Summary

 Tau pathology is a hallmark of Alzheimer's disease (AD) but also occurs in normal cognitive aging. Using the tau PET agent ¹⁸F-AV-1451, we examined retention patterns in cognitively normal older people in relation to young controls and AD patients. Age and β-amyloid (measured using PiB PET) were differentially associated with tau tracer retention in healthy aging. Older age was related to increased tracer retention in regions of the medial temporal lobe, which predicted worse episodic memory performance. PET detection of tau in other isocortical regions required the presence of cortical β-amyloid and was associated with decline in global cognition. Furthermore, patterns of tracer retention corresponded well with Braak staging of neurofibrillary tau pathology. The present study defined patterns of tau tracer retention in normal aging in relation to age, cognition, and β-amyloid deposition. 

Video Abstract

SEE SARAZIN ET AL DOI101093/BRAIN/AWW041 FOR A SCIENTIFIC COMMENTARY ON THIS ARTICLE: The advent of the positron emission tomography tracer (18)F-AV1451 provides the unique opportunity to visualize the regional distribution of tau pathology in the living human brain. In this study, we tested the hypothesis that tau pathology is closely linked to symptomatology and patterns of glucose hypometabolism in Alzheimer's disease, in contrast to the more diffuse distribution of amyloid-β pathology. We included 20 patients meeting criteria for probable Alzheimer's disease dementia or mild cognitive impairment due to Alzheimer's disease, presenting with a variety of clinical phenotypes, and 15 amyloid-β-negative cognitively normal individuals, who underwent (18)F-AV1451 (tau), (11)C-PiB (amyloid-β) and (18)F-FDG (glucose metabolism) positron emission tomography, apolipoprotein E (APOE) genotyping and neuropsychological testing. Voxel-wise contrasts against controls (at P < 0.05 family-wise error corrected) showed that (18)F-AV1451 and (18)F-FDG patterns in patients with posterior cortical atrophy ('visual variant of Alzheimer's disease', n = 7) specifically targeted the clinically affected posterior brain regions, while (11)C-PiB bound diffusely throughout the neocortex. Patients with an amnestic-predominant presentation (n = 5) showed highest (18)F-AV1451 retention in medial temporal and lateral temporoparietal regions. Patients with logopenic variant primary progressive aphasia ('language variant of Alzheimer's disease', n = 5) demonstrated asymmetric left greater than right hemisphere (18)F-AV1451 uptake in three of five patients. Across 30 FreeSurfer-defined regions of interest in 16 Alzheimer's disease patients with all three positron emission tomography scans available, there was a strong negative association between (18)F-AV1451 and (18)F-FDG uptake (Pearson's r = -0.49 ± 0.07, P < 0.001) and less pronounced positive associations between (11)C-PiB and (18)F-FDG (Pearson's r = 0.16 ± 0.09, P < 0.001) and (18)F-AV1451 and (11)C-PiB (Pearson's r = 0.18 ± 0.09, P < 0.001). Voxel-wise linear regressions thresholded at P < 0.05 (uncorrected) showed that, across all patients, younger age was associated with greater (18)F-AV1451 uptake in wide regions of the neocortex, while older age was associated with increased (18)F-AV1451 in the medial temporal lobe. APOE ϵ4 carriers showed greater temporal and parietal (18)F-AV1451 uptake than non-carriers. Finally, worse performance on domain-specific neuropsychological tests was associated with greater (18)F-AV1451 uptake in key regions implicated in memory (medial temporal lobes), visuospatial function (occipital, right temporoparietal cortex) and language (left > right temporoparietal cortex). In conclusion, tau imaging-contrary to amyloid-β imaging-shows a strong regional association with clinical and anatomical heterogeneity in Alzheimer's disease. Although preliminary, these results are consistent with and expand upon findings from post-mortem, animal and cerebrospinal fluid studies, and suggest that the pathological aggregation of tau is closely linked to patterns of neurodegeneration and clinical manifestations of Alzheimer's disease.

Alzheimer’s disease (AD) is characterized by the spread of tau pathology throughout the cerebral cortex. This spreading pattern was thought to be fairly consistent across individuals, although recent work has demonstrated substantial variability in the population with AD. Using tau-positron emission tomography scans from 1,612 individuals, we identified 4 distinct spatiotemporal trajectories of tau pathology, ranging in prevalence from 18 to 33%. We replicated previously described limbic-predominant and medial temporal lobe-sparing patterns, while also discovering posterior and lateral temporal patterns resembling atypical clinical variants of AD. These ‘subtypes’ were stable during longitudinal follow-up and were replicated in a separate sample using a different radiotracer. The subtypes presented with distinct demographic and cognitive profiles and differing longitudinal outcomes. Additionally, network diffusion models implied that pathology originates and spreads through distinct corticolimbic networks in the different subtypes. Together, our results suggest that variation in tau pathology is common and systematic, perhaps warranting a re-examination of the notion of ‘typical AD’ and a revisiting of tau pathological staging. Systematic characterization of longitudinal tau variability in human Alzheimer’s disease using an unbiased subtyping algorithm reveals four trajectories of tau deposition with distinct clinical features.

A ‘frontal variant of Alzheimer’s disease’ has been described in patients with predominant behavioural or dysexecutive deficits caused by Alzheimer’s disease pathology. The description of this rare Alzheimer’s disease phenotype has been limited to case reports and small series, and many clinical, neuroimaging and neuropathological characteristics are not well understood. In this retrospective study, we included 55 patients with Alzheimer’s disease with a behavioural-predominant presentation (behavioural Alzheimer’s disease) and a neuropathological diagnosis of high-likelihood Alzheimer’s disease (n = 17) and/or biomarker evidence of Alzheimer’s disease pathology (n = 44). In addition, we included 29 patients with autopsy/biomarker-defined Alzheimer’s disease with a dysexecutive-predominant syndrome (dysexecutive Alzheimer’s disease). We performed structured chart reviews to ascertain clinical features. First symptoms were more often cognitive (behavioural Alzheimer’s disease: 53%; dysexecutive Alzheimer’s disease: 83%) than behavioural (behavioural Alzheimer’s disease: 25%; dysexecutive Alzheimer’s disease: 3%). Apathy was the most common behavioural feature, while hyperorality and perseverative/compulsive behaviours were less prevalent. Fifty-two per cent of patients with behavioural Alzheimer’s disease met diagnostic criteria for possible behavioural-variant frontotemporal dementia. Overlap between behavioural and dysexecutive Alzheimer’s disease was modest (9/75 patients). Sixty per cent of patients with behavioural Alzheimer’s disease and 40% of those with the dysexecutive syndrome carried at least one APOE ε4 allele. We also compared neuropsychological test performance and brain atrophy (applying voxel-based morphometry) with matched autopsy/biomarker-defined typical (amnestic-predominant) Alzheimer’s disease (typical Alzheimer’s disease, n = 58), autopsy-confirmed/Alzheimer’s disease biomarker-negative behavioural variant frontotemporal dementia (n = 59), and controls (n = 61). Patients with behavioural Alzheimer’s disease showed worse memory scores than behavioural variant frontotemporal dementia and did not differ from typical Alzheimer’s disease, while executive function composite scores were lower compared to behavioural variant frontotemporal dementia and typical Alzheimer’s disease. Voxel-wise contrasts between behavioural and dysexecutive Alzheimer’s disease patients and controls revealed marked atrophy in bilateral temporoparietal regions and only limited atrophy in the frontal cortex. In direct comparison with behavioural and those with dysexecutive Alzheimer’s disease, patients with behavioural variant frontotemporal dementia showed more frontal atrophy and less posterior involvement, whereas patients with typical Alzheimer’s disease were slightly more affected posteriorly and showed less frontal atrophy (P < 0.001 uncorrected). Among 24 autopsied behavioural Alzheimer’s disease/dysexecutive Alzheimer’s disease patients, only two had primary co-morbid FTD-spectrum pathology (progressive supranuclear palsy). In conclusion, behavioural Alzheimer’s disease presentations are characterized by a milder and more restricted behavioural profile than in behavioural variant frontotemporal dementia, co-occurrence of memory dysfunction and high APOE ε4 prevalence. Dysexecutive Alzheimer’s disease presented as a primarily cognitive phenotype with minimal behavioural abnormalities and intermediate APOE ε4 prevalence. Both behavioural Alzheimer’s disease and dysexecutive Alzheimer’s disease presentations are distinguished by temporoparietal-predominant atrophy. Based on the relative sparing of frontal grey matter, we propose to redefine these clinical syndromes as ‘the behavioural/dysexecutive variant of Alzheimer’s disease’ rather than frontal variant Alzheimer’s disease. Further work is needed to determine whether behavioural and dysexecutive-predominant presentations of Alzheimer’s disease represent distinct phenotypes or a single continuum. Relatively little is known about behavioural- and dysexecutive-predominant presentations of Alzheimer’s disease, collectively known as ‘frontal’ Alzheimer’s disease. Ossenkoppele et al. compare these two syndromes, revealing classical temporoparietal atrophy and relative sparing of frontal cortex in both, and propose that they are redefined as the ‘behavioural/dysexecutive variant of Alzheimer’s disease’.

Importance An accurate blood test for Alzheimer disease (AD) could streamline the diagnostic workup and treatment of AD. Objective To prospectively evaluate a clinically available AD blood test in primary care and secondary care using predefined biomarker cutoff values. Design, Setting, and Participants There were 1213 patients undergoing clinical evaluation due to cognitive symptoms who were examined between February 2020 and January 2024 in Sweden. The biomarker cutoff values had been established in an independent cohort and were applied to a primary care cohort (n = 307) and a secondary care cohort (n = 300); 1 plasma sample per patient was analyzed as part of a single batch for each cohort. The blood test was then evaluated prospectively in the primary care cohort (n = 208) and in the secondary care cohort (n = 398); 1 plasma sample per patient was sent for analysis within 2 weeks of collection. Exposure Blood tests based on plasma analyses by mass spectrometry to determine the ratio of plasma phosphorylated tau 217 (p-tau217) to non–p-tau217 (expressed as percentage of p-tau217) alone and when combined with the amyloid-β 42 and amyloid-β 40 (Aβ42:Aβ40) plasma ratio (the amyloid probability score 2 [APS2]). Main Outcomes and Measures The primary outcome was AD pathology (determined by abnormal cerebrospinal fluid Aβ42:Aβ40 ratio and p-tau217). The secondary outcome was clinical AD. The positive predictive value (PPV), negative predictive value (NPV), diagnostic accuracy, and area under the curve (AUC) values were calculated. Results The mean age was 74.2 years (SD, 8.3 years), 48% were women, 23% had subjective cognitive decline, 44% had mild cognitive impairment, and 33% had dementia. In both the primary care and secondary care assessments, 50% of patients had AD pathology. When the plasma samples were analyzed in a single batch in the primary care cohort, the AUC was 0.97 (95% CI, 0.95-0.99) when the APS2 was used, the PPV was 91% (95% CI, 87%-96%), and the NPV was 92% (95% CI, 87%-96%); in the secondary care cohort, the AUC was 0.96 (95% CI, 0.94-0.98) when the APS2 was used, the PPV was 88% (95% CI, 83%-93%), and the NPV was 87% (95% CI, 82%-93%). When the plasma samples were analyzed prospectively (biweekly) in the primary care cohort, the AUC was 0.96 (95% CI, 0.94-0.98) when the APS2 was used, the PPV was 88% (95% CI, 81%-94%), and the NPV was 90% (95% CI, 84%-96%); in the secondary care cohort, the AUC was 0.97 (95% CI, 0.95-0.98) when the APS2 was used, the PPV was 91% (95% CI, 87%-95%), and the NPV was 91% (95% CI, 87%-95%). The diagnostic accuracy was high in the 4 cohorts (range, 88%-92%). Primary care physicians had a diagnostic accuracy of 61% (95% CI, 53%-69%) for identifying clinical AD after clinical examination, cognitive testing, and a computed tomographic scan vs 91% (95% CI, 86%-96%) using the APS2. Dementia specialists had a diagnostic accuracy of 73% (95% CI, 68%-79%) vs 91% (95% CI, 88%-95%) using the APS2. In the overall population, the diagnostic accuracy using the APS2 (90% [95% CI, 88%-92%]) was not different from the diagnostic accuracy using the percentage of p-tau217 alone (90% [95% CI, 88%-91%]). Conclusions and Relevance The APS2 and percentage of p-tau217 alone had high diagnostic accuracy for identifying AD among individuals with cognitive symptoms in primary and secondary care using predefined cutoff values. Future studies should evaluate how the use of blood tests for these biomarkers influences clinical care.

Lewy body (LB) diseases, characterized by the aggregation of misfolded α-synuclein proteins, exhibit notable clinical heterogeneity. This may be due to variations in accumulation patterns of LB neuropathology. Here we apply a data-driven disease progression model to regional neuropathological LB density scores from 814 brain donors with Lewy pathology. We describe three inferred trajectories of LB pathology that are characterized by differing clinicopathological presentation and longitudinal antemortem clinical progression. Most donors (81.9%) show earliest pathology in the olfactory bulb, followed by accumulation in either limbic (60.8%) or brainstem (21.1%) regions. The remaining donors (18.1%) initially exhibit abnormalities in brainstem regions. Early limbic pathology is associated with Alzheimer's disease-associated characteristics while early brainstem pathology is associated with progressive motor impairment and substantial LB pathology outside of the brain. Our data provides evidence for heterogeneity in the temporal spread of LB pathology, possibly explaining some of the clinical disparities observed in Lewy body disease.

An accurate prognosis is especially pertinent in mild cognitive impairment (MCI), when individuals experience considerable uncertainty about future progression.

Abstract INTRODUCTION Although frontotemporal dementia (FTD) with right anterior temporal lobe (RATL) predominance has been recognized, a uniform description of the syndrome is still missing. This multicenter study aims to establish a cohesive clinical phenotype. METHODS Retrospective clinical data from 18 centers across 12 countries yielded 360 FTD patients with predominant RATL atrophy through initial neuroimaging assessments. RESULTS Common symptoms included mental rigidity/preoccupations (78%), disinhibition/socially inappropriate behavior (74%), naming/word‐finding difficulties (70%), memory deficits (67%), apathy (65%), loss of empathy (65%), and face‐recognition deficits (60%). Real‐life examples unveiled impairments regarding landmarks, smells, sounds, tastes, and bodily sensations (74%). Cognitive test scores indicated deficits in emotion, people, social interactions, and visual semantics however, lacked objective assessments for mental rigidity and preoccupations. DISCUSSION This study cumulates the largest RATL cohort unveiling unique RATL symptoms subdued in prior diagnostic guidelines. Our novel approach, combining real‐life examples with cognitive tests, offers clinicians a comprehensive toolkit for managing these patients. Highlights This project is the first international collaboration and largest reported cohort. Further efforts are warranted for precise nomenclature reflecting neural mechanisms. Our results will serve as a clinical guideline for early and accurate diagnoses.

Abstract Elucidating mechanisms underlying the clinical heterogeneity observed among individuals with Alzheimer’s disease (AD) is key to facilitate personalized treatments. We categorized 679 individuals with AD into subgroups based on a relative impairment in one cognitive domain (i.e. AD-Memory, AD-Executive-Functioning, AD-Language and AD-Visuospatial-Functioning). We compared atrophy patterns derived from MRI and identified patterns that closely matched the respective cognitive profiles, i.e. medial temporal lobe atrophy in AD-Memory, fronto-parietal in AD-Executive-Functioning, asymmetric left-temporal in AD-Language, and posterior in AD-Visuospatial-Functioning. We then determined spatial correlations between subgroup-specific atrophy and a transcriptomic atlas of gene expression, which revealed both shared (e.g. mitochondrial respiration and synaptic function/plasticity) and subgroup-specific (e.g. cell-cycle for AD-Memory, protein metabolism in AD-Language, and modification of gene expression in AD-Visuospatial-Functioning) biological pathways associated with each subgroup’s atrophy patterns. We conclude that cognitive heterogeneity in AD is related to neuroanatomical differences, and specific biological pathways may be involved in their emergence.

Abstract INTRODUCTION Tau‐positron emission tomography (PET) outcome data of patients with Alzheimer's disease (AD) cannot currently be meaningfully compared or combined when different tracers are used due to differences in tracer properties, instrumentation, and methods of analysis. METHODS Using head‐to‐head data from five cohorts with tau PET radiotracers designed to target tau deposition in AD, we tested a joint propagation model (JPM) to harmonize quantification (units termed “CenTauR” [CTR]). JPM is a statistical model that simultaneously models the relationships between head‐to‐head and anchor point data. JPM was compared to a linear regression approach analogous to the one used in the amyloid PET Centiloid scale. RESULTS A strong linear relationship was observed between CTR values across brain regions. Using the JPM approach, CTR estimates were similar to, but more accurate than, those derived using the linear regression approach. DISCUSSION Preliminary findings using the JPM support the development and adoption of a universal scale for tau‐PET quantification. Highlights Tested a novel joint propagation model (JPM) to harmonize quantification of tau PET. Units of common scale are termed “CenTauRs”. Tested a Centiloid‐like linear regression approach. Using five cohorts with head‐to‐head tau PET, JPM outperformed linearregressionbased approach. Strong linear relationship was observed between CenTauRs values across brain regions.