Abstract Aim Modelling African great ape distribution has until now focused on current or past conditions, while future scenarios remain scarcely explored. Using an ensemble forecasting approach, we predicted changes in taxon‐specific distribution under future scenarios of climate, land use and human populations for (1) areas outside protected areas (PAs) only (assuming complete management effectiveness of PAs), (2) the entire study region and (3) interspecies range overlap. Location Tropical Africa. Methods We compiled occurrence data ( n = 5,203) on African apes from the IUCN A.P.E.S. database and extracted relevant climate‐, habitat‐ and human‐related predictors representing current and future (2050) conditions to predict taxon‐specific range change under a best‐ and a worst‐case scenario, using ensemble forecasting. Results The predictive performance of the models varied across taxa. Synergistic interactions between predictors are shaping African ape distribution, particularly human‐related variables. On average across taxa, a range decline of 50% is expected outside PAs under the best scenario if no dispersal occurs (61% in worst scenario). Otherwise, an 85% range reduction is predicted to occur across study regions (94% worst). However, range gains are predicted outside PAs if dispersal occurs (52% best, 21% worst), with a slight increase in gains expected across study regions (66% best, 24% worst). Moreover, more than half of range losses and gains are predicted to occur outside PAs where interspecific ranges overlap. Main Conclusions Massive range decline is expected by 2050, but range gain is uncertain as African apes will not be able to occupy these new areas immediately due to their limited dispersal capacity, migration lag and ecological constraints. Given that most future range changes are predicted outside PAs, Africa's current PA network is likely to be insufficient for preserving suitable habitats and maintaining connected ape populations. Thus, conservation planners urgently need to integrate land use planning and climate change mitigation measures at all decision‐making levels both in range countries and abroad.

ABSTRACT Aim Modelling African great ape distribution has until now focused on current or past conditions, whilst future scenarios remain scarcely explored. Using an ensemble forecasting approach, we predicted changes in taxon-specific distribution under future scenarios of climate, land-use and human population changes. Location Sub-Saharan Africa Methods We compiled occurrence data on African ape populations from the IUCN A.P.E.S. database and extracted relevant human-, climate- and habitat-related predictors representing current and future (2050) conditions to predict taxon-specific distribution under a best- and a worst-case scenario, using ensemble forecasting. Given the large effect on model predictions, we further tested algorithm sensitivity by considering default and non-default modelling options. The latter included interactions between predictors and polynomial terms in correlative algorithms. Results The future distributions of gorilla and bonobo populations are likely to be directly determined by climate-related variables. In contrast, future chimpanzee distribution is influenced mostly by anthropogenic variables. Both our modelling approaches produced similar model accuracy, although a slight difference in the magnitude of range change was found for Gorilla beringei beringei, G. gorilla diehli , and Pan troglodytes schweinfurthii . On average, a decline of 50% of the geographic range ( non-default ; or 55% default ) is expected under the best scenario if no dispersal occurs (57% non-default or 58% default in worst scenario). However, new areas of suitable habitat are predicted to become available for most taxa if dispersal occurs (81% or 103% best, 93% or 91% worst, non-default and default , respectively), except for G. b. beringei . Main Conclusions Despite the uncertainty in predicting the precise proportion of suitable habitat by 2050, both modelling approaches predict large range losses for all African apes. Thus, conservation planners urgently need to integrate land-use planning and simultaneously support conservation and climate change mitigation measures at all decision-making levels both in range countries and abroad.

Neocortical layer 5 thick-tufted pyramidal cells are prone to exhibiting burst firing on receipt of coincident basal and apical dendritic inputs. These inputs carry different information, with basal inputs coming from feedforward sensory pathways and apical inputs coming from diverse sources that provide context in the cortical hierarchy. We explore the information processing possibilities of this burst firing using computer simulations of a noisy compartmental cell model. Simulated data on stochastic burst firing due to brief, simultaneously injected basal and apical currents allows estimation of burst firing probability for different stimulus current amplitudes. Information-theory-based partial information decomposition (PID) is used to quantify the contributions of the apical and basal input streams to the information in the cell output bursting probability. Different operating regimes are apparent, depending on the relative strengths of the input streams, with output burst probability carrying more or less information that is uniquely contributed by either the basal or apical input, or shared and synergistic information due to the combined streams. We derive and fit transfer functions for these different regimes that describe burst probability over the different ranges of basal and apical input amplitudes. The operating regimes can be classified into distinct modes of information processing, depending on the contribution of apical input to output bursting: apical cooperation, in which both basal and apical inputs are required to generate a burst; apical amplification, in which basal input alone can generate a burst but the burst probability is modulated by apical input; apical drive, in which apical input alone can produce a burst; and apical integration, in which strong apical or basal inputs alone, as well as their combination, can generate bursting. In particular, PID and the transfer function clarify that the apical amplification mode has the features required for contextually-modulated information processing.

Neurons in the medial vestibular nucleus (MVN) display hyperpolarisation-gated synaptic plasticity, where inhibition believed to come from cerebellar cortical Purkinje cells can induce long-term potentiation (LTP) or long-term depression (LTD) of vestibular nerve afferent synapses. This phenomenon is thought to underlie the plasticity of the vestibulo-ocular reflex (VOR). The molecular and cellular mechanisms involved are largely unknown. Here we present a novel multi-scale computational model, which captures both electrophysiological and biochemical signalling at vestibular nerve synapses on proximal dendrites of the MVN neuron. We show that AMPA receptor phosphorylation at the vestibular synapse depends in complex ways on dendritic calcium influx, which is in turn shaped by patterns of post-synaptic hyperpolarisation and vestibular nerve stimulation. Hyperpolarisation-gated synaptic plasticity critically depends on the activation of LVA calcium channels and on the interplay between CaMKII and PP2B in dendrites of the post-synaptic MVN cell. The extent and direction of synaptic plasticity depend on the strength and duration of hyperpolarisation, and on the relative timing of hyperpolarisation and vestibular nerve stimulation. The multi-scale model thus enables us to explore in detail the interactions between electrophysiological activation and post-synaptic biochemical reaction systems. More generally, this model has the potential to address a wide range of questions about neural signal integration, post-synaptic biochemical reaction systems and plasticity.

Pyramidal cells in layer 5 of the neocortex have two distinct integration sites. These cells integrate inputs to basal dendrites in the soma while integrating inputs to the tuft in a site at the top of the apical trunk. The two sites communicate by action potentials that backpropagate to the apical site and by backpropagation-activated calcium spikes (BAC firing) that travel from the apical to the somatic site. Six key messages arise from the probabilistic information-theoretic analyses of BAC firing presented here. First, we suggest that pyramidal neurons with BAC firing could convert the odds in favour of the presence of a feature given the basal data into the odds in favour of the presence of a feature given the basal data and the apical input, by a simple Bayesian calculation. Second, the strength of the cell’s response to basal input can be amplified when relevant to the current context, as specified by the apical input, without corrupting the message that it sends. Third, these analyses show rigorously how this apical amplification depends upon communication between the sites. Fourth, we use data on action potentials from a very detailed multi-compartmental biophysical model to study our general model in a more realistic setting, and demonstrate that it describes the data well. Fifth, this form of BAC firing meets criteria for distinguishing modulatory from driving interactions that have been specified using recent definitions of multivariate mutual information. Sixth, our general decomposition can be extended to cases where, instead of being purely driving or purely amplifying, apical and basal inputs can be partly driving and partly amplifying to various extents. These conclusions imply that an advance beyond the assumption of a single site of integration within pyramidal cells is needed, and suggest that the evolutionary success of neocortex may depend upon the cellular mechanisms of context-sensitive selective amplification hypothesized here.Author summary The cerebral cortex has a key role in conscious perception, thought, and action, and is predominantly composed of a particular kind of neuron: the pyramidal cells. The distinct shape of the pyramidal neuron with a long dendritic shaft separating two regions of profuse dendrites allows them to integrate inputs to the two regions separately and combine the results non-linearly to produce output. Here we show how inputs to this more distant site strengthen the cell’s output when it is relevant to the current task and environment. By showing that such neurons have capabilities that transcend those of neurons with the single site of integration assumed by many neuroscientists, this ‘splitting of the neuronal atom’ offers a radically new viewpoint from which to understand the evolution of the cortex and some of its many pathologies. This also suggests that approaches to artificial intelligence using neural networks might come closer to something analogous to real intelligence, if, instead of basing them on processing elements with a single site of integration, they were based on elements with two sites, as in cortex.

Summary Kv3 potassium currents mediate rapid repolarization of action potentials (AP), supporting fast spikes and high repetition rates. Of the four Kv3 gene family members, Kv3.1 and Kv3.3 are highly expressed in the auditory brainstem and we exploited this to test for subunit-specific roles at the calyx of Held presynaptic terminal. Deletion of Kv3.3 (but not Kv3.1) increased presynaptic AP duration and facilitated transmitter release, which in turn enhanced short-term depression during high frequency transmission. The response to sound was delayed in the Kv3.3KO, with higher spontaneous and lower evoked firing, thereby reducing signal-to-noise ratio. Computational modelling showed that the enhanced EPSC and short-term depression in the Kv3.3KO reflected increased vesicle release probability and accelerated activity-dependent vesicle replenishment. We conclude that Kv3.3 is the presynaptic ‘delayed rectifier’, enabling short duration, precisely timed APs to maintain transmission at high frequencies and during sustained synaptic activity.