engaging general rather than modality-specific cognition, with separate pathways that involved or bypassed negative symptoms. 

Conclusions and Relevance

 The data support a model in which EAP deficits lead to poor functional outcome via impaired cognition and increased negative symptoms. Results can be used to help guide mechanistically informed, personalized treatments and support the strategy of using EAP measures as surrogate end points in early-stage procognitive intervention studies.

Abstract Background Minor physical anomalies (MPAs) are congenital morphological abnormalities linked to disruptions of fetal development. MPAs are common in 22q11.2 deletion syndrome (22q11DS) and psychosis spectrum disorders (PS) and likely represent a disruption of early embryologic development that may help identify overlapping mechanisms linked to psychosis in these disorders. Methods Here, 2D digital photographs were collected from 22q11DS ( n = 150), PS ( n = 55), and typically developing (TD; n = 93) individuals. Photographs were analyzed using two computer-vision techniques: (1) DeepGestalt algorithm (Face2Gene (F2G)) technology to identify the presence of genetically mediated facial disorders, and (2) Emotrics—a semi-automated machine learning technique that localizes and measures facial features. Results F2G reliably identified patients with 22q11DS; faces of PS patients were matched to several genetic conditions including FragileX and 22q11DS. PCA-derived factor loadings of all F2G scores indicated unique and overlapping facial patterns that were related to both 22q11DS and PS. Regional facial measurements of the eyes and nose were smaller in 22q11DS as compared to TD, while PS showed intermediate measurements. Conclusions The extent to which craniofacial dysmorphology 22q11DS and PS overlapping and evident before the impairment or distress of sub-psychotic symptoms may allow us to identify at-risk youths more reliably and at an earlier stage of development.

Objective: Humans are social creatures, with desires to connect or belong, producing loneliness when isolated. Individuals with schizophrenia are often more isolated than healthy adults and demonstrate profound social communication impairments such as vocal affect perception (prosody). Loneliness, levels of desire for social connectedness (need to belong, NTB), and their relationship to perception of social communications have not been investigated in schizophrenia. Method: In a sample of 69 individuals (36 SZ), we measured endorsements of loneliness and NTB, and evaluated their putative relationships to clinical symptoms and social communication abilities, as indexed by emotional prosody and pitch perception. Results: Loneliness endorsement was highly variable but particularly so in patients, whilst patients endorsed NTB at levels equivalent to healthy controls. In schizophrenia, pitch and prosody acuity were reduced, and prosody perception correlated with NTB. Loneliness, but not desire for social connectedness, correlated with negative symptoms. Conclusion: Loneliness and negative symptoms likely exert bidirectional effects on each other. Loneliness and desire to form interpersonal attachments may be pivotal in shaping and stimulating social interactions and, subsequently, the ability to perceive social intent through prosody. Intact NTB levels in patients augurs well for cognitive remediation which, target vocal-communication processing to improve social skills.