Abstract Introduction Longitudinal imaging of neurodegenerative disorders is a potentially powerful biomarker for use in clinical trials. In Alzheimer's disease, studies have demonstrated that empirically derived regions of interest ( ROI s) can provide more reliable measurement of disease progression compared with anatomically defined ROI s. Methods We set out to derive ROI s with optimal effect size for quantifying longitudinal change in a hypothetical clinical trial by comparing atrophy rates in 44 patients with behavioral variant of frontotemporal dementia (bv FTD ), 30 with the semantic variant primary progressive aphasia (sv PPA ), and 26 with the nonfluent variant PPA (nfv PPA ) to atrophy in 97 cognitively healthy controls. Results The regions identified for each variant were generally what would be expected from prior studies of frontotemporal lobar degeneration ( FTLD ). Sample size estimates for detecting a 40% reduction in annual rate of ROI atrophy varied substantially across groups, being 103 per arm in bv FTD , 31 in nfv PPA , and 10 in sv PPA , but in all groups were less than those estimated for a priori ROI s and clinical measures. The variability in location of peak regions of atrophy across individuals was highest in bv FTD and lowest in sv PPA , likely relating to the differences in effect size. Conclusions These findings suggest that, while cross‐validated maps of change can improve sensitivity to change in FTLD compared with a priori regions, the reliability of these maps differs considerably across syndromes. Future studies can utilize these maps to design clinical trials, and should try to identify factors accounting for the variability in patterns of atrophy across individuals, particularly those with bv FTD .

Abstract Prior ex vivo histological postmortem studies of autism spectrum disorder (ASD) have shown gray matter microstructural abnormalities, however, in vivo examination of gray matter microstructure in ASD has remained scarce due to the relative lack of non-invasive methods to assess it. The aim of this work was to evaluate the feasibility of employing diffusional kurtosis imaging (DKI) to describe gray matter abnormalities in ASD in vivo. DKI data were examined for 16 male participants with a diagnosis of ASD and IQ>80 and 17 age- and IQ-matched male typically developing (TD) young adults 18–25 years old. Mean (MK), axial (AK), radial (RK) kurtosis and mean diffusivity (MD) metrics were calculated for lobar and sub-lobar regions of interest. Significantly decreased MK, RK, and MD were found in ASD compared to TD participants in the frontal and temporal lobes and several sub-lobar regions previously associated with ASD pathology. In ASD participants, decreased kurtosis in gray matter ROIs correlated with increased repetitive and restricted behaviors and poor social interaction symptoms. Decreased kurtosis in ASD may reflect a pathology associated with a less restrictive microstructural environment such as decreased neuronal density and size, atypically sized cortical columns, or limited dendritic arborizations.

Decreased brain lateralization is considered a trait marker of schizophrenia. Whereas reductions in both functional and macrostructural gray matter laterality in schizophrenia are well established, the investigation of gray matter microstructural lateralization has so far been limited to a small number of ex vivo studies, which limits the understanding of neurobiological substrates involved and development of adequate treatments. The aim of the current study was to assess in vivo gray matter microstructure lateralization patterns in schizophrenia by employing the diffusion kurtosis imaging (DKI)-derived mean kurtosis (MK) metric. MK was calculated for 18 right-handed males with chronic schizophrenia and 19 age-matched healthy control participants in 46 bilateral gray matter regions of interest (ROI). Microstructural laterality indexes (μLIs) were calculated for each subject and ROI, and group comparisons were conducted across regions. The relationship between μLI values and performance on the Wisconsin Card Sorting Test (WCST) was also evaluated. We found that compared with healthy controls, males with chronic schizophrenia had significantly decreased μLI across cortical and subcortical gray matter regions, which was correlated with poorer performance on the WCST. Our results suggest the ability of DKI-derived MK to capture gray matter microstructural lateralization pathology in vivo.

Abstract Background and Hypothesis Microvascular and inflammatory mechanisms have been hypothesized to be involved in the pathophysiology of psychotic spectrum disorders (PSDs). However, data evaluating these hypotheses remain limited. Study Design We applied a three-compartment intravoxel incoherent motion free water imaging (IVIM-FWI) technique that estimates the perfusion fraction (PF), free water fraction (FW), and anisotropic diffusion of tissue (FAt) to examine microvascular and microstructural changes in gray and white matter in 55 young adults with a PSD compared to 37 healthy controls (HCs). Study Results We found significantly increased PF, FW, and FAt in gray matter regions, and significantly increased PF, FW, and decreased FAt in white matter regions in the PSD group versus HC. Furthermore, in patients, but not in the HC group, increased PF, FW, and FAt in gray matter and increased PF in white matter were significantly associated with poor performance on several cognitive tests assessing memory and processing speed. We additionally report significant associations between IVIM-FWI metrics and myo-inositol, choline, and N-acetylaspartic acid magnetic resonance spectroscopy imaging metabolites in the posterior cingulate cortex, which further supports the validity of PF, FW, and FAt as microvascular and microstructural biomarkers of PSD. Finally, we found significant relationships between IVIM-FWI metrics and the duration of psychosis in gray and white matter regions. Conclusions The three-compartment IVIM-FWI model provides metrics that are associated with cognitive deficits and may reflect disease progression.