Abstract This is the first study investigating the genetics of weighted functional brain network graph theory measures from 18,445 participants of the UK Biobank (44-80 years). The eighteen measures studied showed low heritability (mean h 2 SNP =0.12) and were highly genetically correlated. Genome-wide association studies for these measures observed 14 significant variants associated with strength of somatomotor and limbic networks. These intergenic variants were located near the PAX8 gene on chromosome 2. Gene-based analyses identified five significantly associated genes for five of the network measures, which have been implicated in sleep duration, neuronal differentiation/development, cancer, and susceptibility to neurodegenerative diseases. Genetic correlations with other traits were examined and significant correlations were observed with sleep measures and psychiatric symptoms. Further analysis found that somatomotor network strength was phenotypically associated with sleep duration and insomnia. Single nucleotide polymorphism (SNP) and gene level associations with functional network measures were identified, which may help uncover novel biological pathways relevant to human brain functional network integrity and diseases that affect it.

ABSTRACT BACKGROUND Age and sex associated with changes in functional brain network topology and cognition in large population of older adults have been poorly understood. We explored this question further by examining differences in 11 resting-state graph theory measures with respect to age, sex, and their relationships with cognitive performance in 17,127 UK Biobank participants (mean=62.83±7.41 years). METHODS Brain connectivity toolbox was used to derive the graph theory measures that assessed network integration, segregation, and strength. Multiple linear regression was performed the relationship between age, sex, cognition, and network measures. Subsequently, multivariate analysis was done to further examine the joint effect of the network measures on cognitive functions. RESULTS Age was associated with an overall decrease in the effectiveness of network communication (i.e. integration) and loss of functional specialisation (i.e. segregation) of specific brain regions. Sex differences were also observed, with women showing more efficient networks which were less segregated than in men (FDR adjusted p <.05). Age-related changes were also more apparent in men than women, which suggests that men may be more vulnerable to cognitive decline with age. Interestingly, while network segregation and strength of limbic network were only nominally associated with cognitive performance, the network measures collectively were significantly associated with cognition (FDR adjusted p ≤.002). This may imply that individual measures may be inadequate to capture much of the variance in neural activity or its output and need further refinement. CONCLUSION The complexity of the functional brain organisation may be shaped by an individual’s age and sex, which ultimately may influence cognitive performance of older adults. Age and sex stratification may be used to inform clinical neuroscience research to identify older adults at risk of cognitive dysfunction.