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.

Abstract It is not known exactly where amyloid-β (Aβ) fibrils begin to accumulate in individuals with Alzheimer’s disease (AD). Recently, we showed that abnormal levels of Aβ42 in cerebrospinal fluid (CSF) can be detected before abnormal amyloid can be detected using PET in individuals with preclinical AD. Using these approaches, here we identify the earliest preclinical AD stage in subjects from the ADNI and BioFINDER cohorts. We show that Aβ accumulation preferentially starts in the precuneus, medial orbitofrontal, and posterior cingulate cortices, i.e., several of the core regions of the default mode network (DMN). This early pattern of Aβ accumulation is already evident in individuals with normal Aβ42 in the CSF and normal amyloid PET who subsequently convert to having abnormal CSF Aβ42. The earliest Aβ accumulation is further associated with hypoconnectivity within the DMN and between the DMN and the frontoparietal network, but not with brain atrophy or glucose hypometabolism. Our results suggest that Aβ fibrils start to accumulate predominantly within certain parts of the DMN in preclinical AD and already then affect brain connectivity.

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.

Abstract Tau is a hallmark pathology of Alzheimer’s disease, and animal models have suggested that tau spreads from cell to cell through neuronal connections, facilitated by β -amyloid (A β ). We test this hypothesis in humans using an epidemic spreading model (ESM) to simulate tau spread, and compare these simulations to observed patterns measured using tau-PET in 312 individuals along Alzheimer’s disease continuum. Up to 70% of the variance in the overall spatial pattern of tau can be explained by our model. Surprisingly, the ESM predicts the spatial patterns of tau irrespective of whether brain A β is present, but regions with greater A β burden show greater tau than predicted by connectivity patterns, suggesting a role of A β in accelerating tau spread. Altogether, our results provide evidence in humans that tau spreads through neuronal communication pathways even in normal aging, and that this process is accelerated by the presence of brain A β .

Importance

 The positron emission tomography (PET) tracer [¹⁸F]flortaucipir allows in vivo quantification of paired helical filament tau, a core neuropathological feature of Alzheimer disease (AD), but its diagnostic utility is unclear. 

Objective

 To examine the discriminative accuracy of [¹⁸F]flortaucipir for AD vs non-AD neurodegenerative disorders. 

Design, Setting, and Participants

 In this cross-sectional study, 719 participants were recruited from 3 dementia centers in South Korea, Sweden, and the United States between June 2014 and November 2017 (160 cognitively normal controls, 126 patients with mild cognitive impairment [MCI], of whom 65.9% were amyloid-β [Aβ] positive [ie, MCI due to AD], 179 patients with AD dementia, and 254 patients with various non-AD neurodegenerative disorders). 

Exposures

 The index test was the [¹⁸F]flortaucipir PET standardized uptake value ratio (SUVR) in 5 predefined regions of interest (ROIs). Cut points for tau positivity were determined using the mean +2 SDs observed in controls and Youden Index for the contrast AD dementia vs controls. 

Main Outcomes and Measures

 The reference standard was the clinical diagnosis determined at the specialized memory centers. In the primary analysis, the discriminative accuracy (ie, sensitivity and specificity) of [¹⁸F]flortaucipir was examined for AD dementia vs all non-AD neurodegenerative disorders. In secondary analyses, the area under the curve (AUC) of [¹⁸F]flortaucipir SUVR was compared with 3 established magnetic resonance imaging measures (hippocampal volumes and AD signature and whole-brain cortical thickness), and sensitivity and specificity of [¹⁸F]flortaucipir in MCI due to AD vs non-AD neurodegenerative disorders were determined. 

Results

 Among 719 participants, the overall mean (SD) age was 68.8 (9.2) years and 48.4% were male. The proportions of patients who were amyloid-β positive were 26.3%, 65.9%, 100%, and 23.8% among cognitively normal controls, patients with MCI, patients with AD dementia, and patients with non-AD neurodegenerative disorders, respectively. [¹⁸F]flortaucipir uptake in the medial-basal and lateral temporal cortex showed 89.9% (95% CI, 84.6%-93.9%) sensitivity and 90.6% (95% CI, 86.3%-93.9%) specificity using the threshold based on controls (SUVR, 1.34), and 96.8% (95% CI, 92.0%-99.1%) sensitivity and 87.9% (95% CI, 81.9%-92.4%) specificity using the Youden Index–derived cutoff (SUVR, 1.27) for distinguishing AD dementia from all non-AD neurodegenerative disorders. The AUCs for all 5 [¹⁸F]flortaucipir ROIs were higher (AUC range, 0.92-0.95) compared with the 3 volumetric MRI measures (AUC range, 0.63-0.75; all ROIsP < .001). Diagnostic performance of the 5 [¹⁸F]flortaucipir ROIs were lower in MCI due to AD (AUC range, 0.75-0.84). 

Conclusions and Relevance

 Among patients with established diagnoses at a memory disorder clinic, [¹⁸F]flortaucipir PET was able to discriminate AD from other neurodegenerative diseases. The accuracy and potential utility of this test in patient care require further research in clinically more representative populations.

To compare the diagnostic accuracy of CSF biomarkers and amyloid PET for diagnosing early-stage Alzheimer disease (AD).From the prospective, longitudinal BioFINDER study, we included 122 healthy elderly and 34 patients with mild cognitive impairment who developed AD dementia within 3 years (MCI-AD). β-Amyloid (Aβ) deposition in 9 brain regions was examined with [18F]-flutemetamol PET. CSF was analyzed with INNOTEST and EUROIMMUN ELISAs. The results were replicated in 146 controls and 64 patients with MCI-AD from the Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative study.The best CSF measures for identifying MCI-AD were Aβ42/total tau (t-tau) and Aβ42/hyperphosphorylated tau (p-tau) (area under the curve [AUC] 0.93-0.94). The best PET measures performed similarly (AUC 0.92-0.93; anterior cingulate, posterior cingulate/precuneus, and global neocortical uptake). CSF Aβ42/t-tau and Aβ42/p-tau performed better than CSF Aβ42 and Aβ42/40 (AUC difference 0.03-0.12, p<0.05). Using nonoptimized cutoffs, CSF Aβ42/t-tau had the highest accuracy of all CSF/PET biomarkers (sensitivity 97%, specificity 83%). The combination of CSF and PET was not better than using either biomarker separately.Amyloid PET and CSF biomarkers can identify early AD with high accuracy. There were no differences between the best CSF and PET measures and no improvement when combining them. Regional PET measures were not better than assessing the global Aβ deposition. The results were replicated in an independent cohort using another CSF assay and PET tracer. The choice between CSF and amyloid PET biomarkers for identifying early AD can be based on availability, costs, and doctor/patient preferences since both have equally high diagnostic accuracy.This study provides Class III evidence that amyloid PET and CSF biomarkers identify early-stage AD equally accurately.

Aβ pathology may induce changes in soluble tau release and phosphorylation, which is later followed by tau aggregation.

Importance

 There is an urgent need for inexpensive and minimally invasive blood biomarkers for Alzheimer disease (AD) that could be used to detect early disease changes. 

Objective

 To assess how early in the course of AD plasma levels of tau phosphorylated at threonine 217 (P-tau217) start to change compared with levels of established cerebrospinal fluid (CSF) and positron emission tomography (PET) biomarkers of AD pathology. 

Design, Setting, and Participants

 This cohort study included cognitively healthy control individuals (n = 225) and participants with subjective cognitive decline (n = 89) or mild cognitive impairment (n = 176) from the BioFINDER-2 study. Participants were enrolled at 2 different hospitals in Sweden from January 2017 to October 2019. All study participants underwent plasma P-tau217 assessments and tau- and amyloid-β (Aβ)–PET imaging. A subcohort of 111 participants had 2 or 3 tau-PET scans. 

Main Outcomes and Measures

 Changes in plasma P-tau217 levels in preclinical and prodromal AD compared with changes in CSF P-tau217 and PET measures. 

Results

 Of 490 participants, 251 were women (51.2%) and the mean (SD) age was 65.9 (13.1) years. Plasma P-tau217 levels were increased in cognitively unimpaired participants with abnormal Aβ-PET but normal tau-PET in the entorhinal cortex (Aβ-PET⁺/ tau-PET^–group vs Aβ-PET^–/ tau-PET^–group: median, 2.2 pg/mL [interquartile range (IQR), 1.5-2.9 pg/mL] vs 0.7 pg/mL [IQR, 0.3-1.4 pg/mL]). Most cognitively unimpaired participants who were discordant for plasma P-tau217 and tau-PET were positive for plasma P-tau217 and negative for tau-PET (P-tau217⁺/tau-PET^–: 36 [94.7%]; P-tau217^–/tau-PET⁺: 2 [5.3%]). Event-based modeling of cross-sectional data predicted that in cognitively unimpaired participants and in those with mild cognitive impairment, both plasma and CSF P-tau217 would change before the tau-PET signal in the entorhinal cortex, followed by more widespread cortical tau-PET changes. When testing the association with global Aβ load in nonlinear spline models, both plasma and CSF P-tau217 were increased at lower Aβ-PET values compared with tau-PET measures. Among participants with normal baseline tau-PET, the rates of longitudinal increase in tau-PET in the entorhinal cortex were higher in those with abnormal plasma P-tau217 at baseline (median standardized uptake value ratio, 0.029 [IQR, –0.006 to 0.041] vs –0.001 [IQR, –0.021 to 0.020]; Mann-WhitneyU,P = .02). 

Conclusions and Relevance

 In this cohort study, plasma P-tau217 levels were increased during the early preclinical stages of AD when insoluble tau aggregates were not yet detectable by tau-PET. Plasma P-tau217 may hold promise as a biomarker for early AD brain pathology.

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

Abstract Sulcation of the anterior cingulate may be defined by presence of a paracingulate sulcus, a tertiary sulcus developing during the third gestational trimester with implications on cognitive function and disease. In this cross-sectional study we examine task-free resting state functional connectivity and diffusion-weighted tract segmentation data from a cohort of healthy adults (< 60-year-old, n = 129), exploring the impact of ipsilateral paracingulate sulcal presence on structural and functional connectivity. Presence of a left paracingulate sulcus was associated with reduced fractional anisotropy in the left cingulum bundle and the left peri-genual and dorsal bundle segments, suggesting reduced structural organisational coherence in these tracts. This association was not observed in the offsite temporal cingulum bundle segment. Left paracingulate sulcal presence was associated with increased left peri-genual radial diffusivity and tract volume possibly suggesting increased U-fibre density in this region. Greater network dispersity was identified in individuals with an absent left paracingulate sulcus by presence of a significant, predominantly intraregional, frontal component of resting state functional connectivity which was not present in individuals with a present left paracingulate sulcus. Seed-based functional connectivity in pre-defined networks was not associated with paracingulate sulcal presence. These results identify a novel association between sulcation and structural connectivity in a healthy adult population with implications for conditions where this variation is of interest. Presence of a left paracingulate sulcus appears to alter local structural and functional connectivity, possibly as a result of the presence of a local network reliant on short association fibres.