Auditory-visual multisensory interactions in humans: timing, topography, directionality, and sources.

Current models of brain organization include multisensory interactions at early processing stages and within low-level, including primary, cortices. Embracing this model with regard to auditory-visual (AV) interactions in humans remains problematic. Controversy surrounds the application of an additive model to the analysis of event-related potentials (ERPs), and conventional ERP analysis methods have yielded discordant latencies of effects and permitted limited neurophysiologic interpretability. While hemodynamic imaging and transcranial magnetic stimulation studies provide general support for the above model, the precise timing, superadditive/subadditive directionality, topographic stability, and sources remain unresolved. We recorded ERPs in humans to attended, but task-irrelevant stimuli that did not require an overt motor response, thereby circumventing paradigmatic caveats. We applied novel ERP signal analysis methods to provide details concerning the likely bases of AV interactions. First, nonlinear interactions occur at 60-95 ms after stimulus and are the consequence of topographic, rather than pure strength, modulations in the ERP. AV stimuli engage distinct configurations of intracranial generators, rather than simply modulating the amplitude of unisensory responses. Second, source estimations (and statistical analyses thereof) identified primary visual, primary auditory, and posterior superior temporal regions as mediating these effects. Finally, scalar values of current densities in all of these regions exhibited functionally coupled, subadditive nonlinear effects, a pattern increasingly consistent with the mounting evidence in nonhuman primates. In these ways, we demonstrate how neurophysiologic bases of multisensory interactions can be noninvasively identified in humans, allowing for a synthesis across imaging methods on the one hand and species on the other.

Repetition-induced plasticity of motor representations of action sounds.

Action-related sounds are known to increase the excitability of motoneurones within the primary motor cortex (M1), but the role of this auditory input remains unclear. We investigated repetition priming-induced plasticity, which is characteristic of semantic representations, in M1 by applying transcranial magnetic stimulation pulses to the hand area. Motor evoked potentials (MEPs) were larger while subjects were listening to sounds related versus unrelated to manual actions. Repeated exposure to the same manual-action-related sound yielded a significant decrease in MEPs when right, hand area was stimulated; no repetition effect was observed for manual-action-unrelated sounds. The shared repetition priming characteristics suggest that auditory input to the right primary motor cortex is part of auditory semantic representations.

Parkinson's disease.

In advanced Parkinson's disease (PD), the emergence of symptoms refractory to conventional therapy poses therapeutic challenges. The success of deep brain stimulation (DBS) and advances in the understanding of the pathophysiology of PD have raised interest in noninvasive brain stimulation as an alternative therapeutic tool. The rationale for its use draws from the concept that reversing abnormalities in brain activity and physiology thought to cause the clinical deficits may restore normal functioning. Currently the best evidence in support of this concept comes from DBS, which improves motor deficits, and modulates brain activity and motor cortex physiology, although whether a causal interaction exists remains largely undetermined. Most trials of noninvasive brain stimulation in PD have applied repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), targeting the motor cortex. Current studies suggest a possible therapeutic potential for rTMS and transcranial direct current stimulation (tDCS), but clinical effects so far have been small and negligible with regard to functional independence and quality of life. Approaches to potentiate the efficacy of rTMS include increasing stimulation intensity and novel stimulation parameters that derive their rationale from studies on brain physiology. These novel parameters are intended to simulate normal firing patterns or to act on the hypothesized role of oscillatory activity in the motor cortex and basal ganglia with regard to motor control and its contribution to the pathogenesis of motor disorders. Noninvasive brain stimulation studies will enhance our understanding of PD pathophysiology and might provide further evidence for potential therapeutic applications.

Auditory spatio-temporal brain dynamics and their consequences for multisensory interactions in humans.

Recent multisensory research has emphasized the occurrence of early, low-level interactions in humans. As such, it is proving increasingly necessary to also consider the kinds of information likely extracted from the unisensory signals that are available at the time and location of these interaction effects. This review addresses current evidence regarding how the spatio-temporal brain dynamics of auditory information processing likely curtails the information content of multisensory interactions observable in humans at a given latency and within a given brain region. First, we consider the time course of signal propagation as a limitation on when auditory information (of any kind) can impact the responsiveness of a given brain region. Next, we overview the dual pathway model for the treatment of auditory spatial and object information ranging from rudimentary to complex environmental stimuli. These dual pathways are considered an intrinsic feature of auditory information processing, which are not only partially distinct in their associated brain networks, but also (and perhaps more importantly) manifest only after several tens of milliseconds of cortical signal processing. This architecture of auditory functioning would thus pose a constraint on when and in which brain regions specific spatial and object information are available for multisensory interactions. We then separately consider evidence regarding mechanisms and dynamics of spatial and object processing with a particular emphasis on when discriminations along either dimension are likely performed by specific brain regions. We conclude by discussing open issues and directions for future research.

Long-term effects of sports concussion

Questions : Cette thèse visait à répondre à deux questions fondamentales : 1) Est-ce que les athlètes qui présentent un historique de commotions cérébrales du sport en conservent des effets délétères à long terme? ; et 2) Est-ce que les effets néfastes des commotions cérébrales récurrentes sur le fonctionnement tant cognitif que moteur sont cumulatifs? Devis expérimental : À l’aide d’un plan d’investigation double-cohorte réalisé avec un groupe d’athlètes évoluant au niveau universitaire et un autre formé d’anciens athlètes universitaires testés plus de trois décennies plus tard, les quatre études qui composent cette thèse ont employé des méthodes raffinées d’investigation des fonctions cognitives et motrices pour en déceler des atteintes persistantes. Méthodologie : Les potentiels évoqués cognitifs ainsi que les tests neuropsychologiques ont permis de sonder le fonctionnement cognitif de ces athlètes alors que la stimulation magnétique transcrânienne, une plateforme de force permettant de mesurer la stabilité posturale ainsi qu’un système d’enregistrement tridimensionnel des mouvements rapides alternatifs ont servi à l’évaluation de l’intégrité du système moteur. Résultats : Cette thèse a permis de déceler des altérations persistentes et cumulatives des fonctions cognitives et motrices. De plus, ces subtiles atteintes observées chez les jeunes athlètes, affectant essentiellement des marqueurs neurophysiologiques sous-cliniques du fonctionnement cognitif et moteur, s’étaient accentuées chez les anciens athlètes universitaires qui montraient un déclin quantifiable tant des fonctions cognitives que motrices. Discussion : Ces résultats suggèrent d’une part que les commotions cérébrales du sport entraînent des altérations cognitives et motrices chroniques qui s’accentuent en fonction du nombre de commotions cérébrales subies. D’autre part, les effets délétères des commotions cérébrales du sport sur le fonctionnement cognitif et moteur combinés à ceux associés au processus de vieillissement entraînent un déclin cognitif et moteur quantifiable en comparaison aux anciens athlètes n’ayant jamais subi de commotions cérébrales.

Développement et fonctionnement des mécanismes de résonance motrice chez l'humain

La découverte dans le cerveau du singe macaque de cellules visuo-motrices qui répondent de façon identique à la production et la perception d’actes moteurs soutient l’idée que ces cellules, connues sous le nom de neurones-miroirs, encoderaient la représentation d’actes moteurs. Ces neurones, et le système qu’ils forment, constitueraient un système de compréhension moteur; par delà la simple représentation motrice, il est également possible que ce système participe à des processus de haut niveau en lien avec la cognition sociale. Chez l’humain adulte, des études d’imagerie récentes montrent d’importants chevauchements entre les patrons d’activité liés à l’exécution d’actes moteurs et ceux associés à la perception d’actions. Cependant, malgré le nombre important d’études sur ce système de résonance motrice, étonnamment peu se sont penchées sur les aspects développementaux de ce mécanisme, de même que sa relation avec certaines habiletés sociales dans la population neurotypique. De plus, malgré l’utilisation répandue de certaines techniques neurophysiologiques pour quantifier l’activité de ce système, notamment l’électroencéphalographie et la stimulation magnétique transcrânienne, on ignore en grande partie la spécificité et la convergence de ces mesures dans l’étude des processus de résonance motrice. Les études rassemblées ici visent à combler ces lacunes, c'est-à-dire (1) définir l’existence et les propriétés fonctionnelles du système de résonance motrice chez l’enfant humain, (2) établir le lien entre ce système et certaines habiletés sociales spécifiques et (3) déterminer la validité des outils d’investigation couramment utilisés pour mesurer son activité. Dans l’article 1, l’électroencéphalographie quantitative est utilisée afin de mesurer l’activité des régions sensorimotrices chez un groupe d’enfants d’âge scolaire durant la perception d’actions de la main. On y démontre une modulation de l’activité du rythme mu aux sites centraux non seulement lors de l’exécution de tâches motrices, mais également lors de l’observation passive d’actions. Ces résultats soutiennent l’hypothèse de l’existence d’un système de résonance motrice sensible aux représentations visuelles d’actes moteurs dans le cerveau immature. L’article 2 constitue une étude de cas réalisée chez une jeune fille de 12 ans opérée pour épilepsie réfractaire aux médicaments. L’électroencéphalographie intracrânienne est utilisée afin d’évaluer le recrutement du cortex moteur lors de la perception de sons d’actions. On y montre une modulation de l’activité du cortex moteur, visible dans deux périodes distinctes, qui se reflètent par une diminution de la puissance spectrale des fréquences beta et alpha. Ces résultats soutiennent l’hypothèse de l’existence d’un système de résonance motrice sensible aux représentations auditives d’actions chez l’enfant. L’article 3 constitue une recension des écrits portant sur les données comportementales et neurophysiologiques qui suggèrent la présence d’un système de compréhension d’action fonctionnel dès la naissance. On y propose un modèle théorique où les comportements d’imitation néonataux sont vus comme la résultante de mécanismes d’appariement moteurs non inhibés. Afin de mesurer adéquatement la présence de traits empathiques et autistique dans le but de les mettre en relation avec l’activité du système de résonance motrice, l’article 4 consiste en une validation de versions françaises des échelles Empathy Quotient (Baron-Cohen & Wheelwright, 2004) et Autism Spectrum Quotient (Baron-Cohen et al., 2001) qui seront utilisées dans l’article 5. Les versions traduites de ces échelles ont été administrées à 100 individus sains et 23 personnes avec un trouble du spectre autistique. Les résultats répliquent fidèlement ceux obtenus avec les questionnaires en version anglaise, ce qui suggère la validité des versions françaises. Dans l’article 5, on utilise la stimulation magnétique transcrânienne afin d’investiguer le décours temporel de l’activité du cortex moteur durant la perception d’action et le lien de cette activité avec la présence de traits autistiques et empathiques chez des individus normaux. On y montre que le cortex moteur est rapidement activé suivant la perception d’un mouvement moteur, et que cette activité est corrélée avec les mesures sociocognitives utilisées. Ces résultats suggèrent l’existence d’un système d’appariement moteur rapide dans le cerveau humain dont l’activité est associée aux aptitudes sociales. L’article 6 porte sur la spécificité des outils d’investigation neurophysiologique utilisés dans les études précédentes : la stimulation magnétique transcrânienne et l’électroencéphalographie quantitative. En utilisant ces deux techniques simultanément lors d’observation, d’imagination et d’exécution d’actions, on montre qu’elles évaluent possiblement des processus distincts au sein du système de résonance motrice. En résumé, cette thèse vise à documenter l’existence d’un système de résonance motrice chez l’enfant, d’établir le lien entre son fonctionnement et certaines aptitudes sociales et d’évaluer la validité et la spécificité des outils utilisés pour mesurer l’activité au sein de ce système. Bien que des recherches subséquentes s’avèrent nécessaires afin de compléter le travail entamé ici, les études présentées constituent une avancée significative dans la compréhension du développement et du fonctionnement du système de résonance motrice, et pourraient éventuellement contribuer à l’élaboration d’outils diagnostiques et/ou de thérapeutiques chez des populations où des anomalies de ce système ont été répertoriées.

Les effets de la similarité physique dans l’observation d’actions : études comportementales et neurophysiologiques

Il a été suggéré que la similarité physique entre un observateur et une action observée facilite la perception et la compréhension d’action. Par exemple, l’observation d’un acteur exécutant des gestes de la main ayant une signification culturelle est associée à une augmentation de l’excitabilité corticospinale lorsque les deux individus sont de la même ethnicité (Molnar-Szakacs et al., 2007). La perception tactile serait également facilitée lorsqu’un individu regarde un modèle de sa propre race être touché (Serino et al., 2009), tandis que des études en imagerie cérébrale fonctionnelle suggèrent la présence d’activations plus importantes dans le cortex cingulaire lorsqu’un sujet observe une personne de son propre groupe racial ressentir de la douleur (Xu et al., 2009). Certaines études ont lié ces résultats à un mécanisme de résonance motrice, possiblement associé au système des neurones miroirs (SNM), suggérant que la représentation de l’action dans les aires motrices est facilitée par la similarité physique. Toutefois, la grande majorité des stimuli utilisés dans ces études comportent une composante émotionnelle ou culturelle pouvant masquer les effets purement moteurs liant la similarité physique à un mécanisme de résonance motrice. De plus, la sélectivité de l’activation du SNM face à des stimuli biologiques a récemment été remise en question en raison de biais méthodologiques. La présente thèse présente trois études visant à évaluer l’effet de la similarité physique et des caractéristiques biologiques d’un mouvement sur la résonance motrice à l’aide de mesures comportementales et neurophysiologiques. À cet effet, l’imitation automatique de mouvements de la main, l’excitabilité corticospinale et la désynchronisation du rythme électroencéphalographique mu ont servi de marqueurs de l’activité du SNM. Dans les trois études présentées, la couleur de la peau et l’aspect biologique du stimulus observé ou imité ont été systématiquement manipulés. Nos données confirment la sélectivité du SNM pour le mouvement biologique en démontrant une réponse imitative plus rapide et une désynchronisation du rythme mu plus prononcée lors de la présentation de stimuli biologiques comparativement à des stimuli non-biologiques répliquant les aspects physiques du mouvement humain. Les deux mêmes mesures montrent une réponse neurophysiologique et comportementale équivalente lorsque l’action est exécutée par un agent de couleur similaire ou dissimilaire au participant. Nous rapportons aussi un effet surprenant de la similarité physique sur l’excitabilité corticospinale, où l’observation d’une action exécutée par un agent de couleur différente est associée à une activation plus grande du cortex moteur primaire droit de participants de sexe féminin. Prises dans leur ensemble, ces données suggèrent que la similarité physique avec une action observée ne module généralement pas l’activité du SNM au niveau des aires sensorimotrices en l’absence de composantes culturelles et émotionnelles. De plus, les résultats présentés suggèrent que le SNM est sélectif au mouvement biologique plutôt qu’à l’aspect kinématique du mouvement.

Étude des interactions interhémisphériques entre les représentations des muscles de l'épaule et du tronc dans le cortex moteur primaire.

Après un accident vasculaire cérébral (AVC), 30% des personnes ont une atteinte de la fonction motrice du membre supérieur. Un des mécanismes pouvant intervenir dans la récupération motrice après un AVC est la réorganisation des interactions interhémisphériques. À ce jour, la plupart des études se sont intéressées aux interactions entre les représentations des muscles de la main. Or la réalisation de mouvements de la main nécessite une coordination précise des muscles proximaux de l’épaule et le maintien d’une stabilité assurée par les muscles du tronc. Cependant, il existe peu d’informations sur le contrôle interhémisphérique de ces muscles. Ainsi, l’objectif de cette étude était de caractériser les interactions entre les représentations corticales des muscles proximaux (Deltoïde antérieur (DA)), et axiaux (Erecteur spinal (ES L1)) chez le sujet sain et de les comparer avec les interactions interhémisphériques entre les représentations des muscles distaux (1er interosseux dorsal (FDI)). Deux techniques de stimulation magnétique transcrânienne ont été utilisées pour évaluer ces interactions. La stimulation du cortex moteur ipsilatéral évoque une période de silence ipsilatérale (iSP)-reflétant l’inhibition interhémiphérique-dans le FDI et le DA. Dans ES L1, l’iSP est précédée d’une facilitation. Le paradigme de l’impulsion pairée démontre aussi la présence d’inhibition interhémisphérique dans les trois muscles. Ces résultats suggèrent un patron distinct d’interactions réciproques entre les représentations des muscles distaux, proximaux et axiaux qui peut être expliqué à la fois par des changements d’excitabilité au niveau cortical et sous-cortical. Ces résultats pourraient servir de bases normatives afin d’évaluer les changements survenant suite à un AVC.

La représentation auditive motrice reflétée par la négativité de discordance chez l’enfant présentant un trouble du spectre de l’autisme

Il est maintenant bien établi que le cerveau humain est doté d’un système de neurones qui s’active tant à la perception qu’à l’exécution d’une action. Les neurones miroirs, ainsi que le système qu’ils forment avec des structures adjacentes appelées système neurones miroirs (SNM), ont été relié à la compréhension d’action et pourrait être impliqué dans les fonctions sociales de haut niveau tel que l’empathie et l’imitation. Dans la foulée spéculative reliant le SNM à la sphère sociale, le dysfonctionnement de ce système a rapidement gagné intérêt dans la genèse des anomalies du domaine social chez les personnes présentant le Trouble du spectre de l’autisme (TSA). Néanmoins, l’hypothèse voulant que le dysfonctionnement social des TSA repose sur une atteinte du SNM est controversée. En effet, les études soutenant cette hypothèse nécessitent des fonctions cognitives et sociales qui peuvent contribuer à l’obtention de résultats atypiques, telles que la compréhension des consignes, l’attention sur des stimuli sociaux ou la réalisation d’acte moteur. Récemment, un protocole auditif de négativité de discordance (MMN) utilisant des stimuli reliés à l’action humaine a été utilisé pour mesurer l’activité du SNM. Cette technique semble prometteuse dans la mesure où elle ne nécessite pas de capacités attentionnelles ou langagières, elle est brève et demande un montage minimal d’électrodes. Le premier article avait comme objectif principal de mesurer la validité de convergence du protocole MMN relié à l’action avec celui du rythme mu, le protocole le plus utilisé pour enregistrer l’activité miroir à l’aide de l’électroencéphalographie (EEG). Les modes de stimulation ont été délivrées en bloc successif à un groupe de 12 adultes en santé. Alors que les deux techniques ont modulé efficacement les régions fronto-centrales et centrales respectivement, mais ne sont pas corrélées, nous avons conclu qu’il est possible 2 qu’elles mesurent des aspects différents du SNM. Le deuxième article avait comme objectif principal de mesurer l’activité du SNM à l’aide du protocole MMN relié à l’action chez 10 enfants présentant un TSA ainsi que chez 12 enfants neurotypiques dans la même tranche d’âge (5-7ans). Chez les enfants TSA, nous avons montré un patron de latence inversée, comparativement aux enfants du groupe contrôle; ils traitaient plus rapidement les sons contrôles que les sons reliés à l’action humaine, alors que la tendance inverse était observée chez les contrôles. De plus, bien que les deux groupes différaient quant aux sons d’action, ils ne différaient pas quant aux sons contrôles. Quant à l’amplitude, les enfants TSA se distinguaient du groupe contrôle par une amplitude restreinte du son d’action provenant de la bouche. Par ailleurs, les mesures neurophysiologiques et neuropsychologiques n’étaient pas corrélées. En sommes, basé sur la prémisse que ce protocole MMN pourrait mesurer l’activité du SNM, cette thèse a comme but d’améliorer les connaissances quant à son utilisation chez l’adulte et l’enfant neurotypique ainsi que chez l’enfant TSA. Celui-ci pourrait ultimement être utilisé comme un biomarqueur potentiel du TSA.

Coding of visual space during motor preparation: approaching objects rapidly modulate corticospinal excitability in hand-centered coordinates

Defensive behaviors, such as withdrawing your hand to avoid potentially harmful approaching objects, rely on rapid sensorimotor transformations between visual and motor coordinates. We examined the reference frame for coding visual information about objects approaching the hand during motor preparation. Subjects performed a simple visuomanual task while a task-irrelevant distractor ball rapidly approached a location either near to or far from their hand. After the distractor ball appearance, single pulses of transcranial magnetic stimulation were delivered over the subject's primary motor cortex, eliciting motor evoked potentials (MEPs) in their responding hand. MEP amplitude was reduced when the ball approached near the responding hand, both when the hand was on the left and the right of the midline. Strikingly, this suppression occurred very early, at 70-80ms after ball appearance, and was not modified by visual fixation location. Furthermore, it was selective for approaching balls, since static visual distractors did not modulate MEP amplitude. Together with additional behavioral measurements, we provide converging evidence for automatic hand-centered coding of visual space in the human brain.

Prefrontal control of familiarity and recollection in working memory

Left inferior frontal gyrus (IFG) is a critical neural substrate for the resolution of proactive interference (PI) in working memory. We hypothesized that left IFG achieves this by controlling the influence of familiarity- versus recollection-based information about memory probes. Consistent with this idea, we observed evidence for an early (200 msec)-peaking signal corresponding to memory probe familiarity and a late (500 msec)-resolving signal corresponding to full accrual of trial-related contextual ("recollection-based") information. Next, we applied brief trains of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) time locked to these mnemonic signals, to left IFG and to a control region. Only early rTMS of left IFG produced a modulation of the false alarm rate for high-PI probes. Additionally, the magnitude of this effect was predicted by individual differences in susceptibility to PI. These results suggest that left IFG-based control may bias the influence of familiarity- and recollection-based signals on recognition decisions.

The neural bases of the short-term storage of verbal information are anatomically variable across individuals

What are the precise brain regions supporting the short-term retention of verbal information? A previous functional magnetic resonance imaging (fMRI) study suggested that they may be topographically variable across individuals, occurring, in most, in regions posterior to prefrontal cortex (PFC), and that detection of these regions may be best suited to a single-subject (SS) approach to fMRI analysis (Feredoes and Postle, 2007). In contrast, other studies using spatially normalized group-averaged (SNGA) analyses have localized storage-related activity to PFC. To evaluate the necessity of the regions identified by these two methods, we applied repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) to SS- and SNGA-identified regions throughout the retention period of a delayed letter-recognition task. Results indicated that rTMS targeting SS analysis-identified regions of left perisylvian and sensorimotor cortex impaired performance, whereas rTMS targeting the SNGA-identified region of left caudal PFC had no effect on performance. Our results support the view that the short-term retention of verbal information can be supported by regions associated with acoustic, lexical, phonological, and speech-based representation of information. They also suggest that the brain bases of some cognitive functions may be better detected by SS than by SNGA approaches to fMRI data analysis.

Resting state cortico-thalamic-striatal connectivity predicts pesponse to dorsomedial prefrontal rTMS in major depressive disorder

Despite its high toll on society, there has been little recent improvement in treatment efficacy for Major Depressive Disorder (MDD). The identification of biological markers of successful treatment response may allow for more personalized and effective treatment. Here we investigate whether resting state functional connectivity predicted response to treatment with rapid transcranial magnetic stimulation (rTMS) to dorsomedial prefrontal cortex (dmPFC). Twenty five individuals with treatment-refractory MDD underwent a 4-week course of dmPFC-rTMS. Before and after treatment, subjects received resting state functional MRI scans and assessments of depressive symptoms using the Hamilton Depresssion Rating Scale (HAMD17). We found that higher baseline cortico-cortical connectivity (dmPFC-subgenual cingulate and subgenual cingulate to dorsolateral PFC) and lower cortico-thalamic, cortico-striatal and cortico-limbic connectivity were associated with better treatment outcomes. We also investigated how changes in connectivity over the course of treatment related to improvements in HAMD17 scores. We found that successful treatment was associated with increased dmPFC-thalamic connectivity and decreased sgACC-caudate connectivity, Our findings provide insight into which individuals might respond to rTMS treatment and the mechanisms through which these treatments work.

Anhedonia and reward-circuit connectivity distinguish nonresponders from responders to dorsomedial prefrontal rTMS in major depression

Background Depression is a heterogeneous mental illness. Neurostimulation treatments, by targeting specific nodes within the brain’s emotion-regulation network, may be useful both as therapies and as probes for identifying clinically relevant depression subtypes. Methods Here, we applied 20 sessions of magnetic resonance imaging-guided repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) to the dorsomedial prefrontal cortex in 47 unipolar or bipolar patients with a medication-resistant major depressive episode. Results Treatment response was strongly bimodal, with individual patients showing either minimal or marked improvement. Compared with responders, nonresponders showed markedly higher baseline anhedonia symptomatology (including pessimism, loss of pleasure, and loss of interest in previously enjoyed activities) on item-by-item examination of Beck Depression Inventory-II and Quick Inventory of Depressive Symptomatology ratings. Congruently, on baseline functional magnetic resonance imaging, nonresponders showed significantly lower connectivity through a classical reward pathway comprising ventral tegmental area, striatum, and a region in ventromedial prefrontal cortex. Responders and nonresponders also showed opposite patterns of hemispheric lateralization in the connectivity of dorsomedial and dorsolateral regions to this same ventromedial region. Conclusions The results suggest distinct depression subtypes, one with preserved hedonic function and responsive to dorsomedial rTMS and another with disrupted hedonic function, abnormally lateralized connectivity through ventromedial prefrontal cortex, and unresponsive to dorsomedial rTMS. Future research directly comparing the effects of rTMS at different targets, guided by neuroimaging and clinical presentation, may clarify whether hedonia/reward circuit integrity is a reliable marker for optimizing rTMS target selection.