Human total brain size is consistently reported to be ∼ 8–10% larger in males, although consensus on regionally specific differences is weak. Here, in the largest longitudinal pediatric neuroimaging study reported to date (829 scans from 387 subjects, ages 3 to 27 years), we demonstrate the importance of examining size-by-age trajectories of brain development rather than group averages across broad age ranges when assessing sexual dimorphism. Using magnetic resonance imaging (MRI) we found robust male/female differences in the shapes of trajectories with total cerebral volume peaking at age 10.5 in females and 14.5 in males. White matter increases throughout this 24-year period with males having a steeper rate of increase during adolescence. Both cortical and subcortical gray matter trajectories follow an inverted U shaped path with peak sizes 1 to 2 years earlier in females. These sexually dimorphic trajectories confirm the importance of longitudinal data in studies of brain development and underline the need to consider sex matching in studies of brain development.

Understanding human cortical maturation is a central goal for developmental neuroscience. Significant advances toward this goal have come from two recent strands of in vivo structural magnetic resonance imaging research: (1) longitudinal study designs have revealed that factors such as sex, cognitive ability, and disease are often better related to variations in the tempo of anatomical change than to variations in anatomy at any one time point; (2) largely cross-sectional applications of new surface-based morphometry (SBM) methods have shown how the traditional focus on cortical volume (CV) can obscure information about the two evolutionarily and genetically distinct determinants of CV: cortical thickness (CT) and surface area (SA). Here, by combining these two strategies for the first time and applying SBM in >1250 longitudinally acquired brain scans from 647 healthy individuals aged 3–30 years, we deconstruct cortical development to reveal that distinct trajectories of anatomical change are hidden within, and give rise to, a curvilinear pattern of CV maturation. Developmental changes in CV emerge through the sexually dimorphic and age-dependent interaction of changes in CT and SA. Moreover, SA change itself actually reflects complex interactions between brain size-related changes in exposed cortical convex hull area, and changes in the degree of cortical gyrification, which again vary by age and sex. Knowing of these developmental dissociations, and further specifying their timing and sex-biases, provides potent new research targets for basic and clinical neuroscience.

Neuroimaging studies show structural differences in both cortical and subcortical brain regions in children and adults with autism spectrum disorder (ASD) compared with healthy subjects. Findings are inconsistent, however, and it is unclear how differences develop across the lifespan. The authors investigated brain morphometry differences between individuals with ASD and healthy subjects, cross-sectionally across the lifespan, in a large multinational sample from the Enhancing Neuroimaging Genetics Through Meta-Analysis (ENIGMA) ASD working group.The sample comprised 1,571 patients with ASD and 1,651 healthy control subjects (age range, 2-64 years) from 49 participating sites. MRI scans were preprocessed at individual sites with a harmonized protocol based on a validated automated-segmentation software program. Mega-analyses were used to test for case-control differences in subcortical volumes, cortical thickness, and surface area. Development of brain morphometry over the lifespan was modeled using a fractional polynomial approach.The case-control mega-analysis demonstrated that ASD was associated with smaller subcortical volumes of the pallidum, putamen, amygdala, and nucleus accumbens (effect sizes [Cohen's d], 0.13 to -0.13), as well as increased cortical thickness in the frontal cortex and decreased thickness in the temporal cortex (effect sizes, -0.21 to 0.20). Analyses of age effects indicate that the development of cortical thickness is altered in ASD, with the largest differences occurring around adolescence. No age-by-ASD interactions were observed in the subcortical partitions.The ENIGMA ASD working group provides the largest study of brain morphometry differences in ASD to date, using a well-established, validated, publicly available analysis pipeline. ASD patients showed altered morphometry in the cognitive and affective parts of the striatum, frontal cortex, and temporal cortex. Complex developmental trajectories were observed for the different regions, with a developmental peak around adolescence. These findings suggest an interplay in the abnormal development of the striatal, frontal, and temporal regions in ASD across the lifespan.

Autism spectrum disorders are developmental disorders characterized by impairments in social and communication abilities and repetitive behaviours. Converging neuroscientific evidence has suggested that the neuropathology of autism spectrum disorders is widely distributed, involving impaired connectivity throughout the brain. Here, we evaluate the hypothesis that decreased connectivity in high-functioning adolescents with an autism spectrum disorder relative to typically developing adolescents is concentrated within domain-specific circuits that are specialized for social processing. Using a novel whole-brain connectivity approach in functional magnetic resonance imaging, we found that not only are decreases in connectivity most pronounced between regions of the social brain but also they are selective to connections between limbic-related brain regions involved in affective aspects of social processing from other parts of the social brain that support language and sensorimotor processes. This selective pattern was independently obtained for correlations with measures of social symptom severity, implying a fractionation of the social brain in autism spectrum disorders at the level of whole circuits.

Significance This study alters our fundamental understanding of the functional interactions between the cerebral hemispheres of the human brain by establishing that the left and right hemispheres have qualitatively different biases in how they dynamically interact with one another. Left-hemisphere regions are biased to interact more strongly within the same hemisphere, whereas right-hemisphere regions interact more strongly with both hemispheres. These two different patterns of interaction are associated with left-lateralized functions, such as language and motor abilities, and right-lateralized functions, such as visuospatial attention. Importantly, the magnitude of lateralization measured for individual participants in these regions predicted the level of cognitive ability for the respective function, demonstrating that lateralization of function is associated with improved cognitive ability.

Understanding of human structural brain development has rapidly advanced in recent years, but remains fundamentally “localizational” in nature. Here, we use 376 longitudinally acquired structural brain scans from 108 typically developing adolescents to conduct the first study of coordinated anatomical change within the developing cortex. Correlation in rates of anatomical change was regionally heterogeneous, with fronto-temporal association cortices showing the strongest and most widespread maturational coupling with other cortical areas, and lower-order sensory cortices showing the least. Canonical cortical systems with rich structural and functional interconnectivity showed significantly elevated maturational coupling. Evidence for sexually dimorphic maturational coupling was found within a frontopolar-centered prefrontal system involved in complex decision-making. By providing the first link between cortical connectivity and the coordination of cortical development, we reveal a hitherto unseen property of healthy brain maturation, which may represent a target for neurodevelopmental disease processes, and a substrate for sexually dimorphic behavior in adolescence.

In this report, we present the first regional quantitative analysis of age-related differences in the heritability of cortical thickness using anatomic MRI with a large pediatric sample of twins, twin siblings, and singletons (n = 600, mean age 11.1 years, range 5-19). Regions of primary sensory and motor cortex, which develop earlier, both phylogenetically and ontologically, show relatively greater genetic effects earlier in childhood. Later developing regions within the dorsal prefrontal cortex and temporal lobes conversely show increasingly prominent genetic effects with maturation. The observation that regions associated with complex cognitive processes such as language, tool use, and executive function are more heritable in adolescents than children is consistent with previous studies showing that IQ becomes increasingly heritable with maturity(Plomin et al. 1997: Psychol Sci 8:442-447). These results suggest that both the specific cortical region and the age of the population should be taken into account when using cortical thickness as an intermediate phenotype to link genes, environment, and behavior.

Although several studies have investigated developmental trajectories of executive functioning (EF) in individuals with autism spectrum disorders (ASD) using lab-based tasks, no study to date has directly measured how EF skills in everyday settings vary at different ages. The current study seeks to extend prior work by evaluating age-related differences in parent-reported EF problems during childhood and adolescence in a large cross-sectional cohort of children with ASD.Children (N = 185) with an ASD without intellectual disability participated in the study. Participants were divided into four groups based on age (5-7, 8-10, 11-13, and 14-18-year-olds). The four age groups did not differ in IQ, sex ratio, or autism symptoms.There were significant age effects (i.e., worsening scores with increasing age) in three of G. A. Gioia, P. K. Isquith, S. Guy, and L. Kenworthy's (2000) BRIEF: Behavior Rating Inventory of Executive Function, Odessa, FL, Psychological Assessment Resources scale scores: Initiate (p = .007), working memory (p = .003), and organization of materials (p = .023). In addition, analysis of the BRIEF scale profile revealed that, although multiple scales were elevated, the shift scale showed the greatest problems in both the youngest and oldest age cohorts.Older children with ASD show greater EF problems compared with the normative sample than younger children with ASD. Specifically, there is a widening divergence from the normative sample in metacognitive executive abilities in children with ASD as they age. This, in combination with significant, albeit more stable, impairments in flexibility, has implications for the challenges faced by high-functioning individuals with ASD as they attempt to enter mainstream work and social environments.