Functional MRI (fMRI) can be applied to study the functional connectivity of the human brain. It has been suggested that fluctuations in the blood oxygenation level-dependent (BOLD) signal during rest reflect the neuronal baseline activity of the brain, representing the state of the human brain in the absence of goal-directed neuronal action and external input, and that these slow fluctuations correspond to functionally relevant resting-state networks. Several studies on resting fMRI have been conducted, reporting an apparent similarity between the identified patterns. The spatial consistency of these resting patterns, however, has not yet been evaluated and quantified. In this study, we apply a data analysis approach called tensor probabilistic independent component analysis to resting-state fMRI data to find coherencies that are consistent across subjects and sessions. We characterize and quantify the consistency of these effects by using a bootstrapping approach, and we estimate the BOLD amplitude modulation as well as the voxel-wise cross-subject variation. The analysis found 10 patterns with potential functional relevance, consisting of regions known to be involved in motor function, visual processing, executive functioning, auditory processing, memory, and the so-called default-mode network, each with BOLD signal changes up to 3%. In general, areas with a high mean percentage BOLD signal are consistent and show the least variation around the mean. These findings show that the baseline activity of the brain is consistent across subjects exhibiting significant temporal dynamics, with percentage BOLD signal change comparable with the signal changes found in task-related experiments.

Normal aging is associated with cognitive decline. Functions such as attention, information processing, and working memory are compromised. It has been hypothesized that not only regional changes, but also alterations in the integration of regional brain activity (functional brain connectivity) underlie the observed age-related deficits. Here, we examined the functional properties of brain networks based on spontaneous fluctuations within brain systems using functional magnetic resonance imaging. We hypothesized that functional connectivity of intrinsic brain activity in the “default-mode” network (DMN) is affected by normal aging and that this relates to cognitive function. Ten younger and 22 older subjects were scanned at “rest,” that is, lying awake with eyes closed. Our results show decreased activity in older versus younger subjects in 2 resting-state networks (RSNs) resembling the previously described DMN, containing the superior and middle frontal gyrus, posterior cingulate, middle temporal gyrus, and the superior parietal region. These results remain significant after correction for RSN-specific gray matter volume. The relevance of these findings is illustrated by the correlation between reduced activity of one of these RSNs and less effective executive functioning/processing speed in the older group.

Local network connectivity disruptions in Alzheimer's disease patients have been found using graph analysis in BOLD fMRI. Other studies using MEG and cortical thickness measures, however, show more global long distance connectivity changes, both in functional and structural imaging data. The form and role of functional connectivity changes thus remains ambiguous. The current study shows more conclusive data on connectivity changes in early AD using graph analysis on resting-state condition fMRI data.18 mild AD patients and 21 healthy age-matched control subjects without memory complaints were investigated in resting-state condition with MRI at 1.5 Tesla. Functional coupling between brain regions was calculated on the basis of pair-wise synchronizations between regional time-series. Local (cluster coefficient) and global (path length) network measures were quantitatively defined. Compared to controls, the characteristic path length of AD functional networks is closer to the theoretical values of random networks, while no significant differences were found in cluster coefficient. The whole-brain average synchronization does not differ between Alzheimer and healthy control groups. Post-hoc analysis of the regional synchronization reveals increased AD synchronization involving the frontal cortices and generalized decreases located at the parietal and occipital regions. This effectively translates in a global reduction of functional long-distance links between frontal and caudal brain regions.We present evidence of AD-induced changes in global brain functional connectivity specifically affecting long-distance connectivity. This finding is highly relevant for it supports the anterior-posterior disconnection theory and its role in AD. Our results can be interpreted as reflecting the randomization of the brain functional networks in AD, further suggesting a loss of global information integration in disease.

While resting state functional connectivity has been shown to decrease in patients with mild and/or moderate Alzheimer's disease, it is not yet known how functional connectivity changes in patients as the disease progresses. Furthermore, it has been noted that the default mode network is not as homogenous as previously assumed and several fractionations of the network have been proposed. Here, we separately investigated the modulation of 3 default mode subnetworks, as identified with group independent component analysis, by comparing Alzheimer's disease patients to healthy controls and by assessing connectivity changes over time. Our results showed decreased connectivity at baseline in patients versus controls in the posterior default mode network, and increased connectivity in the anterior and ventral default mode networks. At follow-up, functional connectivity decreased across all default mode systems in patients. Our results suggest that earlier in the disease, regions of the posterior default mode network start to disengage whereas regions within the anterior and ventral networks enhance their connectivity. However, as the disease progresses, connectivity within all systems eventually deteriorates.

ABSTRACT Here, we investigated whether fractional anisotropy (FA) of hippocampus-relevant white-matter tracts mediates the association between baseline Mediterranean diet adherence (MeDiAd) and verbal episodic memory over four years. Participants were healthy older adults with and without subjective cognitive decline and patients with amnestic mild cognitive impairment from the DELCODE cohort study ( n = 376; age: 71.47 ± 6.09 years; 48.7% female). MeDiAd and diffusion data were obtained at baseline. Verbal episodic memory was assessed at baseline and four yearly follow-ups. The associations between baseline MeDiAd and white matter, and verbal episodic memory’s mean and rate of change over four years were tested with latent growth curve modeling. Baseline MeDiAd was associated with verbal episodic memory four years later (95% confidence interval, CI [0.01, 0.32]) but not with its rate of change over this period. Baseline Fornix FA mediated – and, thus, explained – that association (95% CI [0.002, 0.09]). Fornix FA may be an appropriate response biomarker of Mediterranean diet interventions on verbal memory in older adults.