乙酰胆碱低下可引起神经元的信息传递功能障碍，削弱了学习与记忆功能，可导致老年痴呆。而胆碱功能低下假说正是老年痴呆患者老年痴呆的特征性假设之一，即脑海马与皮层胆碱能神经元变性，显示胆碱乙酰转移酶显着降低。
胆碱乙酰转移酶降低，也是胆碱能神经元脱失以前额和颞叶皮层为单位的一种反应，杏仁核与海马的关系最明显。胆碱乙酰转移酶活性在细胞外老年斑中的下降幅度，细胞中神经元纤维缠结与密度有关，亦为痴呆。
心理测验分值存在显着正相关，这提示乙酰胆碱功能低下并非为非特异性变化，但在老年痴呆病理生理过程中，阿尔茨海默病是一重要影响因素。