Abstract Neurovascular coupling is a critical brain mechanism whereby changes to blood flow accompany localised neural activity. The breakdown of neurovascular coupling is linked to the development and progression of several neurological conditions including dementia. In this study, we examined cortical haemodynamics in preparations that modelled Alzheimer’s disease (J20-AD) and atherosclerosis (PCSK9-ATH) between 9-12m of age. We report novel findings with atherosclerosis where neurovascular decline is characterised by significantly reduced blood volume, levels of oxyhaemoglobin & deoxyhaemoglobin, in addition to global neuroinflammation. In the comorbid mixed model (J20-PCSK9-MIX), we report a 3x fold increase in hippocampal amyloid-beta plaques. A key finding was that cortical spreading depression (CSD) due to electrode insertion into the brain was worse in the diseased animals and led to a prolonged period of hypoxia. These findings suggest that systemic atherosclerosis can be detrimental to neurovascular health and that having cardiovascular comorbidities can exacerbate pre-existing Alzheimer’s-related amyloid-plaques.

Objective: Atherosclerosis is a major risk factor for dementia. The aims of this study were to determine if experimental atherosclerosis leads to altered neurovascular function and causes neurovascular damage. Approach and Results: We analysed cerebral blood volume in male C57BL6/J mice injected with an adeno-associated virus (AAV) vector for mutated proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9D377Y) fed a Western diet for 35 weeks to induce atherosclerosis (ATH) and 9-12m male wild-type (WT) C57BL/6J. We imaged blood volume responses to sensory stimulation and vascular reactivity gas challenges in the cortex of the brain through a thinned cranial window using 2D-optical imaging spectroscopy (2D-OIS). Neural activity was also recorded with multi-channel electrodes. Stimulation-evoked cortical haemodynamics, in terms of cerebral blood volume, were significantly reduced in ATH mice compared to WT and evoked neural activity was also significantly lower. However, vascular reactivity as assessed by 10% hypercapnia, remained intact in ATH mice. Immunohistochemistry in ATH mice revealed a reduced number of cortical neurons and pericytes in the cortex, but increased astrogliosis. qRT-PCR revealed significantly enhanced TNFα & IL1β in ATH mice compared to WT as well as significant upregulation of eNOS. Conclusion: Systemic atherosclerosis causes significant neurovascular decline by 9m in atherosclerotic mice characterised by reduced neural activity, associated with loss of neurons and subsequent reduced cortical haemodynamics in response to physiological stimulations. The altered neurovascular function in ATH mice is chiefly mediated by TNFα.