Neurobiological models of obsessive-compulsive disorder (OCD) emphasize disturbances in the function and connectivity of brain corticostriatal networks, or "loops." Although neuroimaging studies of patients have supported this network model of OCD, very few have applied measurements that are sensitive to brain connectivity features.Using resting-state functional magnetic resonance imaging, we tested the hypothesis that OCD is associated with disturbances in the functional connectivity of primarily ventral corticostriatal regions, measured from coherent spontaneous fluctuations in the blood oxygenation level-dependent (BOLD) signal.Case-control cross-sectional study.Hospital referral OCD unit and magnetic resonance imaging facility.A total of 21 patients with OCD (10 men, 11 women) and 21 healthy control subjects matched for age, sex, and estimated intelligence.Voxelwise statistical parametric maps testing the strength of functional connectivity of 4 striatal seed regions of interest (dorsal caudate nucleus, ventral caudate/nucleus accumbens, dorsal putamen, and ventral putamen) with remaining brain areas.For both groups, there was a clear distinction in the pattern of cortical connectivity of dorsal and ventral striatal regions, consistent with the notion of segregated motor, associative, and limbic corticostriatal networks. Between groups, patients with OCD had significantly increased functional connectivity along a ventral corticostriatal axis, implicating the orbitofrontal cortex and surrounding areas. The specific strength of connectivity between the ventral caudate/nucleus accumbens and the anterior orbitofrontal cortex predicted patients' overall symptom severity (r(2) = 0.57; P < .001). Additionally, patients with OCD showed evidence of reduced functional connectivity of the dorsal striatum and lateral prefrontal cortex, and of the ventral striatum with the region of the midbrain ventral tegmental area.This study directly supports the hypothesis that OCD is associated with functional alterations of brain corticostriatal networks. Specifically, our findings emphasize abnormal and heightened functional connectivity of ventrolimbic corticostriatal regions in patients with OCD.

The brain's default mode network (DMN) has become closely associated with self-referential mental activity, particularly in the resting-state. While the DMN is important for such processes, it has functions other than self-reference, and self-referential processes are supported by regions outside of the DMN. In our study of 88 participants, we examined self-referential and resting-state processes to clarify the extent to which DMN activity was common and distinct between the conditions. Within areas commonly activated by self-reference and rest we sought to identify those that showed additional functional specialization for self-referential processes: these being not only activated by self-reference and rest but also showing increased activity in self-reference versus rest. We examined the neural network properties of the identified ‘core-self’ DMN regions—in medial prefrontal cortex (MPFC), posterior cingulate cortex (PCC), and inferior parietal lobule—using dynamic causal modeling. The optimal model identified was one in which self-related processes were driven via PCC activity and moderated by the regulatory influences of MPFC. We thus confirm the significance of these regions for self-related processes and extend our understanding of their functionally specialized roles.

Background

 Recent technical developments have made it feasible to comprehensively assess brain anatomy in psychiatric populations. 

Objective

 To describe the structural brain alterations detected in the magnetic resonance images of a large series of patients with obsessive-compulsive disorder (OCD) using imaging procedures that allow the evaluation of volume changes throughout the brain. 

Design

 Case-control study. 

Setting

 Referral OCD unit in a tertiary hospital. 

Participants

 A consecutive sample of 72 outpatients with OCD and 72 age- and sex-matched control subjects. 

Interventions

 Three-dimensional sequences were obtained in all participants. A statistical parametric mapping approach was used to delineate possible anatomical alterations in the entire brain. To preserve volumetric information, voxel values were modulated by the Jacobian determinants (volume change measurement) derived from spatial normalization. 

Main Outcome Measures

 Voxelwise brain volumes. 

Results

 The brains of patients with OCD showed reduced gray matter volume in the medial frontal gyrus, the medial orbitofrontal cortex, and the left insulo-opercular region. A relative increase in gray matter volume was observed bilaterally in the ventral part of the putamen and in the anterior cerebellum. All these brain alterations were abnormally correlated in patients with OCD, and age statistically significantly contributed to the relative enlargement observed in the striatal areas. Disease severity, the nature of symptoms, and comorbidities were not related to the changes described. Nevertheless, patients with prominent aggressive obsessions and checking compulsions showed reduced amygdala volume in the right hemisphere. 

Conclusions

 The pattern of anatomical features depicted by this voxelwise approach is consistent with data from functional studies. The reported anatomical maps identified the specific parts of the frontostriatal system that were altered in patients with OCD and detected changes in anatomically connected distant regions. These data further define the structural brain alterations in OCD and may contribute to constraining the prevailing biological models of this psychiatric process.

The notion of a “default mode of brain function” has taken on certain relevance in human neuroimaging studies and in relation to a network of lateral parietal and midline cortical regions that show prominent activity fluctuations during passive imaging states, such as rest. In this study, we perform three fMRI experiments that demonstrate consistency and specialization in the default mode network. Correlated activity fluctuations of default mode network regions are identified during ( i ) eyes-closed spontaneous rest, ( ii ) activation by moral dilemma, and ( iii ) deactivation by Stroop task performance. Across these imaging states, striking uniformity is shown in the basic anatomy of the default mode network, but with both tasks clearly and differentially modulating this activity compared with spontaneous fluctuations of the network at rest. Against rest, moral dilemma is further shown to evoke regionally specific activity increases of hypothesized functional relevance. Mapping spontaneous and task-related brain activity will help to constrain the meaning of the default mode network. These findings are discussed in relation to recent debate on the topic of default modes of brain function.

The effect of persistent symptoms or compensatory processes related to cognitive dysfunction in obsessive-compulsive disorder may contribute to brain structure alterations in OCD, indicating that age is an important factor in evaluating changes in gray and white matter volumes.

Understanding how humans represent others’ pain is critical for understanding pro-social behavior. ‘Shared experience’ theories propose common brain representations for somatic and vicarious pain, but other evidence suggests that specialized circuits are required to experience others’ suffering. Combining functional neuroimaging with multivariate pattern analyses, we identified dissociable patterns that predicted somatic (high versus low: 100%) and vicarious (high versus low: 100%) pain intensity in out-of-sample individuals. Critically, each pattern was at chance in predicting the other experience, demonstrating separate modifiability of both patterns. Somatotopy (upper versus lower limb: 93% accuracy for both conditions) was also distinct, located in somatosensory versus mentalizing-related circuits for somatic and vicarious pain, respectively. Two additional studies demonstrated the generalizability of the somatic pain pattern (which was originally developed on thermal pain) to mechanical and electrical pain, and also demonstrated the replicability of the somatic/vicarious dissociation. These findings suggest possible mechanisms underlying limitations in feeling others’ pain, and present new, more specific, brain targets for studying pain empathy.

Abstract Patients with fibromyalgia (FM) show characteristically enhanced unpleasantness to painful and nonpainful sensations accompanied by altered neural responses. The diagnostic potential of such neural alterations, including their sensitivity and specificity to FM (vs healthy controls) is unknown. We identify a brain signature that characterizes FM central pathophysiology at the neural systems level. We included 37 patients with FM and 35 matched healthy controls, and analyzed functional magnetic resonance imaging responses to (1) painful pressure and (2) nonpainful multisensory (visual–auditory–tactile) stimulation. We used machine-learning techniques to identify a brain-based FM signature. When exposed to the same painful stimuli, patients with FM showed greater neurologic pain signature (NPS; Wager et al., 2013. An fMRI-based neurologic signature of physical pain. N Engl J Med 2013;368:1388–97) responses. In addition, a new pain-related classifier (“FM-pain”) revealed augmented responses in sensory integration (insula/operculum) and self-referential (eg, medial prefrontal) regions in FM and reduced responses in the lateral frontal cortex. A “multisensory” classifier trained on nonpainful sensory stimulation revealed augmented responses in the insula/operculum, posterior cingulate, and medial prefrontal regions and reduced responses in the primary/secondary sensory cortices, basal ganglia, and cerebellum. Combined activity in the NPS, FM pain, and multisensory patterns classified patients vs controls with 92% sensitivity and 94% specificity in out-of-sample individuals. Enhanced NPS responses partly mediated mechanical hypersensitivity and correlated with depression and disability ( P uncorrected < 0.05); FM-pain and multisensory responses correlated with clinical pain ( P uncorrected < 0.05). The study provides initial characterization of individual patients with FM based on pathophysiological, symptom-related brain features. If replicated, these brain features may constitute objective neural targets for therapeutic interventions. The results establish a framework for assessing therapeutic mechanisms and predicting treatment response at the individual level.

Resting-state fMRI (RS-fMRI) has become a useful tool to investigate the connectivity structure of mental health disorders. In the case of major depressive disorder (MDD), recent studies regarding the RS-fMRI have found abnormal connectivity in several regions of the brain, particularly in the default mode network (DMN). Thus, the relevance of the DMN to self-referential thoughts and ruminations has made the use of the resting-state approach particularly important for MDD. The majority of such research has relied on the grand averaged functional connectivity measures based on the temporal correlations between the BOLD time series of various brain regions. We, in our study, investigated the variations in the functional connectivity over time at global and local level using RS-fMRI BOLD time series of 27 MDD patients and 27 healthy control subjects. We found that global synchronization and temporal stability were significantly increased in the MDD patients. Furthermore, the participants with MDD showed significantly increased overall average (static) functional connectivity (sFC) but decreased variability of functional connectivity (vFC) within specific networks. Static FC increased to predominance among the regions pertaining to the default mode network (DMN), while the decreased variability of FC was observed in the connections between the DMN and the frontoparietal network. Hum Brain Mapp 37:2918-2930, 2016. © 2016 Wiley Periodicals, Inc.