Abstract The intrinsic functional organization of the brain changes into older adulthood. Age differences are observed at multiple spatial scales, from global reductions in modularity and segregation of distributed brain systems, to network-specific patterns of dedifferentiation. Whether dedifferentiation reflects an inevitable, global shift in brain function with age, circumscribed, experience dependent changes, or both, is uncertain. We employed a multi-method strategy to interrogate dedifferentiation at multiple spatial scales. Multi-echo (ME) resting-state fMRI was collected in younger (n=181) and older (n=120) healthy adults. Cortical parcellation sensitive to individual variation was implemented for precision functional mapping of each participant, while preserving group-level parcel and network labels. ME-fMRI processing and gradient mapping identified global and macroscale network differences. Multivariate functional connectivity methods tested for microscale, edge-level differences. Older adults had lower BOLD signal dimensionality, consistent with global network dedifferentiation. Gradients were largely age-invariant. Edge-level analyses revealed discrete, network-specific dedifferentiation patterns in older adults. Visual and somatosensory regions were more integrated within the functional connectome; default and frontoparietal control network regions showed greater connectivity; and the dorsal attention network was more integrated with heteromodal regions. These findings highlight the importance of multi-scale, multi-method approaches to characterize the architecture of functional brain aging.

Abstract The neuromodulatory subcortical nuclei within the isodendritic core (IdC) are the earliest sites of tauopathy in Alzheimer’s disease (AD). They project broadly throughout the brain’s white matter. We investigated the relationship between IdC microstructure and whole-brain white matter microstructure to better understand early neuropathological changes in AD. Using multiparametric quantitative magnetic resonance imaging we observed two covariance patterns between IdC and white matter microstructure in 133 cognitively unimpaired older adults (age 67.9 ± 5.3 years) with familial risk for AD. IdC integrity related to 1) whole-brain neurite density, and 2) neurite orientation dispersion in white matter tracts known to be affected early in AD. Pattern 2 was associated with CSF concentration of phosphorylated-tau, indicating AD specificity. Apolipoprotein-E4 carriers expressed both patterns more strongly than non-carriers. IdC microstructure variation is reflected in white matter, particularly in AD-affected tracts, highlighting an early mechanism of pathological development.

The default network is widely implicated as a common neural substrate for self-generated thought, such as remembering one's past (autobiographical memory) and imagining the thoughts and feelings of others (theory of mind). Findings that the default network comprises subnetworks of regions - some commonly and some distinctly involved across processes - suggest that one's own experiences inform their understanding of others. With the advent of precision fMRI methods, however, it is unclear if this shared substrate is observed instead due to traditional group analysis methods. We investigated this possibility using a novel combination of methodological strategies. Twenty-three participants underwent multi-echo resting-state and task fMRI. We used their resting-state scans to conduct cortical parcellation sensitive to individual variation but preserving our ability to conduct group analysis. Using multivariate analyses, we assessed the functional activation and connectivity profiles of default network regions while participants engaged in autobiographical memory, theory of mind, or a sensorimotor control condition. Across the default network, we observed stronger activity associated with both autobiographical memory and theory of mind compared to the control condition. Nonetheless, we also observed that some regions showed preferential activity to either experimental condition, in line with past work. The connectivity results similarly indicated shared and distinct functional profiles. Our results support that autobiographical memory and theory of mind - two theoretically important and widely-studied domains of social cognition - evoke common and distinct aspects of the default network even when ensuring high fidelity to individual-specific characteristics.

Motivation: Understanding prodromal Alzheimer’s disease is essential for treatment development. Hippocampal volume loss indicates significant atrophy and may occur too late to slow disease progression. Goal(s): We aimed to precisely map spatial variation in hippocampal microstructure in vivo using quantitative MRI in prodromal AD. Approach: We use multiparametric quantitative MRI to comprehensively map hippocampal microstructure in healthy older adults with first-degree family history of Alzheimer’s disease and correlate maps with demographic risk factors for Alzheimer's disease. Results: We identified two key contributors of microstructural variation (myelin content and free water). We revealed localized age-related demyelination and sex differences in hippocampal proton density. Impact: This research provides crucial insights into age-related hippocampal microstructural changes and their implications for Alzheimer's disease. It has the potential to advance early detection and intervention strategies, ultimately improving patient outcomes in Alzheimer's disease management.