Abstract The purpose of the present investigation was to examine the topographical organization of efferent projections from the cytoarchitectonic divisions of the mPFC (the medial precentral, dorsal anterior cingulate and prelimbic cortices). We also sought to determine whether the efferents from different regions within the prelimbic division were organized topographically. Anterograde transport of Phaseolus vulgaris leucoagglutinin was used to examined the efferent projections from restricted injection sites within the mPFC. Major targets of the prelimbic area were found to include prefrontal, cingulate, and perirhinal cortical structures, the dorsomedial and ventral striatum, basal forebrain nuclei, basolateral amygdala, lateral hypothalamus, mediodorsal, midline and intralaminar thalamic nuclei, periaqueductal gray region, ventral midbrain tegmentum, laterodorsal tegmental nucleus, and raphe nuclei. Previously unreported projections of the prelimbic region were also observed, including efferents to the anterior olfactory nucleus, the piriform cortex, and the pedunculopontine tegmental‐cuneiform region. A topographical organization governed the efferent projections from the prelimbic area, such that the position of terminal fields within target structures was determined by the rostrocaudal, dorsoventral, and mediolateral placement of the injection sites. Efferent projections from the medial precentral and dorsal anterior cingulate divisions (dorsomedial PFC) were organized in a similar topographical fashion and produced a pattern of anterograde labeling different from that seen with prelimbic injection sites. Target structures innervated primarily by the dorsomedial PFC included certain neocortical fields (the motor, somatosensory, and visual cortices), the dorsolateral striatum, superior colliculus, deep mesencephalic nucleus, and the pontine and medullary reticular formation. Previously unreported projections to the paraoculomotor central gray area and the mesencephalic trigeminal nucleus were observed following dorsomedial PFC injections. These results indicate that the efferent projections of the mPFC are topographically organized within and across the cytoarchitectonic divisions of the medial wall cortex. The significance of topographically organized and restricted projections of the rat mPFC is discussed in light of behavioral and physiological studies indicating functional heterogeneity of this region.

Abstract Recent data have emphasized the neurochemically distinct nature of subterritories in the accumbens part of the rat ventral striatum termed the core, shell, and rostral pole. In order to gain a more comprehensive understanding of how afferents are distributed relative to these subterritories, immunohistochemical detection of retrogradely transported Fluoro‐Gold was carried out following iontophoretic injections intended to involve selectively one of the subterritories. The data revealed that a number of cortical afferents of the medial shell and core originate in separate areas, i.e., the dorsal peduncular, infralimbic, and posterior piriform cortices (to medial shell) and the dorsal prelimbic, anterior agranular insular, anterior cingulate, and perirhinal cortices (to core). The lateral shell and rostral pole are innervated by cortical structures that also project either to the medial shell or core. The orbital, posterior agranular insular, and entorhinal cortices, hippocampus, and basal amygdala were observed to innervate the accumbens in a topographic manner. Following core injections, strong bilateral cortical labeling was observed. Few labeled cortical cells were observed contralaterally following injections in the medial shell. Intermediate numbers of labeled neurons were observed in contralateral cortices following lateral shell injections. Robust subcortical labeling in a variety of structures in the ventral forebrain, lateral hypothalamus, deep temporal lobe, and brainstem was observed after shell injections, particularly those that involved the caudal dorsomedial extremity of the shell, i.e., its “septal pole.” Selective ipsilateral labeling of subcortical structures in the basal ganglia circuitry was observed following injections in the core and, to a lesser extent, lateral shell. It was concluded that a number of afferent systems exhibit varying degrees of segregation with respect to the accumbal subterritories. © 1993 Wiley‐Liss, Inc.

Dopaminergic projections to the forebrain arising from the mesencephalic ventral tegmentum modulate information processing in cortical and limbic sites. The lateral hypothalamus is crucial for the coordination of behavioral responses to interoceptive cues. The presence of a hypothalamic input to the ventral tegmental area has been known for some time, but the organization of this pathway has received little attention. Among the neuropeptides found in the hypothalamus are the orexins, which are selectively expressed in the lateral hypothalamus and adjacent perifornical area and are critically involved in homeostatic regulatory processes, including arousal and feeding. We examined the anatomical relationships between orexin and dopamine neurons in rats, with particular attention to characterizing the lateral hypothalamic projection to midbrain dopamine neurons. Iontophoretic deposits of the retrograde tracer FluoroGold into the ventral tegmental area revealed a large number of retrogradely-labeled cells that formed a band extending from the medial perifornical area arching dorsally over the fornix and then ventrolaterally into the lateral hypothalamus; approximately 20% of these cells expressed orexin A-like immunoreactivity. Moreover, axons that were anterogradely labeled from the lateral hypothalamus were seen throughout the ventral tegmental area, and were often in close proximity to the dendrites and somata of dopamine neurons. Dopamine and orexin fibers were found to codistribute in the medial prefrontal cortex; orexin fibers were present in lower density in the medial shell of the nucleus accumbens, and the central and posterior basolateral nuclei of the amygdala. We conclude that the lateral hypothalamic/perifornical projection represents an anatomical substrate by which interoceptive-related signals may influence forebrain dopamine function.

Recent anatomical data suggest that the nucleus accumbens can be parcellated into a core region, related to the caudate-putamen, and a shell region, associated with the limbic system. We have used pharmacological methods to characterize the dopamine innervations of the nucleus accumbens core and shell in the rat. Concentrations of both dopamine and serotonin were significantly greater in the nucleus accumbens shell than the nucleus accumbens core. Metabolite: amine ratios suggested that both dopamine and serotonin utilization are greater in the core. However, dopamine turnover (as determined by measuring the rate of decline of dopamine after α-methyl-p-tyrosine treatment) was not significantly different in the two accumbal sectors. Dopamine concentrations in the two nucleus accumbens sectors were decreased to an equivalent degree at both 4 and 18 h after reserpine administration. In contrast, serotonin concentrations were decreased to a significantly greater degree in the nucleus accumbens core than nucleus accumbens shell at 4 h, but not 18 h, after reserpine administration. Administration of haloperidol increased dopamine utilization in both nucleus accumbens sectors, but augmented utilization to a significantly greater degree in the nucleus accumbens core. Clozapine increased dopamine utilization to an equivalent degree in both nucleus accumbens regions. Short duration immobilization stress selectively increased dopamine utilization in the nucleus accumbens shell. These data indicate that there are significant differences between the nucleus accumbens core and nucleus accumbens shell in basal dopamine metabolism, and indicate that the core and shell dopamine innervations can be distinguished on the basis of response to both pharmacological and environmental challenges. These data are consistent with the hypothesis that the dopaminergic innervation of the nucleus accumbens core is associated with the nigrostriatal system, while that of the nucleus accumbens shell is related to the mesolimbic system.

The effects of stress on dopamine (DA) metabolism in the mesencephalic DA cell body areas and DA terminal field regions were examined. Both mild footshock stress and exposure to a neutral stimulus previously paired with footshock resulted in a selective increase in the levels of the DA metabolite 3, 4-dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC) in the prefrontal cortex as has been previously reported. Footshock stress also resulted in a slight but significant increase in DOPAC levels in the olfactory tubercles. DOPAC levels were selectively increased in the A10 cell body area (ventral tegmental area) but not A9 region (substantia nigra) by both footshock and the conditioned stress paradigm. These data indicate that the cell bodies of origin of the mesocortical dopaminergic system are activated by stress in contrast to those DA neurons innervating the striatum. It appears that mesocortical dopaminergic neurons exhibit different regulatory features than mesolimbic or nigrostriatal neurons.

Psychedelic drugs like lysergic acid diethylamide (LSD) and psilocybin have emerged as potentially transformative therapeutics for many neuropsychiatric diseases, including depression, anxiety, post-traumatic stress disorder, migraine, and cluster headaches. LSD and psilocybin exert their psychedelic effects via activation of the 5-hydroxytryptamine 2A receptor (HTR2A). Here we provide a suite of engineered mice useful for clarifying the role of HTR2A and HTR2A-expressing neurons in psychedelic drug actions. We first generated Htr2a-EGFP-CT-IRES-CreERT2 mice (CT:C-terminus) to independently identify both HTR2A-EGFP-CT receptors and HTR2A-containing cells thereby providing a detailed anatomical map of HTR2A and identifying cell types that express HTR2A. We also generated a humanized Htr2a mouse line and an additional constitutive Htr2A-Cre mouse line. Psychedelics induced a variety of known behavioral changes in our mice validating their utility for behavioral studies. Finally, electrophysiology studies revealed that extracellular 5-HT elicited a HTR2A-mediated robust increase in firing of genetically-identified pyramidal neurons--consistent with a plasma membrane localization and mode of action. These mouse lines represent invaluable tools for elucidating the molecular, cellular, pharmacological, physiological, behavioral, and other actions of psychedelic drugs in vivo.