房颤于认知下降和痴呆有关，独立于临床发生的卒中。其确切的机制尚未被完全阐明，但是房颤患者可以合并亚临床脑梗死(subclinical cerebral infarctions，SCI)、脑微梗死、慢性脑低灌注、炎症，并且共享血管危险因素比如高血压和 。脑 MRI 研究发现了脑形态学改变和认识功能受损之间的关系。 基于社区人群研究发现，白质高信号(white mater hyperintensitites，WMH)增加、脑萎缩和容量的降低以及 SCI是与认知下降相关的几个临床标志。

关于房颤和脑形态学改变的研究是有限的，因为这些研究为横断面研究或随访有限。一项2013年冰岛基于社区横断面分析发现房颤与较低的脑总容量(total brain volume，TBV)有关。然而，佛明翰心脏研究子代队列(基于社区的近期横断面分析)并没有发现房颤与较低 TBV 有关(调整血管危险因素后)。而且，在一项纵向分析中(复查脑 MRI 6.5年)，发现房颤与局部脑容积或 TBV 变化无关。

2019年4月来自美国的Jeremy P. Berman等在 Stroke 上发表了他们的研究结果，他们利用ARIC(Atherosclerosis Risk in Communities)研究的数据，评价1.房颤与脑 MRI 异常的纵向关系，2.横断面关系。

纵向分析纳入了963例既往无卒中或房颤参与者(平均年龄73岁+-4.4岁;62%为女性;51%为黑人)，这些患者从1993-1995年间进行了第一次 MRI 检查，从2004年到2006年进行了第二次 MRI 检测(平均10.6年)。预后指标包括亚临床脑梗死、脑沟大小，脑室大小;横断面分析包括 WMH 和 TBV。

在纵向分析中，首次脑 MRI 后29例(3%)发生了房颤。这29例参与者发生亚临床脑梗死的几率更高(OR，3.08;95% CI 1.39 - 6.83)，脑沟分级(OR, 3.56; 95% CI, 1.04 – 12.2)和脑室分级(OR, 9.34; 95% CI, 1.24 – 70.2)加重。在横断面分析中，969例参与者中在2004-2006年 MRI 扫描期间35例(3.6%)发现房颤。调整多因素后，这35例脑沟分级(OR, 3.9; 95% CI, 1.7 – 9.1)和脑室分级(OR, 2.4; 95% CI, 1.0 – 5.7)更高，WMH 和 TBV 没有差异。

最终作者认为房颤与亚临床脑梗死、恶化脑沟和脑室分级(形态学改变与年龄和痴呆有关)独立相关。需要更多研究探讨房颤相关神经退行性病变的机制。