horizon.png
David H. Salat
salat@nmr.mgh.harvard.edu
Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging
Massachusetts General Hospital Department of Radiology
Neuroimaging Research for Veterans (NeRVe) Center, VABoston Healthcare System
THE MANY FACETS OF BRAIN AGING ASASSESSED BY MRI (AND FREESURFER)
contrast-figure_methods_final_20090218
horizon.png
AGING
US has added >20 years to normal life expectancy in the lastcentury
Advancing age is a risk for several diseases (e.g. AD, CVD,cancer)
Which of these changes are most detrimental to cognitivefunction, and what are the biological conditions that contributeto these detrimental processes?
horizon.png
THE US BABY BOOM
Baby booms (increased rate ofbirths) signify good times andperiods of general economic growthand stability
The number of births per thousandpeople in the United States
The blue segment is the Post WorldWar II period; and is defined as theBaby Boom by the United Statesgovernment.
~78 million Americans were bornduring this period
Image: Nicholas W. Beeson, University of Michigan
horizon.png
OVERVIEW OF MRI STUDIES OFAGING
Age-associated alteration in:
Brain macrostructure
Structural MRI (sMRI)
Brain microstructure
Diffusion tensor imaging (DTI); Gray/white tissue
Brain Vasculature: Cerebral blood flow
Arterial spin labeling MRI (ASL)
horizon.png
BRIAN ATROPHY WITH AGING
Postmortem studies have demonstratedsubstantial reduction in brain weight across theadult lifespan (5-10%)
MRI can quantify the regional basis of thesechanges to determine whether certain regionsare particularly vulnerable
Prior studies suggested vulnerability ofprefrontal and association cortex with relativesparing of primary cortices
horizon.png
class1
CORTICAL THICKNESS (RECON-ALL)
horizon.png
Group Mean Thickness
Young
Old
means2
means2
means2
means2
individ
individ
individ
Middle Aged
Salat et al., Cerebral Cortex, 2004
horizon.png
figure3
Salat et al., Cerebral Cortex, 2004
AGE-ASSOCIATED CORTICALTHINNING (MRI_GLMFIT)
Thinning in primaryand associationcortices
Regional thinningrelates toneuropsychologicalperformance
Mechanisms ofthinning are unknown
horizon.png
CORTICAL SIGNATURE OF AD
Dickerson et al., Cerebral Cortex, 2008
horizon.png
GRAY MATTER MACROSTRUCTURESUMMARY
There are substantial volumetric changesin cortical and subcortical gray matter withnondemented aging
AD may accelerate, yet also presents withdistinct structural abnormalities comparedto aging
horizon.png
fig-1-black
WMPARC: VOLUMETRIC ANALYSIS/DTI ROIANALYSIS (WMPARC.MGZ)
horizon.png
EFFECTS OF AGE AND AD ONREGIONAL WHITE MATTER
Salat et al., 2009
horizon.png
OVERVIEW OF MRI STUDIES OFAGING
Age-associated alteration in:
Brain macrostructure
Structural MRI (sMRI)
Brain microstructure
Diffusion tensor imaging (DTI); Gray/white tissue
Brain Vasculature: Cerebral blood flow
Arterial spin labeling MRI (ASL)
horizon.png
FSL INTEGRATION: COMBINED TBSS/WMPARCELLATION ROI ANALYSIS
Leritz et al., under review
horizon.png
DIFFUSION MEASURES DEEP WHITE MATTER:WHAT ABOUT SUPERFICIALMICROSTRUCTURE?
contrast-figure_methods_final_20090218
High Contrast
Low Contrast
Salat et al., 2009
horizon.png
VARIATION IN SIGNAL INTENSITYACROSS THE CORTICAL MANTLE(PCTSURFCON)
contrast-figure_methods_final_20090218
Salat et al., 2009
horizon.png
STRONG ASSOCIATIONS BETWEENREGIONAL GWR AND AGE (MRI_GLMFIT)
contrast-figure_gwr-age_thickness-age_20090219
Changes in Contrast (GWR) with Age
Salat et al., 2009
horizon.png
EFFECTS OF AD ON GWR REMAINSTRONG WHEN CONTROLLING FORCORTICAL THICKNESS (MRI_GLMFITW/-PVR)
Figure_GMWM_RegThickness_Thickness_Contrast2
Salat et al., 2011
horizon.png
OVERVIEW OF MRI STUDIES OFAGING
Age-associated alteration in:
Brain macrostructure
Structural MRI (sMRI)
Brain microstructure
Diffusion tensor imaging (DTI); Gray/white tissue
Brain Vasculature: Cerebral blood flow
Arterial spin labeling MRI (ASL)
horizon.png
ARTERIAL SPIN LABELING (ASL)QUANTITATIVE CBF MAPS IN YOUNG, MIDDLE-AGED, AND OLDER ADULTS
Fig1.tif
<40 years
40-60 years
>60 years
Chen et al., 2011
horizon.png
MINIMAL OVERLAP: CBF & ATROPHY
Fig10.tif
overlap
atrophy only
CBF reduction only
Chen et al., 2011
horizon.png
CBF SUMMARY
There is a regional decline in cerebralblood flow with advancing age
Changes in blood flow are regionallydistinct from those of atrophy
horizon.png
OVERVIEW OF MRI STUDIES OFAGING
Age-associated alteration in:
Brain macrostructure
Structural MRI (sMRI)
Brain microstructure
Diffusion tensor imaging (DTI); Gray/white tissue
Brain Vasculature: Cerebral blood flow
Arterial spin labeling MRI (ASL)
horizon.png
ACKNOWLEDGEMENTS
H. Diana Rosas
Bruce Fischl
Randy Buckner
Andre van der Kouwe
Doug Greve
Stephanie Lee
Christina Onorato
National Institutes of Health:
NIA K01AG024898
NINR R01NR10827
Athinoula A. Martinos Center forBiomedical Imaging:
National Center for ResearchResources: P41RR14075
National Alliance for MedicalImage Computing: NIBIB U54EB005149
Freesurfer Team:
surfer.nmr.mgh.harvard.edu
Open Access Series of ImagingStudies
oasis-brains.org
Bill Milberg
Betsy Leritz
Gina McGlinchey
Jean Chen
Tyler Triggs