Summary

 Cerebral small vessel disease (SVD) is a common accompaniment of ageing. Features seen on neuroimaging include recent small subcortical infarcts, lacunes, white matter hyperintensities, perivascular spaces, microbleeds, and brain atrophy. SVD can present as a stroke or cognitive decline, or can have few or no symptoms. SVD frequently coexists with neurodegenerative disease, and can exacerbate cognitive deficits, physical disabilities, and other symptoms of neurodegeneration. Terminology and definitions for imaging the features of SVD vary widely, which is also true for protocols for image acquisition and image analysis. This lack of consistency hampers progress in identifying the contribution of SVD to the pathophysiology and clinical features of common neurodegenerative diseases. We are an international working group from the Centres of Excellence in Neurodegeneration. We completed a structured process to develop definitions and imaging standards for markers and consequences of SVD. We aimed to achieve the following: first, to provide a common advisory about terms and definitions for features visible on MRI; second, to suggest minimum standards for image acquisition and analysis; third, to agree on standards for scientific reporting of changes related to SVD on neuroimaging; and fourth, to review emerging imaging methods for detection and quantification of preclinical manifestations of SVD. Our findings and recommendations apply to research studies, and can be used in the clinical setting to standardise image interpretation, acquisition, and reporting. This Position Paper summarises the main outcomes of this international effort to provide the STandards for ReportIng Vascular changes on nEuroimaging (STRIVE).

Hyperphosphorylated tau protein (P-tau) in CSF is a core biomarker candidate of Alzheimer's disease. Hyperphosphorylation of tau is thought to lead to neurofibrillary changes, a neuropathological hallmark of this type of dementia. Currently, the question is unresolved whether CSF levels of P-tau reflect neurofibrillary changes within the brain of a patient with the illness. Twenty-six patients were included with intra-vitam CSF as well as post-mortem neuropathological data. In the CSF, P-tau phosphorylated at threonine 231 (P-tau231P) was analysed. Post-mortem, scores of neurofibrillary tangles (NFT) and neuritic plaques (NP) were assessed in frontal, temporal, parietal and hippocampal cortical areas. In the same cortical regions, load of hyperphosphorylated tau protein (HP-tau load) was determined. Concentrations of P-tau231P were measured in frontal cortex homogenates. We found significant correlations between CSF P-tau231P concentrations and scores of NFTs and HP-tau load in all neocortical regions studied. The score of NPs was correlated with CSF P-tau231P only within the frontal cortex. There was a correlation between P-tau231P in CSF and brain homogenates. These findings indicate that CSF P-tau231P may serve as an in vivo surrogate biomarker of neurofibrillary pathology in Alzheimer's disease.

Alzheimer's disease (AD) is characterized by a heterogeneous distribution of pathological changes throughout the brain. Magnetic resonance imaging can be used to investigate the regional distribution of cortical atrophy in AD in vivo. One marker for the disease-specific atrophy is the thickness of the cortical mantle across the brain, obtained with automated 3-D image processing. Here, we present data from 36 subjects (17 controls and, 19 patients diagnosed as probable AD) investigated for cortical thickness across the entire brain. We show significant cortical thickness decline in AD in temporal, orbitofrontal and parietal regions, with the most pronounced changes occurring in the allocortical region of the medial temporal lobes, outlining the parahippocampal gyrus, and representing a loss of >1.25 millimeters of cortical thickness. Moreover, focal cortical areas decline with progression of the disease as measured by time from baseline scan as well as the Mini-Mental State Exam. The results demonstrate the ability of this method to detect changes in cortical thickness in AD, across the entire brain, without need of prior anatomical definitions. The regional distribution of changes reported here is consistent with independent findings on the distribution of neuropathological alterations in AD. Using cortical thickness, moreover, we provide a direct quantitative index of atrophy in the disease.

Background

 Abnormal hyperphosphorylation of the microtubule-associated protein tau and its incorporation into neurofibrillary tangles are major hallmarks of the pathogenesis of Alzheimer disease (AD). Different tau phosphoepitopes can be sensitively detected in cerebrospinal fluid (CSF). 

Objective

 To compare the diagnostic accuracy of CSF concentrations of tau proteins phosphorylated at 3 pathophysiologically important epitopes (p-tau) to discriminate among patients with AD, nondemented control subjects, and patients with other dementias. 

Design and Setting

 Cross-sectional, bicenter, memory clinic–based studies. 

Participants

 One hundred sixty-one patients with a clinical diagnosis of AD, frontotemporal dementia, dementia with Lewy bodies, or vascular dementia and 45 nondemented controls (N = 206). 

Main Outcome Measures

 Levels of tau protein phosphorylated at threonine 231 (p-tau₂₃₁), threonine 181 (p-tau₁₈₁), and serine 199 (p-tau₁₉₉). The CSF p-tau protein levels were measured using 3 different enzyme-linked immunosorbent assays. 

Results

 The mean CSF levels of the studied p-tau proteins were significantly elevated in patients with AD compared with the other groups. Applied as single markers, p-tau₂₃₁and p-tau₁₈₁reached specificity levels greater than 75% between AD and the combined non-AD group when sensitivity was set at 85% or greater. Statistical differences between the assay performances are presented. Particularly, discrimination between AD and dementia with Lewy bodies was maximized using p-tau₁₈₁at a sensitivity of 94% and a specificity of 64%, and p-tau₂₃₁maximized group separation between AD and frontotemporal dementia with a sensitivity of 88% and a specificity of 92%. Combinations of the 3 markers did not add discriminative power compared with the application as single markers. 

Conclusions

 The p-tau proteins in CSF come closest to fulfilling the criteria of a biological marker of AD. There is a tendency for p-tau proteins to perform differently in the discrimination of primary dementia disorders from AD.

Subjects with mild cognitive impairment (MCI) have an increased risk to develop Alzheimer's disease (AD). Voxel-based MRI studies have demonstrated that widely distributed cortical and subcortical brain areas show atrophic changes in MCI, preceding the onset of AD-type dementia. Here we developed a novel data mining framework in combination with three different classifiers including support vector machine (SVM), Bayes statistics, and voting feature intervals (VFI) to derive a quantitative index of pattern matching for the prediction of the conversion from MCI to AD. MRI was collected in 32 AD patients, 24 MCI subjects and 18 healthy controls (HC). Nine out of 24 MCI subjects converted to AD after an average follow-up interval of 2.5 years. Using feature selection algorithms, brain regions showing the highest accuracy for the discrimination between AD and HC were identified, reaching a classification accuracy of up to 92%. The extracted AD clusters were used as a search region to extract those brain areas that are predictive of conversion to AD within MCI subjects. The most predictive brain areas included the anterior cingulate gyrus and orbitofrontal cortex. The best prediction accuracy, which was cross-validated via train-and-test, was 75% for the prediction of the conversion from MCI to AD. The present results suggest that novel multivariate methods of pattern matching reach a clinically relevant accuracy for the a priori prediction of the progression from MCI to AD.

Minimally invasive biomarkers are urgently needed to detect molecular pathology in frontotemporal dementia (FTD) and amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Here, we show that plasma extracellular vesicles (EVs) contain quantifiable amounts of TDP-43 and full-length tau, which allow the quantification of 3-repeat (3R) and 4-repeat (4R) tau isoforms. Plasma EV TDP-43 levels and EV 3R/4R tau ratios were determined in a cohort of 704 patients, including 37 genetically and 31 neuropathologically proven cases. Diagnostic groups comprised patients with TDP-43 proteinopathy ALS, 4R tauopathy progressive supranuclear palsy, behavior variant FTD (bvFTD) as a group with either tau or TDP-43 pathology, and healthy controls. EV tau ratios were low in progressive supranuclear palsy and high in bvFTD with tau pathology. EV TDP-43 levels were high in ALS and in bvFTD with TDP-43 pathology. Both markers discriminated between the diagnostic groups with area under the curve values >0.9, and between TDP-43 and tau pathology in bvFTD. Both markers strongly correlated with neurodegeneration, and clinical and neuropsychological markers of disease severity. Findings were replicated in an independent validation cohort of 292 patients including 34 genetically confirmed cases. Taken together, the combination of EV TDP-43 levels and EV 3R/4R tau ratios may aid the molecular diagnosis of FTD, FTD spectrum disorders and ALS, providing a potential biomarker to monitor disease progression and target engagement in clinical trials.

Abstract Neuroimaging markers based on Magnetic Resonance Imaging (MRI) combined with various other measures (such as informative covariates, vascular risks, brain activity, neuropsychological test etc.,) might provide useful predictions of clinical outcomes during progression towards Alzheimer’s disease (AD). The Bayesian approach aims to provide a trade-off by employing relevant features combinations to build decision support systems in clinical settings where uncertainties are relevant. We tested the approach in the MRI data across 959 subjects, aged 59-89 years and 453 subjects with available neuropsychological test scores and CSF biomarker status (amyloid-beta ( Aβ )42/40 & and phosphorylated tau (pTau)) from a large sample multi-centric observational cohort (DELCODE). In order to explore the beneficial combinations of information from different sources, we presented a MRI-based predictive modelling of memory performance and CSF biomarker status (positive or negative) in the healthy ageing group as well as subjects at risk of Alzheimer’s disease using a Gaussian process multikernel framework. Furthermore, we systematically evaluated predictive combinations of input feature sets and their model variations, i.e. (A) combinations of brain tissue classes and feature type (modulated vs. unmodulated), choices of filter size of smoothing (ranging from 0 to 15 mm full width at half maximum), and image resolution (1mm, 2mm, 4mm and 8mm); (B) incorporating demography and covariates (C) the impact of the size of the training data set (i.e., number of subjects); (D) the influence of reducing the dimensions of data and (E) choice of kernel types. Finally, the approach was tested to reveal individual cognitive scores at follow-up (up to 4 years) using the baseline features. The highest accuracy for memory performance prediction was obtained for a combination of neuroimaging markers, demographics, genetic information (ApoE4) and CSF-biomarkers explaining 57% of outcome variance in out of sample predictions. The best accuracy for Aβ 42 / 40 status classification was achieved for combination demographics, ApoE4 and memory score while usage of structural MRI improved the classification of individual patient’s pTau status.

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.

Blood-based biomarkers are a cost-effective and minimally invasive method for diagnosing the early and preclinical stages of amyloid positivity (AP). Our study aims to investigate our novel immunoprecipitation-immunoassay (IP-IA) as a test for predicting cognitive decline.

Long-term evidence for the effectiveness and cost-effectiveness of collaborative dementia care management (CDCM) is lacking.