ABSTRACT Spatial normalization—the process of aligning anatomical or functional data acquired from different individuals to a common stereotaxic atlas—is routinely used in the vast majority of functional neuroimaging studies, with important consequences for scientific inference and reproducibility. Although several approaches exist, multi-step techniques that leverage the superior contrast and spatial resolution afforded by T1-weighted anatomical images to normalize echo planar imaging (EPI) functional data acquired from the same individuals (T1EPI) is now standard. Yet, recent work suggests that direct alignment of functional data to a T2*-weighted template without recourse to an anatomical image—an EPI only (EPIO) approach—enhances normalization precision. This counterintuitive claim is intriguing, suggesting that a change in standard practices may be warranted. Here, we re-visit these conclusions, extending prior work to encompass newly developed measures of normalization precision, accuracy, and ‘real-world’ statistical performance for the standard EPIO and T1EPI pipelines implemented in SPM12, a recently developed variant of the EPIO pipeline, and a novel T1EPI pipeline incorporating ‘best practice’ tools from multiple software packages. The multi-tool T1EPI pipeline was consistently the most precise, most accurate, and resulted in the largest t values at the group level, in some cases dramatically so. The three SPM-based pipelines exhibited more modest and variable differences in performance relative to each another, with the widely used T1EPI pipeline showing the second best overall precision and accuracy, and the recently developed EPIO pipeline generally showing the poorest overall performance. The results demonstrate that standard pipelines can be easily improved and we encourage researchers to invest the resources necessary to do so. The multi-tool pipeline presented here provides a framework for doing so. In addition, the novel performance metrics described here should prove useful for reporting and validating future methods for pre-processing functional neuroimaging data.

ABSTRACT Negative affect is a fundamental dimension of human emotion. When extreme, it contributes to a variety of adverse outcomes—from physical and mental illness to divorce and premature death. Mechanistic work in animals and neuroimaging research in humans and monkeys has begun to reveal the broad contours of the neural circuits governing negative affect, but the relevance of these discoveries to everyday distress remains incompletely understood. Here we used a combination of approaches— including neuroimaging assays of threat anticipation and emotional face perception and >10,000 momentary assessments of emotional experience—to demonstrate that individuals showing greater activation in a cingulo-opercular circuit during an anxiety-eliciting laboratory paradigm experience lower levels of stressor-dependent distress in their daily lives ( n =202-208). Extended amygdala activation was not significantly related to momentary negative affect. These observations provide a framework for understanding the neurobiology of negative affect in the laboratory and in the real world. STATEMENT OF RELEVANCE Anxiety, sadness, and other negative emotions are hallmarks of the human condition. When extreme, they contribute to a variety of adverse outcomes—from physical and mental illness to divorce and premature death—pointing to the need to develop a better understanding of the underlying brain circuitry. Recent work has begun to reveal the neural systems governing negative affect, but the relevance of these tantalizing laboratory discoveries to the real world has remained unclear. Here we used a combination of brain imaging and smartphone-based survey techniques to show that individuals marked by greater activation in a cingulo-opercular circuit during an anxiety-promoting laboratory paradigm tend to experience diminished distress in response to everyday stressors. These observations provide new insights into the brain systems most relevant to moment-by-moment fluctuations in negative mood, underscoring the importance of more recently evolved cortical association areas.

ABSTRACT When extreme, anxiety—a state of distress and arousal prototypically evoked by uncertain danger—can be debilitating. Uncertain anticipation is a shared feature of situations that elicit signs and symptoms of anxiety across psychiatric disorders, species, and assays. Despite the profound significance of anxiety for human health and wellbeing, the neurobiology of uncertain-threat anticipation remains unsettled. Leveraging a paradigm adapted from animal research and optimized for functional MRI signal decomposition, we examined the neural circuits engaged during the anticipation of temporally uncertain and certain threat in 99 men and women. Results revealed that the neural systems recruited by uncertain and certain threat anticipation are anatomically co-localized in fronto-cortical regions, extended amygdala, and periaqueductal gray. Comparison of the threat conditions demonstrated that this circuitry can be fractionated, with fronto-cortical regions showing relatively stronger engagement during the anticipation of uncertain threat, and the extended amygdala showing the reverse pattern. Although there is widespread agreement that the bed nucleus of the stria terminalis and dorsal amygdala—the two major subdivisions of the extended amygdala—play a critical role in orchestrating adaptive responses to potential danger, their precise contributions to human anxiety have remained contentious. Follow-up analyses demonstrated that these regions show statistically indistinguishable responses to temporally uncertain and certain threat anticipation. These observations provide a framework for conceptualizing anxiety and fear, for understanding the functional neuroanatomy of threat anticipation in humans, and for accelerating the development of more effective intervention strategies for pathological anxiety. SIGNIFICANCE STATEMENT Anxiety—an emotion prototypically associated with the anticipation of uncertain harm—has profound significance for public health, yet the underlying neurobiology remains unclear. Leveraging a novel neuroimaging paradigm in a relatively large sample, we identify a core circuit responsive to both uncertain and certain threat anticipation, and show that this circuitry can be fractionated into subdivisions with a bias for one kind of threat or the other. The extended-amygdala occupies center-stage in neuropsychiatric models of anxiety, but its functional architecture has remained contentious. Here we demonstrate that its major subdivisions show statistically indistinguishable responses to temporally uncertain and certain threat. Collectively, these observations indicate the need to revise how we think about the neurobiology of anxiety and fear. RESOURCE SHARING Raw data are available at the National Institute of Mental Health’s Data Archive. Key statistical maps are or will be publicly available at NeuroVault.org.

The central extended amygdala (EAc) -- including the bed nucleus of the stria terminalis (BST) and central nucleus of the amygdala (Ce) -- plays a key role in orchestrating states of fear and anxiety and is implicated in the development and maintenance of anxiety disorders, depression, and substance abuse. Although it is widely thought that these disorders reflect the coordinated actions of large-scale functional circuits in the brain, the architecture of the EAc functional network, and the degree to which the BST and the Ce show distinct patterns of intrinsic functional connectivity, remains incompletely understood. Here, we leveraged a combination of approaches to trace the connectivity of the BST and the Ce in 130 psychiatrically healthy, racially diverse, community-dwelling adults with enhanced power and precision. Multiband imaging, high-precision data registration techniques, and spatially unsmoothed data were used to maximize anatomical specificity. Using newly developed seed regions, whole-brain regression analyses revealed robust functional connectivity between the BST and Ce via the sublenticular extended amygdala (substantia innominata), the ribbon of subcortical gray matter encompassing the ventral amygdalofugal pathway. Both regions displayed significant coupling with the ventromedial prefrontal cortex (vmPFC), midcingulate cortex (MCC), insula, and anterior hippocampus. The BST showed significantly stronger connectivity with prefrontal territories -- including the vmPFC, anterior MCC and pregenual anterior cingulate cortex -- as well as the thalamus, striatum, and the periaqueductal gray. The only regions showing stronger functional connectivity with the Ce were located in the anterior hippocampus and dorsal amygdala. These observations provide a baseline against which to compare a range of special populations, inform our understanding of the role of the EAc in normal and pathological fear and anxiety, and highlight the value of several new approaches to image registration which may be particularly useful for researchers working with anatomically de-identified neuroimaging data.

Alcohol abuse is common, imposes a staggering burden on public health, and is challenging to treat, underscoring the need to develop a deeper understanding of the underlying neurobiology. When administered acutely, ethyl alcohol reduces threat reactivity in humans and other animals, and there is growing evidence that threat-dampening and related negative reinforcement mechanisms support the etiology and recurrence of alcohol and other kinds of substance misuse. Converging lines of evidence motivate the hypothesis that these effects are mediated by the central extended amygdala (EAc)--including the central nucleus of the amygdala (Ce) and bed nucleus of the stria terminalis (BST)--but the relevance of this circuitry to acute alcohol effects in humans remains poorly understood. Using a single-blind, randomized-groups design, multiband imaging data were acquired from 49 social drinkers while they performed an fMRI-optimized emotional-faces/places paradigm after consuming alcohol or placebo. Relative to placebo, alcohol significantly dampened reactivity to threat-related emotional faces in the BST. To rigorously assess potential regional differences in activation, data were extracted from anatomically defined Ce and BST regions-of-interest. Analyses revealed a similar pattern of dampening across the two regions. In short, alcohol acutely dampens reactivity to threat-related faces in humans and it does so similarly across the two major divisions of the EAc. These observations provide a framework for understanding the translational relevance of addiction models derived from work in rodents, inform on-going debates about the functional organization of the EAc, and set the stage for bi-directional translational models aimed at developing improved treatment strategies for alcohol abuse and other addictions.

Neuroticism/Negative Emotionality (N/NE)- the tendency to experience anxiety, fear, and other negative emotions- is a fundamental dimension of temperament with profound consequences for health, wealth, and wellbeing. Elevated N/NE is associated with a panoply of adverse outcomes, from reduced socioeconomic attainment and divorce to mental illness and premature death. Work in animals suggests that N/NE reflects heightened reactivity to uncertain threat in the bed nucleus of the stria terminalis (BST) and central nucleus of the amygdala (Ce), but the relevance of these discoveries to the human brain and temperament have remained unclear. Here we used a combination of psychometric, psychophysiological, and neuroimaging approaches to rigorously test this hypothesis in an ethnoracially diverse sample of 220 emerging adults selectively recruited to encompass a broad spectrum of N/NE. Cross-validated robust-regression analyses demonstrated that N/NE is selectively associated with heightened BST activation during the uncertain anticipation of a genuinely distressing threat. In contrast, N/NE was unrelated to BST activation during certain-threat anticipation, Ce activation during either type of threat anticipation, or BST/Ce reactivity to 'threat-related' faces. Implicit in much of the neuroimaging literature is the assumption that different threat paradigms are statistically interchangeable probes of individual differences in neural function, yet our results revealed negligible evidence of convergence between popular threat-anticipation and emotional-face tasks. These observations provide a framework for conceptualizing emotional traits and disorders; for guiding the design and interpretation of biobank and other neuroimaging studies of psychiatric risk, disease, and treatment; and for informing the next generation of mechanistic research.

Abstract Background and Hypothesis Among individuals living with psychotic disorders, social impairment is common, debilitating, and challenging to treat. While the roots of this impairment are undoubtedly complex, converging lines of evidence suggest that social motivation and pleasure (MAP) deficits play a central role. Yet most neuroimaging studies have focused on monetary rewards, precluding decisive inferences. Study Design Here we leveraged parallel social and monetary incentive delay functional magnetic resonance imaging paradigms to test whether blunted reactivity to social incentives in the ventral striatum—a key component of the distributed neural circuit mediating appetitive motivation and hedonic pleasure—is associated with more severe MAP symptoms in a transdiagnostic adult sample enriched for psychosis. To maximize ecological validity and translational relevance, we capitalized on naturalistic audiovisual clips of an established social partner expressing positive feedback. Study Results Although both paradigms robustly engaged the ventral striatum, only reactivity to social incentives was associated with clinician-rated MAP deficits. This association remained significant when controlling for other symptoms, binary diagnostic status, or striatal reactivity to monetary incentives. Follow-up analyses suggested that this association predominantly reflects diminished activation during the presentation of social reward. Conclusions These observations provide a neurobiologically grounded framework for conceptualizing the social-anhedonia symptoms and social impairments that characterize many individuals living with psychotic disorders and underscore the need to develop targeted intervention strategies.