In early Alzheimer's disease (AD), the hippocampal region is the area most severely affected by cellular and structural alterations, yet glucose hypometabolism predominates in the posterior association cortex and posterior cingulate gyrus. One prevalent hypothesis to account for this discrepancy is that posterior cingulate hypometabolism results from disconnection from the hippocampus through disruption of the cingulum bundle. However, only partial and indirect evidence currently supports this hypothesis. Thus, using structural magnetic resonance imaging and 2-[(18)F]fluoro-2-deoxy-D-glucose positron emission tomography in 18 patients with early AD, we assessed the relationships between hippocampal atrophy, white matter integrity, and gray matter metabolism by means of a whole-brain voxel-based correlative approach. We found that hippocampal atrophy is specifically related to cingulum bundle disruption, which is in turn highly correlated to hypometabolism of the posterior cingulate cortex but also of the middle cingulate gyrus, thalamus, mammillary bodies, parahippocampal gyrus, and hippocampus (all part of Papez's circuit), as well as the right temporoparietal associative cortex. These results provide the first direct evidence supporting the disconnection hypothesis as a major factor contributing to the early posterior hypometabolism in AD. Disruption of the cingulum bundle also appears to relate to hypometabolism in a large connected network over and above the posterior cingulate cortex, encompassing the whole memory circuit of Papez (consistent with the key location of this white matter tract within this loop) and also, but indirectly, the right posterior association cortex.

Although the patterns of structural and metabolic brain alterations in Alzheimer's disease are being refined and discrepancies between them are being underlined, the exact relationships between atrophy and hypometabolism are still unclear. In this study, we aimed to provide a direct comparison between grey matter atrophy and hypometabolism in a sample of patients with clinically probable Alzheimer's disease, using a voxel-based method specially designed to statistically compare the two imaging modalities. Eighteen patients with probable Alzheimer's disease of mild severity and 15 healthy aged controls underwent both high-resolution T1 MRI and resting-state 18FDG-PET. The MRI data sets were handled using optimized VBM. The PET data were coregistered to their corresponding MRI, corrected voxel-wise for partial volume averaging and spatially normalized using the same parameters as those of their corresponding MRI volume. A differential smoothing was applied on the MRI and PET data sets to equalize their effective smoothness and resolution. For each patient, Z-score maps of atrophy and hypometabolism were created by comparing to the controls data set, respectively averaged to provide the profile of hypometabolism and atrophy, and entered in a voxel-by-voxel SPM analysis to assess the statistical differences between hypometabolism and atrophy. The observed patterns of hypometabolism and atrophy were consistent with previous studies. However, the direct comparison revealed marked regional variability in the relationship between hypometabolism and atrophy. Thus, the hypometabolism significantly exceeded atrophy in most altered structures, particularly in the posterior cingulate-precuneus, orbitofrontal, inferior temporo-parietal, parahippocampal, angular and fusiform areas. In contrast, a few hypometabolic structures among which the hippocampus exhibited similar degrees of atrophy and hypometabolism, a profile that significantly differed from the posterior cingulate. Excessive hypometabolism relative to atrophy suggests the intervention of additional hypometabolism-inducing factors, such as disconnection and amyloid deposition, resulting in genuine functional perturbation ahead of actual atrophy and perhaps of pathology as well. Conversely, in the hippocampus, where disconnection processes are also likely to occur, relative synaptic compensatory mechanisms may be taking place, maintaining neuronal activity in the face of structural alterations.

Subclinical depressive symptoms increase the risk of developing Alzheimer's disease (AD). The neurobiological mechanisms underlying this link may involve stress system dysfunction, notably related to the hippocampus which is particularly sensitive to AD. We aimed to investigate the links between blood stress markers and changes in brain regions involved in the stress response in older adults with or without subclinical depressive symptoms. This cross-sectional study was conducted using baseline data from the Age-Well trial. Cognitively unimpaired (CU) older adults with (DepS; n = 73) or without (NoDepS; n = 58) subclinical depressive symptoms (defined using the 15-item Geriatric Depression Scale) were included in the analyses. Blood cortisol, epinephrine and norepinephrine were measured; as well as the resting-state functional connectivity (rs-FC) between, and gray matter (GM) volume of, the hypothalamus, hippocampus and hippocampal subfields. Blood stress markers levels and neuroimaging measures were compared between groups; then regression analyses were conducted between these measures. DepS participants showed higher plasma epinephrine levels, which was associated with greater rs-FC between the CA1 and Subiculum hippocampal subfields and the hypothalamus. Lower GM volume in the CA1 and DG/CA2-3–4 subfields was also found in DepS. No between-group differences were observed for blood cortisol and norepinephrine. Our findings show that subclinical depressive symptoms are associated with increased sympatho-adrenomedullary axis activity, together with lower GM volume in a hippocampal subfield (i.e., CA1) particularly sensitive to AD. While causation cannot be inferred, these results suggest that screening and treating subclinical depressive symptoms in CU older adults could reduce AD risk. ClinicalTrials.gov Identifier: NCT02977819, Registration Date: 2016–11-25.

Meditation is a mental training approach that can improve mental health and well-being in aging. Yet the underlying mechanisms remain unknown. The Medit-Ageing model stipulates that three mechanisms — attentional, constructive, and deconstructive — upregulate positive psycho-affective factors and downregulate negative ones. To test this hypothesis, we measured brain structural MRI and perfusion, negative and positive psycho-affective composite scores, and meditation mechanisms in 27 older expert meditators and 135 meditation-naive older controls. We identified brain and psycho-affective differences and performed mediation analyses to assess whether and which meditation mechanisms mediate their links. Meditators showed significantly higher volume in fronto-parietal areas and perfusion in temporo-occipito-parietal areas. They also had higher positive and lower negative psycho-affective scores. Attentional and constructive mechanisms both mediated the links between brain differences and the positive psycho-affective score whereas the deconstructive mechanism mediated the links between brain differences and the negative psycho-affective score. Our results corroborate the Medit-Ageing model, indicating that, in aging, meditation leads to brain changes that decrease negative psycho-affective factors and increase positive ones through relatively specific mechanisms. Shedding light on the neurobiological and psycho-affective mechanisms of meditation in aging, these findings provide insights to refine future interventions.