The pathophysiological process of Alzheimer's disease (AD) is thought to begin many years before the diagnosis of AD dementia. This long “preclinical” phase of AD would provide a critical opportunity for therapeutic intervention; however, we need to further elucidate the link between the pathological cascade of AD and the emergence of clinical symptoms. The National Institute on Aging and the Alzheimer's Association convened an international workgroup to review the biomarker, epidemiological, and neuropsychological evidence, and to develop recommendations to determine the factors which best predict the risk of progression from “normal” cognition to mild cognitive impairment and AD dementia. We propose a conceptual framework and operational research criteria, based on the prevailing scientific evidence to date, to test and refine these models with longitudinal clinical research studies. These recommendations are solely intended for research purposes and do not have any clinical implications at this time. It is hoped that these recommendations will provide a common rubric to advance the study of preclinical AD, and ultimately, aid the field in moving toward earlier intervention at a stage of AD when some disease‐modifying therapies may be most efficacious.

Criteria for the diagnosis of vascular dementia (VaD) that are reliable, valid, and readily applicable in a variety of settings are urgently needed for both clinical and research purposes. To address this need, the Neuroepidemiology Branch of the National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) convened an International Workshop with support from the Association Internationale pour la Recherche et l'Enseignement en Neurosciences (AIREN), resulting in research criteria for the diagnosis of VaD. Compared with other current criteria, these guidelines emphasize (1) the heterogeneity of vascular dementia syndromes and pathologic subtypes including ischemic and hemorrhagic strokes, cerebral hypoxic-ischemic events, and senile leukoencephalopathic lesions; (2) the variability in clinical course, which may be static, remitting, or progressive; (3) specific clinical findings early in the course (eg, gait disorder, incontinence, or mood and personality changes) that support a vascular rather than a degenerative cause; (4) the need to establish a temporal relationship between stroke and dementia onset for a secure diagnosis; (5) the importance of brain imaging to support clinical findings; (6) the value of neuropsychological testing to document impairments in multiple cognitive domains; and (7) a protocol for neuropathologic evaluations and correlative studies of clinical, radiologic, and neuropsychological features. These criteria are intended as a guide for case definition in neuroepidemiologic studies, stratified by levels of certainty (definite, probable, and possible). They await testing and validation and will be revised as more information becomes available.

Context: Current and future estimates of Alzheimer disease (AD) are essential for public health planning

Alzheimer's disease is a pervasive neurodegenerative disorder, the molecular complexity of which remains poorly understood. Here, we analysed 80,660 single-nucleus transcriptomes from the prefrontal cortex of 48 individuals with varying degrees of Alzheimer's disease pathology. Across six major brain cell types, we identified transcriptionally distinct subpopulations, including those associated with pathology and characterized by regulators of myelination, inflammation, and neuron survival. The strongest disease-associated changes appeared early in pathological progression and were highly cell-type specific, whereas genes upregulated at late stages were common across cell types and primarily involved in the global stress response. Notably, we found that female cells were overrepresented in disease-associated subpopulations, and that transcriptional responses were substantially different between sexes in several cell types, including oligodendrocytes. Overall, myelination-related processes were recurrently perturbed in multiple cell types, suggesting that myelination has a key role in Alzheimer's disease pathophysiology. Our single-cell transcriptomic resource provides a blueprint for interrogating the molecular and cellular basis of Alzheimer's disease.

Objective:  To examine the spectrum of neuropathology in persons from the Rush Memory and Aging Project, a longitudinal community-based clinical-pathologic cohort study. Methods:  The study includes older persons who agreed to annual clinical evaluation and brain donation. We examined the neuropathologic diagnoses, including Alzheimer disease (AD) (NIA-Reagan Criteria), cerebral infarctions, and Parkinson disease/Lewy body disease (PD/LBD), in the first 141 autopsies. We calculated the frequency of each diagnosis alone and mixed diagnoses. We used logistic regression to compare one to multiple diagnoses on the odds of dementia. Results:  Twenty persons (14.2%) had no acute or chronic brain abnormalities. The most common chronic neuropathologic diagnoses were AD (n = 80), cerebral infarctions (n = 52), and PD/LBD (n = 24). In persons with dementia (n = 50), 38.0% (n = 19) had AD and infarcts, 30.0% (n = 15) had pure AD, and 12% each had vascular dementia (n = 6) and AD with PD/LBD (n = 6). In those without dementia (n = 91), 28.6% (n = 26) had no chronic diagnostic abnormalities, 24.2% (n = 22) had pure AD, and 17.6% (n = 16) had infarctions. In persons with dementia, over 50% had multiple diagnoses (AD, PD/LBD, or infarcts), whereas, in persons without dementia, over 80% had one or no diagnosis. After accounting for age, persons with multiple diagnoses were almost three times (OR = 2.8; 95% CI = 1.2, 6.7) more likely to exhibit dementia compared to those with one pathologic diagnosis. Conclusion:  The majority of community-dwelling older persons have brain pathology. Those with dementia most often have multiple brain pathologies, which greatly increases the odds of dementia.

While a potential causal factor in Alzheimer’s disease (AD), brain insulin resistance has not been demonstrated directly in that disorder. We provide such a demonstration here by showing that the hippocampal formation (HF) and, to a lesser degree, the cerebellar cortex in AD cases without diabetes exhibit markedly reduced responses to insulin signaling in the IR→IRS-1→PI3K signaling pathway with greatly reduced responses to IGF-1 in the IGF-1R→IRS-2→PI3K signaling pathway. Reduced insulin responses were maximal at the level of IRS-1 and were consistently associated with basal elevations in IRS-1 phosphorylated at serine 616 (IRS-1 pS616) and IRS-1 pS636/639. In the HF, these candidate biomarkers of brain insulin resistance increased commonly and progressively from normal cases to mild cognitively impaired cases to AD cases regardless of diabetes or APOE ε4 status. Levels of IRS-1 pS616 and IRS-1 pS636/639 and their activated kinases correlated positively with those of oligomeric Aβ plaques and were negatively associated with episodic and working memory, even after adjusting for Aβ plaques, neurofibrillary tangles, and APOE ε4. Brain insulin resistance thus appears to be an early and common feature of AD, a phenomenon accompanied by IGF-1 resistance and closely associated with IRS-1 dysfunction potentially triggered by Aβ oligomers and yet promoting cognitive decline independent of classic AD pathology.

The genetics of complex disease produce alterations in the molecular interactions of cellular pathways whose collective effect may become clear through the organized structure of molecular networks. To characterize molecular systems associated with late-onset Alzheimer’s disease (LOAD), we constructed gene-regulatory networks in 1,647 postmortem brain tissues from LOAD patients and nondemented subjects, and we demonstrate that LOAD reconfigures specific portions of the molecular interaction structure. Through an integrative network-based approach, we rank-ordered these network structures for relevance to LOAD pathology, highlighting an immune- and microglia-specific module that is dominated by genes involved in pathogen phagocytosis, contains TYROBP as a key regulator, and is upregulated in LOAD. Mouse microglia cells overexpressing intact or truncated TYROBP revealed expression changes that significantly overlapped the human brain TYROBP network. Thus the causal network structure is a useful predictor of response to gene perturbations and presents a framework to test models of disease mechanisms underlying LOAD.

ContextFrequent participation in cognitively stimulating activities has been hypothesized to reduce risk of Alzheimer disease (AD), but prospective data regarding an association are lacking.ObjectiveTo test the hypothesis that frequent participation in cognitive activities is associated with a reduced risk of AD.DesignLongitudinal cohort study with baseline evaluations performed between January 1994 and July 2001 and mean follow-up of 4.5 years.Participants and SettingA total of 801 older Catholic nuns, priests, and brothers without dementia at enrollment, recruited from 40 groups across the United States. At baseline, they rated frequency of participation in common cognitive activities (eg, reading a newspaper), from which a previously validated composite measure of cognitive activity frequency was derived.Main Outcome MeasuresClinical diagnosis of AD by a board-certified neurologist using National Institute of Neurological and Communicative Disorders and Stroke/Alzheimer's Disease and Related Disorders Association criteria and change in global and specific measures of cognitive function, compared by cognitive activity score at baseline.ResultsBaseline scores on the composite measure of cognitive activity ranged from 1.57 to 4.71 (mean, 3.57; SD, 0.55), with higher scores indicating more frequent activity. During an average of 4.5 years of follow-up, 111 persons developed AD. In a proportional hazards model that controlled for age, sex, and education, a 1-point increase in cognitive activity score was associated with a 33% reduction in risk of AD (hazard ratio, 0.67; 95% confidence interval, 0.49-0.92). Results were comparable when persons with memory impairment at baseline were excluded and when terms for the apolipoprotein E ∊4 allele and other medical conditions were added. In random-effects models that controlled for age, sex, education, and baseline level of cognitive function, a 1-point increase in cognitive activity was associated with reduced decline in global cognition (by 47%), working memory (by 60%), and perceptual speed (by 30%).ConclusionThese results suggest that frequent participation in cognitively stimulating activities is associated with reduced risk of AD.

Whole-genome bisulphite sequencing data from diverse human cell and tissue types shows that only about 22% of CpGs change their methylation state across these cell types; most of these CpGs are located at gene regulatory elements, particularly enhancers and transcription-factor-binding sites, and these selected regions with dynamic DNA methylation patterns could help to define putative regulatory elements further. The methylation of cytosine, usually at CpGs, is a common feature of epigenetic regulation of gene expression. Most cell types have relatively stable CpG dinucleotide methylation patterns and our understanding of which CpGs participate in genomic regulation is limited. Here, Meissner and colleagues analyse whole-genome bisulphite sequencing data sets across diverse human cell and tissue types and find that only about 22% of CpGs change their methylation state across these. Most of these CpGs are located at putative gene regulatory elements, particularly enhancers and transcription-factor-binding sites. In addition to further clarifying the distribution of DNA methylation, these selected regions with dynamic DNA methylation patterns could help guide more efficient genomic approaches to focus on informative regions, as well as help define regulatory elements. DNA methylation is a defining feature of mammalian cellular identity and is essential for normal development1,2. Most cell types, except germ cells and pre-implantation embryos3,4,5, display relatively stable DNA methylation patterns, with 70–80% of all CpGs being methylated6. Despite recent advances, we still have a limited understanding of when, where and how many CpGs participate in genomic regulation. Here we report the in-depth analysis of 42 whole-genome bisulphite sequencing data sets across 30 diverse human cell and tissue types. We observe dynamic regulation for only 21.8% of autosomal CpGs within a normal developmental context, most of which are distal to transcription start sites. These dynamic CpGs co-localize with gene regulatory elements, particularly enhancers and transcription-factor-binding sites, which allow identification of key lineage-specific regulators. In addition, differentially methylated regions (DMRs) often contain single nucleotide polymorphisms associated with cell-type-related diseases as determined by genome-wide association studies. The results also highlight the general inefficiency of whole-genome bisulphite sequencing, as 70–80% of the sequencing reads across these data sets provided little or no relevant information about CpG methylation. To demonstrate further the utility of our DMR set, we use it to classify unknown samples and identify representative signature regions that recapitulate major DNA methylation dynamics. In summary, although in theory every CpG can change its methylation state, our results suggest that only a fraction does so as part of coordinated regulatory programs. Therefore, our selected DMRs can serve as a starting point to guide new, more effective reduced representation approaches to capture the most informative fraction of CpGs, as well as further pinpoint putative regulatory elements.

To examine the relation of National Institute on Aging-Reagan (NIA-Reagan) neuropathologic criteria of Alzheimer disease (AD) to level of cognitive function in persons without dementia or mild cognitive impairment (MCI).More than 2,000 persons without dementia participating in the Religious Orders Study or the Memory and Aging Project agreed to annual detailed clinical evaluation and brain donation. The studies had 19 neuropsychological performance tests in common that assessed five cognitive domains, including episodic memory, semantic memory, working memory, perceptual speed, and visuospatial ability. A total of 134 persons without cognitive impairment died and underwent brain autopsy and postmortem assessment for AD pathology using NIA-Reagan neuropathologic criteria for AD, cerebral infarctions, and Lewy bodies. Linear regression was used to examine the relation of AD pathology to level of cognitive function proximate to death.Two (1.5%) persons met NIA-Reagan criteria for high likelihood AD, and 48 (35.8%) met criteria for intermediate likelihood; 29 (21.6%) had cerebral infarctions, and 18 (13.4%) had Lewy bodies. The mean Mini-Mental State Examination score proximate to death was 28.2 for those meeting high or intermediate likelihood AD by NIA-Reagan criteria and 28.4 for those not meeting criteria. In linear regression models adjusted for age, sex, and education, persons meeting criteria for intermediate or high likelihood AD scored about a quarter standard unit lower on tests of episodic memory (p = 0.01). There were no significant differences in any other cognitive domain.Alzheimer disease pathology can be found in the brains of older persons without dementia or mild cognitive impairment and is related to subtle changes in episodic memory.