Abstract We aimed at developing a model able to predict brain aging from resting state functional connectivity (rs-fMRI) and assessing whether genetic risk/determinants of Alzheimer’s disease (AD) and amyloid (Aβ) pathology contributes to accelerated brain aging. Using data collected in 1340 cognitively unimpaired participants from 18 to 94 years old selected across multi-site cohorts, we showed that chronological age can be predicted across the whole lifespan from topological properties of graphs constructed from rs-fMRI. We subsequently used the difference between the model-predicted age and the chronological age in pre-symptomatic autosomal dominant AD (ADAD) mutation carriers and asymptomatic individuals at risk of sporadic AD and assessed the influence of genetics and Aβ pathology on brain age. Applying our predictive model in the context of preclinical AD revealed that the pre-symptomatic phase of ADAD is characterized by accelerated functional brain aging. This phenomenon is independent from, and might precede, detectable fibrillar Aβ deposition.

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

Abstract Brain gray matter (GM) morphometric changes are prevalent in both aging and Alzheimers disease (AD), though disentangling these two processes has proved challenging. Using independent component analysis, we derived morphometric networks from a large, multi-cohort dataset, and investigated how GM volume within these networks differs in young adulthood, old adulthood, and AD. Aging and AD contributed additive effects on GM loss in nearly all networks, except frontal lobe networks, where GM reductions were more specific to aging. While no networks show GM loss highly specific to AD, a higher degree of variability in the whole-brain pattern of GM volume characterized AD only. Preservation of the whole-brain GM pattern in cognitively normal older adults was related to better cognition and lower risk of developing cognitive impairment. These results suggest both aging and AD involve widespread atrophy, but that cognitive impairment is uniquely associated with disruption of morphometric organization.

Abstract The precuneus is an early site of amyloid-beta (Aβ) accumulation. Previous cross-sectional studies reported increased precuneus fMRI activity in older adults with mild cognitive deficits or elevated Aβ. However, longitudinal studies in early Alzheimer’s disease (AD) risk stages are lacking and the interaction with Apolipoprotein-E ( APOE ) genotype is unclear. In the PREVENT-AD cohort, we assessed how precuneus activity during successful memory retrieval at baseline and over time relates to future Aβ and tau burden and to change in memory performance. We further studied the moderation by APOE4 genotype. We included 165 older adults (age: 62.8±4.4 years; 113 female; 66 APOE4 carriers) who were cognitively normal at baseline and had a family history of AD. All participants performed task-fMRI at baseline and underwent 18 F-flortaucipir-PET and 18 F-NAV4694-Aβ-PET on average 5 years later. We found that higher baseline activity and greater longitudinal change in activity in precuneus were associated with higher subsequent Aβ in APOE 4 carriers but not non-carriers. There were no effects of precuneus activity on tau burden. Finally, APOE4 non-carriers with low baseline activity in the precuneus exhibited better longitudinal performance in an independent memory test compared to APOE4 non-carriers with high baseline activity and APOE4 carriers. Our findings suggest that higher task-related precuneus activity at baseline and over time are associated with subsequent Aβ burden in cognitively normal APOE4 carriers. Our results further indicate that the absence of hyperactivation and the absence of the APOE4 allele is related with the best future cognitive outcome in cognitively normal older adults at risk for AD. Significance Statement The precuneus is a brain region involved in episodic memory function and is an early site of amyloid-beta (Aβ) accumulation. Alterations in task-related activity occur in the precuneus with ageing as well as with Alzheimer’s disease (AD) pathology even in the absence of cognitive symptoms; however, their course and implications are not well understood. We demonstrate that higher precuneus activity at baseline and its change over time during successful memory retrieval is associated with higher Aβ burden on average 5 years after baseline in Apolipoprotein-E4 ( APOE4) carriers. Lower precuneus baseline activation was related to better memory performance over time in APOE4 non-carriers. Our findings provide novel longitudinal evidence that increased activity in posterior midline regions is linked to early AD pathology in dependence of APOE4 genotype.

The medial temporal lobe (MTL) is hypothesized to be relatively spared in early-onset Alzheimer's disease (EOAD). Yet, detailed examination of MTL subfield volumes and drivers of atrophy in amnestic EOAD is lacking.

Aggregation of the hyperphosphorylated tau protein is a central driver of Alzheimer9s disease, and its accumulation exhibits a rich spatio-temporal pattern that unfolds during the course of the disease, sequentially progressing through the brain across axonal connections. It is unclear how this spatiotemporal process is orchestrated, namely, to what extent the spread of pathologic tau is governed by transport between brain regions, local production or both. To address this, we develop a mechanistic model from tau PET data to describe tau dynamics along the Alzheimer9s disease timeline. Our analysis reveals longitudinal changes in production and transport dynamics on two independent cohorts, with subjects in early stage of the disease exhibiting transport-dominated spread, consistent with an initial spread of pathologic tau seeds, and subjects in late stage disease (Braak stage 3/4 onwards) characterised primarily by local production of tau. Furthermore, we demonstrate that the model can accurately predict subject-specific longitudinal tau accumulation at a regional level, potentially providing a new clinical tool to monitor and classify patient disease progression.

We describe the creation of an open science dataset from a cohort of cognitively unimpaired aging individuals with a parental or multiple-sibling history of Alzheimer′s disease (AD). Our purpose was to enable PResymptomatic EValuation of Novel or Experimental Treatments for AD (PREVENT-AD). To characterize this population, possibly progressing in the pre-symptomatic phase of AD, we studied genetic variants and obtained longitudinal measures of cognition, brain structure and function, blood and cerebral fluid biochemistry and neurosensory capacities. Two nested prevention trials were also conducted. Data were hosted in LORIS, a platform that facilitates data organization, curation and sharing. We initially assessed 425 individuals, 385 meeting criteria for sustained investigation and 330 remaining active for longitudinal follow-ups. Between 2011 and 2017, we obtained quality-controlled data from 1704 MRI scans, 532 CSF samples, and 1882 cognitive evaluations. To date, 310 active participants (94%) have agreed that their data be openly shared. In addition to being a living resource for continued data acquisition, therefore, PREVENT-AD offers shared data to facilitate understanding of AD pathogenesis.

Abstract Beta-amyloid (Aβ) and tau proteins, the pathological hallmarks of Alzheimer’s disease (AD), are believed to spread through connected regions. Combining diffusion imaging and positron emission tomography, we investigated associations between Aβ, tau and white matter microstructure specifically in bundles connecting brain regions in which AD pathology accumulates. In 126 cognitively normal elderly at risk of AD, we focussed on free-water corrected diffusion measures in the cingulum, posterior cingulum, fornix and uncinate fasciculus. We found higher tissue fractional anisotropy and lower mean and radial diffusivity related to increased Aβ at the cortical endpoints of the cingulum and fornix. We observed similar but stronger associations in the uncinate fasciculus, but with increased Aβ and tau at the endpoints of this bundle. This consistent pattern of associations, with opposite directionality to the usual degeneration pattern in symptomatic individuals, suggests more restricted diffusion in bundles vulnerable to preclinical AD pathology.

Introduction: Cross-sectional studies suggest that cardiovascular risk factors and Alzheimer's disease (AD) biomarkers are associated with abnormal brain resting-state functional connectivity in aging and AD; however, evidence is missing regarding longitudinal changes in functional connectivity. In this study, we investigate whether cholesterol levels and blood pressure are associated with changes in functional connectivity over time in asymptomatic individuals at risk for AD. The analyses were repeated with cerebral β-amyloid (Aβ) and tau deposition in a subset of the participants. Methods: The study sample included 247 cognitively unimpaired individuals (185 women/ 62 men; mean [SD] age of 63 [5.3] years) of the PREVENT-AD cohort with a parental or multiple-sibling history of sporadic AD. Plasma total-, HDL-, and LDL-cholesterol and systolic and diastolic blood pressure were measured at baseline. Global brain functional connectivity, and connectivity from canonical functional networks, were computed from resting-state functional MRI obtained at baseline and up to four years of annual follow-ups, using a predefined functional parcellation. A subset of participants underwent tau -PET ([18F]Flortaucipir) and Aβ-PET ([18F]NAV4694). Vascular and AD measures were examined as predictors of brain functional connectivity changes in linear mixed-effects models. Results: Higher total-cholesterol and LDL-cholesterol levels were associated with greater reduction of functional connectivity in the default-mode network over time. In addition, while overall whole-brain functional connectivity showed an increase over time across the entire sample higher diastolic blood pressure was associated with reduction in whole-brain functional connectivity. The associations were similar when the analyses were repeated using two other functional brain parcellations. The findings with total-cholesterol and diastolic blood pressure were also similar but attenuated when performed in a subsample of participants with PET (n=91), whereas AD biomarkers were not associated with changes in functional connectivity over time in this subsample. Conclusion: These findings provide evidence that vascular burden is associated with a decrease in brain functional connectivity over time in older adults with elevated risk for AD. The impact of vascular risk factors on functional brain changes might precede AD pathology-related changes.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.