Mild cognitive impairment in Parkinson's disease is associated with progression to dementia (Parkinson's disease dementia) in a majority of patients. Determining structural imaging biomarkers associated with prodromal Parkinson's disease dementia may allow for the earlier identification of those at risk, and allow for targeted disease modifying therapies. One hundred and five non-demented subjects with newly diagnosed idiopathic Parkinson's disease and 37 healthy matched controls had serial 3 T structural magnetic resonance imaging scans with clinical and neuropsychological assessments at baseline, which were repeated after 18 months. The Movement Disorder Society Task Force criteria were used to classify the Parkinson's disease subjects into Parkinson's disease with mild cognitive impairment (n = 39) and Parkinson's disease with no cognitive impairment (n = 66). Freesurfer image processing software was used to measure cortical thickness and subcortical volumes at baseline and follow-up. We compared regional percentage change of cortical thinning and subcortical atrophy over 18 months. At baseline, cases with Parkinson's disease with mild cognitive impairment demonstrated widespread cortical thinning relative to controls and atrophy of the nucleus accumbens compared to both controls and subjects with Parkinson's disease with no cognitive impairment. Regional cortical thickness at baseline was correlated with global cognition in the combined Parkinson's disease cohort. Over 18 months, patients with Parkinson's disease with mild cognitive impairment demonstrated more severe cortical thinning in frontal and temporo-parietal cortices, including hippocampal atrophy, relative to those with Parkinson's disease and no cognitive impairment and healthy controls, whereas subjects with Parkinson's disease and no cognitive impairment showed more severe frontal cortical thinning compared to healthy controls. At baseline, Parkinson's disease with no cognitive impairment converters showed bilateral temporal cortex thinning relative to the Parkinson's disease with no cognitive impairment stable subjects. Although loss of both cortical and subcortical volume occurs in non-demented Parkinson's disease, our longitudinal analyses revealed that Parkinson's disease with mild cognitive impairment shows more extensive atrophy and greater percentage of cortical thinning compared to Parkinson's disease with no cognitive impairment. In particular, an extension of cortical thinning in the temporo-parietal regions in addition to frontal atrophy could be a biomarker in therapeutic studies of mild cognitive impairment in Parkinson's disease for progression towards dementia.

The ability to assess the distribution and extent of tau pathology in Alzheimer's disease and progressive supranuclear palsy in vivo would help to develop biomarkers for these tauopathies and clinical trials of disease-modifying therapies. New radioligands for positron emission tomography have generated considerable interest, and controversy, in their potential as tau biomarkers. We assessed the radiotracer 18F-AV-1451 with positron emission tomography imaging to compare the distribution and intensity of tau pathology in 15 patients with Alzheimer's pathology (including amyloid-positive mild cognitive impairment), 19 patients with progressive supranuclear palsy, and 13 age- and sex-matched controls. Regional analysis of variance and a support vector machine were used to compare and discriminate the clinical groups, respectively. We also examined the 18F-AV-1451 autoradiographic binding in post-mortem tissue from patients with Alzheimer's disease, progressive supranuclear palsy, and a control case to assess the 18F-AV-1451 binding specificity to Alzheimer's and non-Alzheimer's tau pathology. There was increased 18F-AV-1451 binding in multiple regions in living patients with Alzheimer's disease and progressive supranuclear palsy relative to controls [main effect of group, F(2,41) = 17.5, P < 0.0001; region of interest × group interaction, F(2,68) = 7.5, P < 0.00001]. More specifically, 18F-AV-1451 binding was significantly increased in patients with Alzheimer's disease, relative to patients with progressive supranuclear palsy and with control subjects, in the hippocampus and in occipital, parietal, temporal, and frontal cortices (t's > 2.2, P's < 0.04). Conversely, in patients with progressive supranuclear palsy, relative to patients with Alzheimer's disease, 18F-AV-1451 binding was elevated in the midbrain (t = 2.1, P < 0.04); while patients with progressive supranuclear palsy showed, relative to controls, increased 18F-AV-1451 uptake in the putamen, pallidum, thalamus, midbrain, and in the dentate nucleus of the cerebellum (t's > 2.7, P's < 0.02). The support vector machine assigned patients' diagnoses with 94% accuracy. The post-mortem autoradiographic data showed that 18F-AV-1451 strongly bound to Alzheimer-related tau pathology, but less specifically in progressive supranuclear palsy. 18F-AV-1451 binding to the basal ganglia was strong in all groups in vivo. Postmortem histochemical staining showed absence of neuromelanin-containing cells in the basal ganglia, indicating that off-target binding to neuromelanin is an insufficient explanation of 18F-AV-1451 positron emission tomography data in vivo, at least in the basal ganglia. Overall, we confirm the potential of 18F-AV-1451 as a heuristic biomarker, but caution is indicated in the neuropathological interpretation of its binding. Off-target binding may contribute to disease profiles of 18F-AV-1451 positron emission tomography, especially in primary tauopathies such as progressive supranuclear palsy. We suggest that 18F-AV-1451 positron emission tomography is a useful biomarker to assess tau pathology in Alzheimer's disease and to distinguish it from other tauopathies with distinct clinical and pathological characteristics such as progressive supranuclear palsy.

Abstract Neuroinflammation is a key part of the etio-pathogenesis of Alzheimer’s disease. We test the relationship between neuroinflammation and the disruption of functional connectivity in large-scale networks, and their joint influence on cognitive impairment. We combined [ 11 C]PK11195 positron emission tomography (PET) and resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) in 28 humans (13 females/15 males) with clinical diagnosis of probable Alzheimer’s disease or mild cognitive impairment with positive PET biomarker for amyloid, and 14 age-, sex-, and education-matched healthy humans (8 females/6 males). Source-based ‘inflammetry’ was used to extract principal components of [ 11 C]PK11195 PET signal variance across all participants. rs-fMRI data were pre-processed via independent component analyses to classify neuronal and non-neuronal signals. Multiple linear regression models identified sources of signal co-variance between neuroinflammation and brain connectivity profiles, in relation to group and cognitive status. Patients showed significantly higher [ 11 C]PK11195 binding relative to controls, in a distributed spatial pattern including the hippocampus, medial, and inferior temporal cortex. Patients with enhanced loading on this [ 11 C]PK11195 binding distribution displayed diffuse abnormal functional connectivity. The expression of a stronger association between such abnormal connectivity and higher levels of neuroinflammation correlated with worse cognitive deficits. Our study suggests that neuroinflammation relates to the pathophysiological changes in network function that underlie cognitive deficits in Alzheimer’s disease. Neuroinflammation, and its association with functionally-relevant reorganisation of brain networks, is proposed as a target for emerging immuno-therapeutic strategies aimed at preventing or slowing the emergence of dementia. Significance Statement Neuroinflammation is an important aspect of Alzheimer’s disease (AD), but it was not known whether the influence of neuroinflammation on brain network function in humans was important for cognitive deficit. Our study provides clear evidence that in vivo neuroinflammation in AD impairs large-scale network connectivity; and that the link between inflammation and functional network connectivity is relevant to cognitive impairment. We suggest that future studies should address how neuroinflammation relates to network function as AD progresses; and whether the neuroinflammation in AD is reversible, as the basis of immunotherapeutic strategies to slow the progression of AD.

Abstract PREVENT is a multi-centre prospective cohort study in the UK and Ireland that aims to examine midlife risk factors for dementia and identify and describe the earliest indices of disease development. The PREVENT dementia programme is one of the original epidemiological initiatives targeting midlife as a critical window for intervention in neurodegenerative conditions. This paper provides an overview of the study protocol and presents the first summary results from the initial baseline data to describe the cohort. Participants in the PREVENT cohort provide demographic data, biological samples (blood, saliva, urine and optional cerebrospinal fluid), lifestyle and psychological questionnaires, undergo a comprehensive cognitive test battery and are imaged using multi-modal 3-T MRI scanning, with both structural and functional sequences. The PREVENT cohort governance structure is described, which includes a steering committee, a scientific advisory board and core patient and public involvement groups. A number of sub-studies that supplement the main PREVENT cohort are also described. The PREVENT cohort baseline data include 700 participants recruited between 2014 and 2020 across five sites in the UK and Ireland (Cambridge, Dublin, Edinburgh, London and Oxford). At baseline, participants had a mean age of 51.2 years (range 40–59, SD ± 5.47), with the majority female (n = 433, 61.9%). There was a near equal distribution of participants with and without a parental history of dementia (51.4% versus 48.6%) and a relatively high prevalence of APOEɛ4 carriers (n = 264, 38.0%). Participants were highly educated (16.7 ± 3.44 years of education), were mainly of European Ancestry (n = 672, 95.9%) and were cognitively healthy as measured by the Addenbrookes Cognitive Examination-III (total score 95.6 ± 4.06). Mean white matter hyperintensity volume at recruitment was 2.26 ± 2.77 ml (median = 1.39 ml), with hippocampal volume being 8.15 ± 0.79 ml. There was good representation of known dementia risk factors in the cohort. The PREVENT cohort offers a novel data set to explore midlife risk factors and early signs of neurodegenerative disease. Data are available open access at no cost via the Alzheimer’s Disease Data Initiative platform and Dementia Platforms UK platform pending approval of the data access request from the PREVENT steering group committee.

Abstract Brain atrophy and cortical thinning are typically observed in people with Alzheimer's disease (AD) and, to a lesser extent, in those with mild cognitive impairment. In asymptomatic middle‐aged apolipoprotein ε4 (ΑPOE4) carriers, who are at higher risk of future AD, study reports are discordant with limited evidence of brain structural differences between carriers and non‐carriers of the ε4 allele. Alternative imaging markers with higher sensitivity at the presymptomatic stage, ideally quantified using typically acquired structural MRI scans, would thus be of great benefit for the detection of early disease, disease monitoring and subject stratification. In the present cross‐sectional study, we investigated textural properties of T1‐weighted 3T MRI scans in relation to APOE4 genotype, age and sex. We pooled together data from the PREVENT‐Dementia and ALFA studies focused on midlife healthy populations with dementia risk factors (analysable cohort: 1585 participants; mean age 56.2 ± 7.4 years). Voxel‐based and texture (examined features: contrast, entropy, energy, homogeneity) based morphometry was used to identify areas of volumetric and textural differences between APOE4 carriers and non‐carriers. Textural maps were generated and were subsequently harmonised using voxel‐wise COMBAT. For all analyses, APOE4, sex, age and years of education were used as model predictors. Interactions between APOE4 and age were further examined. There were no group differences in regional brain volume or texture based on APOE4 carriership or when age × APOE4 interactions were examined. Older people tended to have a less homogeneous textural profile in grey and white matter and a more homogeneous profile in the ventricles. A more heterogeneous textural profile was observed for females in areas such as the ventricles, frontal and parietal lobes and for males in the brainstem, cerebellum, precuneus and cingulate. Overall, we have shown the absence of volumetric and textural differences between APOE4 carriers and non‐carriers at midlife and have established associations of textural features with ageing and sex.

Motivation: The influence of Alzheimer&rsquo;s disease (AD) copathologies on white matter neurite changes in dementia with Lewy bodies (DLB) remains unclear. Goal(s): To delineate the severity of neurite abnormalities and their associations with amyloid and tau PET imaging in DLB. Approach: We compared Neurite Orientation Dispersion and Density Imaging metrics in the DLB spectrum (DLBs, n=45) against controls (n=45), and evaluated their correlations with amyloid-&beta; ([11C]-PiB) and tau ([18F]-Flortaucipir) PET. Results: The DLBs exhibited widespread white matter injury relative to controls. Elevated tau deposition, but not amyloid-&beta; burden, was significantly associated with neurite abnormalities, predominantly involving the temporal and limbic white matter tracts. Impact: These findings demonstrate the impact of AD copathologies on widespread neurite abnormalities in people with DLB, underscoring the importance of further elucidating the mechanisms underlying amyloid-&beta; and tau deposition, and evaluating anti-AD disease-modifying interventions for DLB.

Dementia with Lewy bodies (DLB) is the second-leading degenerative dementia after Alzheimer's disase. Neuropathologically, it is characterized by alpha-synuclein protein deposition with variable degree of concurrent Alzheimer pathology. Neuroinflammation is increasingly recognized as a significant contributor of degeneration. Objective: to examine the relationship between microglial activation as measured with [11C]-PK11195 brain PET and MR diffusion tensor imaging (DTI) in DLB. Methods: nineteen clinically probable DLB and 20 similarly aged controls underwent structural MRI with T1-weighted and 3T DTI sequences. Eighteen DLB subjects also underwent [11C]-PK11195 PET imaging. Tract-Based Spatial Statistics (TBSS) were performed to compare DTI parameters in DLB relative to controls and identify associations of [11C]-PK11195 binding with white matter integrity. Results: TBSS showed widespread changes in all DTI parameters in the DLB group compared to controls (Threshold Free Cluster Enhancement (TFCE) p < 0.05). [11C]-PK11195 binding in parietal cortices also correlated with widespread lower mean and radial diffusivity (TFCE p < 0.05). Conclusion: Our study demonstrates that higher PK11195 binding is associated with a relative preservation of white matter, positioning neuroinflammation as a potential early marker in the DLB pathogenic cascade.

While autism and ADHD are considered distinct conditions from a diagnostic perspective, they share some phenotypic features and have high comorbidity. Taking a dual-condition approach might help elucidate shared and distinct neural characteristics. Graph theory was used to analyse properties of cortical thickness structural covariance networks across both conditions and relative to a neurotypical (NT; n=87) group using data from the ABIDE (autism; n=62) and ADHD-200 datasets (ADHD; n=69). This was analysed in a theoretical framework examining potential differences in long and short range connectivity. We found convergence between autism and ADHD, where both conditions show an overall decrease in CT covariance with increased Euclidean distance compared to a neurotypical population. The two conditions also show divergence: less modular overlap between the two conditions than there is between each condition and the neurotypical group. Lastly, the ADHD group also showed reduced wiring costs compared to the autism groups. Our results indicate a need for taking an integrated approach when considering highly comorbid conditions such as autism and ADHD. Both groups show a distance-covariance relation that more strongly favours short-range over long-range. Thus, on some network features the groups seem to converge, yet on others there is divergence.