Functional Hierarchy Disruption: A Mechanistic Link to Cognitive Decline and Treatment Targets in Alzheimer’s Disease

神经科学 认知 疾病 等级制度 心理学 认知功能衰退 默认模式网络 任务正网络 脑刺激 经颅直流电刺激 静息状态功能磁共振成像 刺激 功能连接 背 大脑定位 神经网络 相关性(法律) 神经影像学 医学 中枢神经系统 注意力网络 生物 动作(物理) 连接体 睡眠剥夺对认知功能的影响 职能组织 认知心理学 随机对照试验 脑深部刺激
作者
Kun Zhao,Rongshen Zhou,Pindong Chen,Dong Wang,Yating Li,Sheng Bi,Dawei Wang,Yongbin Wei,Hanyu Xi,Hongxiang Yao,Bo Zhou,Pan Wang,Ying Han,Xi Zhang,Jie Lu,Yong Liu,Shao-zhen Yan
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-8184263/v1
摘要

Abstract Alzheimer’s disease (AD) is marked by disrupted brain network connectivity, which impairs functional hierarchy and contributes to cognitive decline. Two fundamental questions, however, remain open: what specific changes occur in the hierarchical organization of the AD brain, and whether rectifying these changes can restore cognitive function. To answer these, we first analyzed individualized functional hierarchical architecture across three large, independent fMRI datasets (MCADI, N = 711; ADNI, N = 621; OASIS-3, N = 506). We identified a reproducible pattern of hierarchical remodeling in AD, characterized by expansion of the dorsal attention network A and shrinkage of the control network A, with spatial variability shaped by underlying brain tissue properties. To evaluate the therapeutic relevance of this signature, we conducted a randomized controlled trial of transcranial alternating current stimulation (tACS; N=44). Targeted stimulation selectively reversed the remodeling trajectory, suppressing dorsal attention network expansion and countering control network contraction. These network improvements persisted for three months and were accompanied by sustained cognitive gains, with 80% of participants showing measurable improvement. Our results reveal a functional hierarchical signature of AD and establish its potential as a novel interventional target, while also providing mechanistic insights into the action of non-invasive neuromodulation.
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