Semantic dementia is a progressive neurodegenerative condition characterized by the profound and amodal loss of semantic memory in the context of relatively preserved episodic memory. In contrast, patients with Alzheimer's disease typically display impairments in episodic memory, but with semantic deficits of a much lesser magnitude than in semantic dementia. Our understanding of episodic memory retrieval in these cohorts has greatly increased over the last decade, however, we know relatively little regarding the ability of these patients to imagine and describe possible future events, and whether episodic future thinking is mediated by divergent neural substrates contingent on dementia subtype. Here, we explored episodic future thinking in patients with semantic dementia (n = 11) and Alzheimer's disease (n = 11), in comparison with healthy control participants (n = 10). Participants completed a battery of tests designed to probe episodic and semantic thinking across past and future conditions, as well as standardized tests of episodic and semantic memory. Further, all participants underwent magnetic resonance imaging. Despite their relatively intact episodic retrieval for recent past events, the semantic dementia cohort showed significant impairments for episodic future thinking. In contrast, the group with Alzheimer's disease showed parallel deficits across past and future episodic conditions. Voxel-based morphometry analyses confirmed that atrophy in the left inferior temporal gyrus and bilateral temporal poles, regions strongly implicated in semantic memory, correlated significantly with deficits in episodic future thinking in semantic dementia. Conversely, episodic future thinking performance in Alzheimer's disease correlated with atrophy in regions associated with episodic memory, namely the posterior cingulate, parahippocampal gyrus and frontal pole. These distinct neuroanatomical substrates contingent on dementia group were further qualified by correlational analyses that confirmed the relation between semantic memory deficits and episodic future thinking in semantic dementia, in contrast with the role of episodic memory deficits and episodic future thinking in Alzheimer's disease. Our findings demonstrate that semantic knowledge is critical for the construction of novel future events, providing the necessary scaffolding into which episodic details can be integrated. Further research is necessary to elucidate the precise contribution of semantic memory to future thinking, and to explore how deficits in self-projection manifest on behavioural and social levels in different dementia subtypes.

ABSTRACT Logopenic Progressive Aphasia (LPA) is a neurodegenerative syndrome characterised by sentence repetition and naming difficulties arising from left-lateralised temporoparietal atrophy. Clinical descriptions of LPA largely concentrate on profiling language deficits, however, accumulating evidence points to the presence of cognitive deficits, even on tasks with minimal language demands. Although non-linguistic cognitive deficits in LPA are thought to scale with disease severity, patients at discrete stages of language dysfunction display overlapping cognitive profiles, suggesting individual-level variation in cognitive performance, independent of primary language dysfunction. To address this issue, we used principal component analysis to decompose individual-level variation in cognitive performance in 43 well-characterised LPA patients who underwent multi-domain neuropsychological assessments and structural neuroimaging. The principal component analysis solution revealed the presence of two, statistically independent factors, providing stable and clinically intuitive explanations for the majority of variance in cognitive performance in the syndrome. Factor 1 reflected ‘speech production and verbal memory’ deficits which typify LPA. Systematic variations were also confirmed on a second, orthogonal factor mainly comprising visuospatial and executive processes. Adopting a case-comparison approach, we further demonstrate that pairs of patients with comparable Factor 1 scores, regardless of their severity, diverge considerably on visuo-executive test performance, underscoring the inter-individual variability in cognitive profiles in comparably ‘logopenic’ patients. Whole-brain voxel-based morphometry analyses revealed that speech production and verbal memory factor scores correlated with left middle frontal gyrus, while visuospatial and executive factor scores were associated with grey matter intensity of right-lateralised temporoparietal, middle frontal regions and their underlying white matter connectivity. Importantly, LPA patients with poorer visuospatial and executive factor scores demonstrated greater right-lateralised temporoparietal and frontal atrophy. Our findings demonstrate the inherent variation in cognitive performance at an individual- and group-level in LPA, suggesting the presence of a genuine co-occurring cognitive impairment that is independent of language function and disease severity.

Mind wandering represents the human capacity for internally focussed thought, and relies upon dynamic interactions between default and frontoparietal networks. The majority of studies in the field have characterised mind wandering in healthy people, yet there is limited understanding of how this capacity is affected in clinical populations. The present study used a validated thought sampling task, to probe the capacity for mind wandering in two neurodegenerative disorders; the behavioural variant of frontotemporal dementia (n=28) and Alzheimer's disease (n=22), compared to healthy older controls (n=28). These disorders were selected due to their canonical profiles of neural dysfunction across key sites of the default and frontoparietal networks. Behaviourally, mind wandering frequency was found to be reduced in the patient groups, leading to an increase in stimulus-bound thoughts. These behavioural profiles were associated with distinct regions of grey matter loss, as revealed by voxel-based morphometry, predominantly in the hippocampal complex and striatum. Resting state functional connectivity further revealed associations between impaired mind wandering performance and altered connectivity within and between regions of the frontoparietal and default networks. Together, these findings are the first to describe altered mind wandering in neurodegenerative disorders, which was associated with hippocampal atrophy and aberrations in the functional integrity of the default and frontoparietal networks. These results corroborate current theoretical frameworks emphasising that cooperation between default and frontoparietal regions is critical for producing and sustaining internally focussed thought. Notably this study reveals a new dimension of cognitive dysfunction not previously documented in neurodegenerative disorders.

A mismatch between top-down expectations and incoming sensory information is thought to be associated with hallucinations across a range of neuropsychiatric disorders. In Parkinson’s disease with visual hallucinations, abnormal activity within the default network, and its pattern of connectivity with early visual regions, has been identified as a potential pathological source of the internally generated expectations that override incoming sensory input. In the context of attention deficits and visual dysfunction, mental imagery and perceptual expectancies generated across the default network are suggested to exert excessive influence over earlier visual regions, leading to aberrant perceptual experiences. Whilst converging neuroimaging evidence has identified unconstrained default network activity in Parkinson’s disease with hallucinations, to date there has been a lack of behavioural evidence to confirm the consequences of an over-engaged default mode network – therefore the contributions it might make to hallucination phenomenology remain speculative. To address this, we administered a validated thought-sampling task to 38 Parkinson’s disease patients (18 with hallucinations; 20 without) and 40 controls, to test the hypothesis that individuals with hallucinations experience an increased frequency of mind-wandering – a form of spontaneous cognition strongly associated with mental imagery and default network activity. The neural correlates of mind-wandering frequency were examined in relation to resting-state functional connectivity. Our results showed that patients with hallucinations exhibited significantly higher mind-wandering frequencies compared to non-hallucinators, who in turn had reduced levels of mind-wandering relative to controls. Inter-network connectivity and seed-to-voxel analyses confirmed that increased mind-wandering in the hallucinating vs. non-hallucinating group was associated with greater coupling between the primary visual cortex and dorsal default network. Taken together, both elevated mind-wandering and increased default-visual network coupling emerged as a distinguishing feature of the hallucinatory phenotype. We propose that the finding of increased mind-wandering reflects unconstrained spontaneous thought and mental imagery, which in turn furnish the content of visual hallucinations. Our findings suggest that primary visual cortex to dorsal default network coupling may provide a neural substrate by which regions of the default network exert disproportionate influence over ongoing visual perception. These findings refine current models of visual hallucinations by identifying a specific cognitive phenomenon and neural substrate consistent with the top-down influences over perception that have been implicated in visual hallucinations.

Inflexibility of thought and behaviour is a transdiagnostic feature of many neuropsychiatric disorders and presents several empirical measurement challenges. Here, we developed and validated the Flexibility in Daily Life scale (FIDL); a novel, self-report questionnaire, which captures expressions of cognitive and behavioural flexibility in daily life and is sensitive to natural shifts in these processes across the adult lifespan.