Adolescence has been characterized by risk-taking behaviors that can lead to fatal outcomes. This study examined the neurobiological development of neural systems implicated in reward-seeking behaviors. Thirty-seven participants (7–29 years of age) were scanned using event-related functional magnetic resonance imaging and a paradigm that parametrically manipulated reward values. The results show exaggerated accumbens activity, relative to prefrontal activity in adolescents, compared with children and adults, which appeared to be driven by different time courses of development for these regions. Accumbens activity in adolescents looked like that of adults in both extent of activity and sensitivity to reward values, although the magnitude of activity was exaggerated. In contrast, the extent of orbital frontal cortex activity in adolescents looked more like that of children than adults, with less focal patterns of activity. These findings suggest that maturing subcortical systems become disproportionately activated relative to later maturing top–down control systems, biasing the adolescent9s action toward immediate over long-term gains.

Data analysis workflows in many scientific domains have become increasingly complex and flexible. Here we assess the effect of this flexibility on the results of functional magnetic resonance imaging by asking 70 independent teams to analyse the same dataset, testing the same 9 ex-ante hypotheses1. The flexibility of analytical approaches is exemplified by the fact that no two teams chose identical workflows to analyse the data. This flexibility resulted in sizeable variation in the results of hypothesis tests, even for teams whose statistical maps were highly correlated at intermediate stages of the analysis pipeline. Variation in reported results was related to several aspects of analysis methodology. Notably, a meta-analytical approach that aggregated information across teams yielded a significant consensus in activated regions. Furthermore, prediction markets of researchers in the field revealed an overestimation of the likelihood of significant findings, even by researchers with direct knowledge of the dataset2–5. Our findings show that analytical flexibility can have substantial effects on scientific conclusions, and identify factors that may be related to variability in the analysis of functional magnetic resonance imaging. The results emphasize the importance of validating and sharing complex analysis workflows, and demonstrate the need for performing and reporting multiple analyses of the same data. Potential approaches that could be used to mitigate issues related to analytical variability are discussed. The results obtained by seventy different teams analysing the same functional magnetic resonance imaging dataset show substantial variation, highlighting the influence of analytical choices and the importance of sharing workflows publicly and performing multiple analyses.

Background

 Adolescence is a transition period from childhood to adulthood that is often characterized by emotional instability. This period is also a time of increased incidence of anxiety and depression, underscoring the importance of understanding biological substrates of behavioral and emotion regulation during adolescence. Developmental changes in the brain in concert with individual predispositions for anxiety might underlie the increased risk for poor outcomes reported during adolescence. We tested the hypothesis that difficulties in regulating behavior in emotional contexts in adolescents might be due to competition between heightened activity in subcortical emotional processing systems and immature top-down prefrontal systems. Individual differences in emotional reactivity might put some teens at greater risk during this sensitive transition in development. 

Methods

 We examined the association between emotion regulation and frontoamygdala circuitry in 60 children, adolescents, and adults with an emotional go-nogo paradigm. We went beyond examining the magnitude of neural activity and focused on neural adaptation within this circuitry across time with functional magnetic resonance imaging. 

Results

 Adolescents showed exaggerated amygdala activity relative to children and adults. This age-related difference decreased with repeated exposures to the stimuli, and individual differences in self-ratings of anxiety predicted the extent of adaptation or habituation in amygdala. Individuals with higher trait anxiety showed less habituation over repeated exposures. This failure to habituate was associated with less functional connectivity between ventral prefrontal cortex and amygdala. 

Conclusions

 These findings suggest that exaggerated emotional reactivity during adolescence might increase the need for top-down control and put individuals with less control at greater risk for poor outcomes.

Abstract Early adversity, for example poor caregiving, can have profound effects on emotional development. Orphanage rearing, even in the best circumstances, lies outside of the bounds of a species‐typical caregiving environment. The long‐term effects of this early adversity on the neurobiological development associated with socio‐emotional behaviors are not well understood. Seventy‐eight children, who include those who have experienced orphanage care and a comparison group, were assessed. Magnetic resonance imaging (MRI) was used to measure volumes of whole brain and limbic structures (e.g. amygdala, hippocampus). Emotion regulation was assessed with an emotional go‐nogo paradigm, and anxiety and internalizing behaviors were assessed using the Screen for Child Anxiety Related Emotional Disorders, the Child Behavior Checklist, and a structured clinical interview. Late adoption was associated with larger corrected amygdala volumes, poorer emotion regulation, and increased anxiety. Although more than 50% of the children who experienced orphanage rearing met criteria for a psychiatric disorder, with a third having an anxiety disorder, the group differences observed in amygdala volume were not driven by the presence of an anxiety disorder. The findings are consistent with previous reports describing negative effects of prolonged orphanage care on emotional behavior and with animal models that show long‐term changes in the amygdala and emotional behavior following early postnatal stress. These changes in limbic circuitry may underlie residual emotional and social problems experienced by children who have been internationally adopted.

Abstract Recent imaging studies have suggested that developmental changes may parallel aspects of adult learning in cortical activation becoming less diffuse and more focal over time. However, while adult learning studies examine changes within subjects, developmental findings have been based on cross‐sectional samples and even comparisons across studies. Here, we used functional MRI in children to test directly for shifts in cortical activity during performance of a cognitive control task, in a combined longitudinal and cross‐sectional study. Our longitudinal findings, relative to our cross‐sectional ones, show attenuated activation in dorsolateral prefrontal cortical areas, paralleled by increased focal activation in ventral prefrontal regions related to task performance.

Abstract Relative to other ages, adolescence is described as a period of increased impulsive and risk‐taking behavior that can lead to fatal outcomes (suicide, substance abuse, HIV, accidents, etc.). This study was designed to examine neural correlates of risk‐taking behavior in adolescents, relative to children and adults, in order to predict who may be at greatest risk. Activity in reward‐related neural circuitry in anticipation of a large monetary reward was measured with functional magnetic resonance imaging, and anonymous self‐report ratings of risky behavior, anticipation of risk and impulsivity were acquired in individuals between the ages of 7 and 29 years. There was a positive association between accumbens activity and the likelihood of engaging in risky behavior across development. This activity also varied as a function of individuals’ ratings of anticipated positive or negative consequences of such behavior. Impulsivity ratings were not associated with accumbens activity, but rather with age. These findings suggest that during adolescence, some individuals may be especially prone to engage in risky behaviors due to developmental changes in concert with variability in a given individual's predisposition to engage in risky behavior, rather than to simple changes in impulsivity.

Adolescence is a developmental period characterized by increased reward-seeking behavior. Investigators have used functional magnetic resonance imaging (fMRI) in conjunction with reward paradigms to test two opposing hypotheses about adolescent developmental changes in the striatum, a region implicated in reward processing. One hypothesis posits that the striatum is relatively hypo-responsive to rewards during adolescence, such that heightened reward-seeking behavior is necessary to achieve the same activation as adults. Another view suggests that during adolescence the striatal reward system is hyper-responsive, which subsequently results in greater reward-seeking. While evidence for both hypotheses has been reported, the field has generally converged on this latter hypothesis based on compelling evidence. In this review, I describe the evidence to support this notion, speculate on the disparate fMRI findings and conclude with future areas of inquiry to this fascinating question.

Data analysis workflows in many scientific domains have become increasingly complex and flexible. To assess the impact of this flexibility on functional magnetic resonance imaging (fMRI) results, the same dataset was independently analyzed by 70 teams, testing nine ex-ante hypotheses. The flexibility of analytic approaches is exemplified by the fact that no two teams chose identical workflows to analyze the data. This flexibility resulted in sizeable variation in hypothesis test results, even for teams whose statistical maps were highly correlated at intermediate stages of their analysis pipeline. Variation in reported results was related to several aspects of analysis methodology. Importantly, meta-analytic approaches that aggregated information across teams yielded significant consensus in activated regions across teams. Furthermore, prediction markets of researchers in the field revealed an overestimation of the likelihood of significant findings, even by researchers with direct knowledge of the dataset. Our findings show that analytic flexibility can have substantial effects on scientific conclusions, and demonstrate factors related to variability in fMRI. The results emphasize the importance of validating and sharing complex analysis workflows, and demonstrate the need for multiple analyses of the same data. Potential approaches to mitigate issues related to analytical variability are discussed.

Summary Social decision-making is omnipresent in everyday life, carrying the potential for both positive and negative consequences for the decision-maker and those closest to them. While evidence suggests that decision makers use value-based heuristics to guide choice behavior, very little is known about how decision makers’ representations of other agents influence social choice behavior. We used multivariate pattern expression analyses on fMRI data to understand how value-based processes shape neural representations of those affected by one’s social decisions and whether value-based encoding is associated with social decision preferences. We found that stronger value-based encoding of a given close other (e.g., parent) relative to a second close other (e.g., friend) was associated with a greater propensity to favor the former during subsequent social decision-making. These results are the first to our knowledge to explicitly show that value-based processes affect decision behavior via representations of close others.

Abstract Parasympathetic nervous system activity can downregulate inflammation, but it remains unclear how parasympathetic nervous system activity relates to antiviral activity. The present study examined associations between parasympathetic nervous system activity and cellular antiviral gene regulation in 90 adolescents ( M age = 16.3, SD = 0.7; 51.1% female) who provided blood samples and measures of cardiac respiratory sinus arrhythmia (RSA), twice, five weeks apart. Using a multilevel analytic framework, we found that higher RSA (an indicator of higher parasympathetic nervous system activity)—both at rest and during paced breathing—was associated with higher expression of Type I interferon (IFN) response genes in circulating leukocytes, even after adjusting for demographic and biological covariates. RSA was not associated with a parallel measure of inflammatory gene expression. These results identify a previously unrecognized immunoregulatory aspect of autonomic nervous system function and highlight a potential biological pathway by which parasympathetic nervous system activity may relate to health.