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.

Variants of the apolipoprotein E allele appear to account for most cases of late-onset Alzheimer's disease, and persons with two copies of the epsilon 4 allele appear to have an especially high risk of dementia. Positron-emission tomography (PET) has identified specific regions of the brain in which the rate of glucose metabolism declines progressively in patients with probable Alzheimer's disease. We used PET to investigate whether these same regions of the brain are affected in subjects homozygous for the epsilon 4 allele before the onset of cognitive impairment.Apolipoprotein E genotypes were established in 235 volunteers 50 to 65 years of age who reported a family history of probable Alzheimer's disease. Neurologic and psychiatric evaluations, a battery of neuropsychological tests, magnetic resonance imaging, and PET were performed in 11 epsilon 4 homozygotes and 22 controls without the epsilon 4 allele who were matched for sex, age, and level of education. An automated method was used to generate an aggregate surface-projection map that compared regional rates of glucose metabolism in the two groups.The epsilon 4 homozygotes were cognitively normal. They had significantly reduced rates of glucose metabolism in the same posterior cingulate, parietal, temporal, and prefrontal regions as in previously studied patients with probable Alzheimer's disease. They also had reduced rates of glucose metabolism in additional prefrontal regions, which may be preferentially affected during normal aging.In late middle age, cognitively normal subjects who are homozygous for the epsilon 4 allele for apolipoprotein E have reduced glucose metabolism in the same regions of the brain as in patients with probable Alzheimer's disease. These findings provide preclinical evidence that the presence of the epsilon 4 allele is a risk factor for Alzheimer's disease. PET may offer a relatively rapid way of testing future treatments to prevent Alzheimer's disease.

Fluorodeoxyglucose positron emission tomography (PET) studies have found that patients with Alzheimer's dementia (AD) have abnormally low rates of cerebral glucose metabolism in posterior cingulate, parietal, temporal, and prefrontal cortex. We previously found that cognitively normal, late-middle-aged carriers of the apolipoprotein E epsilon4 allele, a common susceptibility gene for late-onset Alzheimer's dementia, have abnormally low rates of glucose metabolism in the same brain regions as patients with probable AD. We now consider whether epsilon4 carriers have these regional brain abnormalities as relatively young adults. Apolipoprotein E genotypes were established in normal volunteers 20-39 years of age. Clinical ratings, neuropsychological tests, magnetic resonance imaging, and PET were performed in 12 epsilon4 heterozygotes, all with the epsilon3/epsilon4 genotype, and 15 noncarriers of the epsilon4 allele, 12 of whom were individually matched for sex, age, and educational level. An automated algorithm was used to generate an aggregate surface-projection map that compared regional PET measurements in the two groups. The young adult epsilon4 carriers and noncarriers did not differ significantly in their sex, age, educational level, clinical ratings, or neuropsychological test scores. Like previously studied patients with probable AD and late-middle-aged epsilon4 carriers, the young epsilon4 carriers had abnormally low rates of glucose metabolism bilaterally in the posterior cingulate, parietal, temporal, and prefrontal cortex. Carriers of a common Alzheimer's susceptibility gene have functional brain abnormalities in young adulthood, several decades before the possible onset of dementia.

Abstract Multifactorial mechanisms underlying late-onset Alzheimer’s disease (LOAD) are poorly characterized from an integrative perspective. Here spatiotemporal alterations in brain amyloid-β deposition, metabolism, vascular, functional activity at rest, structural properties, cognitive integrity and peripheral proteins levels are characterized in relation to LOAD progression. We analyse over 7,700 brain images and tens of plasma and cerebrospinal fluid biomarkers from the Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI). Through a multifactorial data-driven analysis, we obtain dynamic LOAD–abnormality indices for all biomarkers, and a tentative temporal ordering of disease progression. Imaging results suggest that intra-brain vascular dysregulation is an early pathological event during disease development. Cognitive decline is noticeable from initial LOAD stages, suggesting early memory deficit associated with the primary disease factors. High abnormality levels are also observed for specific proteins associated with the vascular system’s integrity. Although still subjected to the sensitivity of the algorithms and biomarkers employed, our results might contribute to the development of preventive therapeutic interventions.

Substantial evidence suggests that a key distinction in the classification of human emotion is that between an appetitive motivational system associated with positive or pleasant emotion and an aversive motivational system associated with negative or unpleasant emotion. To explore the neural substrates of these two systems, 12 healthy women viewed sets of pictures previously demonstrated to elicit pleasant, unpleasant and neutral emotion, while positron emission tomographic (PET) measurements of regional cerebral blood flow were obtained. Pleasant and unpleasant emotions were each distinguished from neutral emotion conditions by significantly increased cerebral blood flow in the vicinity of the medial prefrontal cortex (Brodmann's area 9), thalamus, hypothalamus and midbrain (P<0.005). Unpleasant was distinguished from neutral or pleasant emotion by activation of the bilateral occipito-temporal cortex and cerebellum, and left parahippocampal gyrus, hippocampus and amygdala (P<0.005). Pleasant was also distinguished from neutral but not unpleasant emotion by activation of the head of the left caudate nucleus (P<0.005). These findings are consistent with those from other recent PET studies of human emotion and demonstrate that there are both common and unique components of the neural networks mediating pleasant and unpleasant emotion in healthy women.

Plasma phosphorylated tau181 (P-tau181) might be increased in Alzheimer’s disease (AD), but its usefulness for differential diagnosis and prognosis is unclear. We studied plasma P-tau181 in three cohorts, with a total of 589 individuals, including cognitively unimpaired participants and patients with mild cognitive impairment (MCI), AD dementia and non-AD neurodegenerative diseases. Plasma P-tau181 was increased in preclinical AD and further increased at the MCI and dementia stages. It correlated with CSF P-tau181 and predicted positive Tau positron emission tomography (PET) scans (area under the curve (AUC) = 0.87–0.91 for different brain regions). Plasma P-tau181 differentiated AD dementia from non-AD neurodegenerative diseases with an accuracy similar to that of Tau PET and CSF P-tau181 (AUC = 0.94–0.98), and detected AD neuropathology in an autopsy-confirmed cohort. High plasma P-tau181 was associated with subsequent development of AD dementia in cognitively unimpaired and MCI subjects. In conclusion, plasma P-tau181 is a noninvasive diagnostic and prognostic biomarker of AD, which may be useful in clinical practice and trials. Plasma P-tau18 level increased with progression of Alzheimer’s disease (AD) and differentiated AD dementia from other neurodegenerative diseases, supporting its further development as a blood-based biomarker for AD.

There are limitations in current diagnostic testing approaches for Alzheimer disease (AD).To examine plasma tau phosphorylated at threonine 217 (P-tau217) as a diagnostic biomarker for AD.Three cross-sectional cohorts: an Arizona-based neuropathology cohort (cohort 1), including 34 participants with AD and 47 without AD (dates of enrollment, May 2007-January 2019); the Swedish BioFINDER-2 cohort (cohort 2), including cognitively unimpaired participants (n = 301) and clinically diagnosed patients with mild cognitive impairment (MCI) (n = 178), AD dementia (n = 121), and other neurodegenerative diseases (n = 99) (April 2017-September 2019); and a Colombian autosomal-dominant AD kindred (cohort 3), including 365 PSEN1 E280A mutation carriers and 257 mutation noncarriers (December 2013-February 2017).Plasma P-tau217.Primary outcome was the discriminative accuracy of plasma P-tau217 for AD (clinical or neuropathological diagnosis). Secondary outcome was the association with tau pathology (determined using neuropathology or positron emission tomography [PET]).Mean age was 83.5 (SD, 8.5) years in cohort 1, 69.1 (SD, 10.3) years in cohort 2, and 35.8 (SD, 10.7) years in cohort 3; 38% were women in cohort 1, 51% in cohort 2, and 57% in cohort 3. In cohort 1, antemortem plasma P-tau217 differentiated neuropathologically defined AD from non-AD (area under the curve [AUC], 0.89 [95% CI, 0.81-0.97]) with significantly higher accuracy than plasma P-tau181 and neurofilament light chain (NfL) (AUC range, 0.50-0.72; P < .05). The discriminative accuracy of plasma P-tau217 in cohort 2 for clinical AD dementia vs other neurodegenerative diseases (AUC, 0.96 [95% CI, 0.93-0.98]) was significantly higher than plasma P-tau181, plasma NfL, and MRI measures (AUC range, 0.50-0.81; P < .001) but not significantly different compared with cerebrospinal fluid (CSF) P-tau217, CSF P-tau181, and tau-PET (AUC range, 0.90-0.99; P > .15). In cohort 3, plasma P-tau217 levels were significantly greater among PSEN1 mutation carriers, compared with noncarriers, from approximately 25 years and older, which is 20 years prior to estimated onset of MCI among mutation carriers. Plasma P-tau217 levels correlated with tau tangles in participants with (Spearman ρ = 0.64; P < .001), but not without (Spearman ρ = 0.15; P = .33), β-amyloid plaques in cohort 1. In cohort 2, plasma P-tau217 discriminated abnormal vs normal tau-PET scans (AUC, 0.93 [95% CI, 0.91-0.96]) with significantly higher accuracy than plasma P-tau181, plasma NfL, CSF P-tau181, CSF Aβ42:Aβ40 ratio, and MRI measures (AUC range, 0.67-0.90; P < .05), but its performance was not significantly different compared with CSF P-tau217 (AUC, 0.96; P = .22).Among 1402 participants from 3 selected cohorts, plasma P-tau217 discriminated AD from other neurodegenerative diseases, with significantly higher accuracy than established plasma- and MRI-based biomarkers, and its performance was not significantly different from key CSF- or PET-based measures. Further research is needed to optimize the assay, validate the findings in unselected and diverse populations, and determine its potential role in clinical care.

Happiness, sadness, and disgust are three emotions that differ in their valence (positive or negative) and associated action tendencies (approach or withdrawal). This study was designed to investigate the neuroanatomical correlates of these discrete emotions.Twelve healthy female subjects were studied. Positron emission tomography and [15O]H2O were used to measure regional brain activity. There were 12 conditions per subject: happiness, sadness, and disgust and three control conditions, each induced by film and recall. Emotion and control tasks were alternated throughout. Condition order was pseudo-randomized and counterbalanced across subjects. Analyses focused on brain activity patterns for each emotion when combining film and recall data.Happiness, sadness, and disgust were each associated with increases in activity in the thalamus and medial prefrontal cortex (Brodmann's area 9). These three emotions were also associated with activation of anterior and posterior temporal structures, primarily when induced by film. Recalled sadness was associated with increased activation in the anterior insula. Happiness was distinguished from sadness by greater activity in the vicinity of ventral mesial frontal cortex.While this study should be considered preliminary, it identifies regions of the brain that participate in happiness, sadness, and disgust, regions that distinguish between positive and negative emotions, and regions that depend on both the elicitor and valence of emotion or their interaction.

Fibrillar amyloid-beta (Abeta) is found in the brains of many cognitively normal older people. Whether or not this reflects a predisposition to Alzheimer's disease (AD) is unknown. We used Pittsburgh Compound B (PiB) PET to characterize the relationship between fibrillar Abeta burden and this predisposition in cognitively normal older people at 3 mean levels of genetic risk for AD. Dynamic PiB PET scans, the Logan method, statistical parametric mapping, and automatically labeled regions of interest (ROIs) were used to characterize and compare cerebral-to-cerebellar PIB distribution volume ratios, reflecting fibrillar Abeta burden, in 28 cognitively normal persons (mean age, 64 years) with a reported family history of AD and 2 copies, 1 copy, and no copies of the apolipoprotein E (APOE) epsilon4 allele. The 8 epsilon4 homozygotes, 8 heterozygotes, and 12 noncarriers did not differ significantly in terms of age, sex, or cognitive scores. Fibrillar Abeta was significantly associated with APOE epsilon4 carrier status and epsilon4 gene dose in AD-affected mean cortical, frontal, temporal, posterior cingulate-precuneus, parietal, and basal ganglia ROIs, and was highest in an additional homozygote who had recently developed mild cognitive impairment. These findings suggest that fibrillar Abeta burden in cognitively normal older people is associated with APOE epsilon4 gene dose, the major genetic risk factor for AD. Additional studies are needed to track fibrillar Abeta accumulation in persons with different kinds and levels of AD risk; to determine the extent to which fibrillar Abeta, alone or in combination with other biomarkers and risk factors, predicts rates of cognitive decline and conversion to clinical AD; and to establish the role of fibrillar Abeta imaging in primary prevention trials.