Multimodal neuroimaging unveils basal forebrain-limbic system circuit dysregulation in cognitive impairment with depression: a pathway to early diagnosis and intervention - 12/07/25

Doi : 10.1016/j.tjpad.2025.100298 
Xiaowen Xu 1, 2, #, Xiereniguli Anayiti 1, 2, #, Peiying Chen 1, 2, Zhongfeng Xie 1, 2, Mengling Tao 1, 2, Yongsheng Xiang 1, 2, Mingyu Tan 1, 2, Yingying Liu 1, 2, Ling Yue 3, 4, , Shifu Xiao 3, 4, , Peijun Wang 1, 2,
1 Department of Medical Imaging, Tongji Hospital, School of Medicine, Tongji University, Shanghai, 200092, China 
2 Institute of Medical Imaging Artificial Intelligence, Tongji University School of Medicine, Shanghai, 200092, China 
3 Department of Geriatric Psychiatry, Shanghai Mental Health Center, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai, China 
4 Alzheimer’s Disease and Related Disorders Center, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China 

Correspondence authors.

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.
Article gratuit.

Connectez-vous pour en bénéficier!

Sous presse. Manuscrit accepté. Disponible en ligne depuis le Saturday 12 July 2025
Cet article a été publié dans un numéro de la revue, cliquez ici pour y accéder

Abstract

Background

Alzheimer’s disease (AD) frequently co-occurs with depressive symptoms, exacerbating both cognitive decline and clinical complexity, yet the neural substrates linking this co-occurrence remain poorly understood. We aimed to investigate the role of basal forebrain-limbic circuit dysregulation in the interaction between cognitive impairment and depressive symptoms, identifying potential biomarkers for early diagnosis and intervention.

Methods

This cross-sectional study included participants stratified into normal controls (NC), cognitive impairment without depression (CI-nD), and cognitive impairment with depression (CI-D). Multimodal MRI (structural, diffusion, functional, perfusion, iron-sensitive imaging) and plasma biomarkers were analyzed. Machine learning models classified subgroups using neuroimaging features.

Results

CI-D exhibited distinct basal forebrain-limbic circuit alterations versus CI-nD and NC: (1) Elevated free-water fraction (FW) in basal forebrain subregions (Ch123/Ch4, p < 0.04), indicating early neuroinflammation; (2) Increased iron deposition in the anterior cingulate cortex and entorhinal cortex (p < 0.05); (3) Hyperperfusion and functional hyperactivity in Ch123 and amygdala; (4) Plasma neurofilamentlightchain exhibited correlated with hippocampal inflammation in CI-nD (p = 0.03) but linked to basal forebrain dysfunction in CI-D (p < 0.05). Multimodal support vector machine achieved 85% accuracy (AUC=0.96) in distinguishing CI-D from CI-nD, with Ch123 and Ch4 as key discriminators. Pathway analysis in the CI-D group further revealed that FW-related neuroinflammation in the basal forebrain (Ch123/Ch4) indirectly contributed to cognitive impairment via structural atrophy.

Conclusion

We identified a neuroinflammatory-cholinergic pathway in the basal forebrain as an early mechanism driving depression-associated cognitive decline. Multimodal imaging revealed distinct spatiotemporal patterns of circuit dysregulation, suggesting neuroinflammation and iron deposition precede structural degeneration. These findings position the basal forebrain-limbic circuit as a therapeutic target and provide actionable biomarkers for early intervention in AD with depressive symptoms.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Key words : Alzheimer’s disease, cognitive impairment, depression, multimodal MRI, SVM, basal forebrain-limbic circuit


Plan


© 2025  Publié par Elsevier Masson SAS.
Ajouter à ma bibliothèque Retirer de ma bibliothèque Imprimer
Export

    Export citations

  • Fichier

  • Contenu

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.

Elsevier s'engage à rendre ses eBooks accessibles et à se conformer aux lois applicables. Compte tenu de notre vaste bibliothèque de titres, il existe des cas où rendre un livre électronique entièrement accessible présente des défis uniques et l'inclusion de fonctionnalités complètes pourrait transformer sa nature au point de ne plus servir son objectif principal ou d'entraîner un fardeau disproportionné pour l'éditeur. Par conséquent, l'accessibilité de cet eBook peut être limitée. Voir plus

Mon compte


Plateformes Elsevier Masson

Déclaration CNIL

EM-CONSULTE.COM est déclaré à la CNIL, déclaration n° 1286925.

En application de la loi nº78-17 du 6 janvier 1978 relative à l'informatique, aux fichiers et aux libertés, vous disposez des droits d'opposition (art.26 de la loi), d'accès (art.34 à 38 de la loi), et de rectification (art.36 de la loi) des données vous concernant. Ainsi, vous pouvez exiger que soient rectifiées, complétées, clarifiées, mises à jour ou effacées les informations vous concernant qui sont inexactes, incomplètes, équivoques, périmées ou dont la collecte ou l'utilisation ou la conservation est interdite.
Les informations personnelles concernant les visiteurs de notre site, y compris leur identité, sont confidentielles.
Le responsable du site s'engage sur l'honneur à respecter les conditions légales de confidentialité applicables en France et à ne pas divulguer ces informations à des tiers.


Tout le contenu de ce site: Copyright © 2025 Elsevier, ses concédants de licence et ses contributeurs. Tout les droits sont réservés, y compris ceux relatifs à l'exploration de textes et de données, a la formation en IA et aux technologies similaires. Pour tout contenu en libre accès, les conditions de licence Creative Commons s'appliquent.