Summary Transmission from striatal cholinergic interneurons (CINs) controls dopamine release through nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) on dopaminergic axons. Anatomical studies suggest that cholinergic terminals signal predominantly through non-synaptic volume transmission. However, the influence of cholinergic transmission on electrical signaling in axons remains unclear. We examined axo-axonal transmission from CINs onto dopaminergic axons using perforated-patch recordings which revealed rapid spontaneous EPSPs with properties characteristic of fast synapses. Pharmacology showed that axonal EPSPs (axEPSPs) were mediated primarily by high-affinity α6-containing receptors. Remarkably, axEPSPs triggered spontaneous action potentials locally in dopaminergic axons, suggesting these axons perform integration to convert synaptic input into spiking, a function associated with somatodendritic compartments. We investigated cross-species validity of cholinergic axo-axonal transmission by recording dopaminergic axons in macaque putamen and found similar axEPSPs. Thus, we reveal that fast synaptic-like neurotransmission underlies cholinergic signaling onto dopaminergic axons, providing insight into how nicotinic receptors shape electrical signaling directly in axon terminals.

SUMMARY Opioid receptors within the CNS regulate pain sensation and mood and are key targets for drugs of abuse. Within the adult rodent hippocampus (HPC), μ-opioid receptor agonists suppress inhibitory parvalbumin-expressing interneurons (PV-INs), thus disinhibiting the circuit. However, it is uncertain if this disinhibitory motif is conserved in other cortical regions, species, or across development. We observed that PV-IN mediated inhibition is robustly suppressed by opioids in HPC but not neocortex in mice and nonhuman primates, with spontaneous inhibitory tone in resected human tissue also following a consistent dichotomy. This hippocampal disinhibitory motif was established in early development when immature PV-INs and opioids already influence primordial network rhythmogenesis. Acute opioid-mediated modulation was partially occluded with morphine pretreatment, with implications for the effects of opioids on hippocampal network activity during circuit maturation as well as learning and memory. Together, these findings demonstrate that PV-INs exhibit a divergence in opioid sensitivity across brain regions that is remarkably conserved across evolution and highlights the underappreciated role of opioids acting through immature PV-INs in shaping hippocampal development.

In recent years, we and others have identified a number of enhancers that, when incorporated into rAAV vectors, can restrict the transgene expression to particular neuronal populations. Yet, viral tools to access and manipulate fine neuronal subtypes are still limited. Here, we performed systematic analysis of single cell genomic data to identify enhancer candidates for each of the cortical interneuron subtypes. We established a set of enhancer-AAV tools that are highly specific for distinct cortical interneuron populations and striatal cholinergic neurons. These enhancers, when used in the context of different effectors, can target (fluorescent proteins), observe activity (GCaMP) and manipulate (opto- or chemo-genetics) specific neuronal subtypes. We also validated our enhancer-AAV tools across species. Thus, we provide the field with a powerful set of tools to study neural circuits and functions and to develop precise and targeted therapy.

Positron emission tomography (PET) reporter systems are a valuable means of estimating the level of expression of a transgene in vivo. For example, the safety and efficacy of gene therapy approaches for the treatment of neurological and neuropsychiatric disorders could be enhanced via the monitoring of exogenous gene expression levels in the brain. The present study evaluated the ability of a newly developed PET reporter system [

ABSTRACT Cholinergic projection neurons of the nucleus basalis and substantia innominata (NBM/SI) densely innervate the basolateral amygdala (BLA) and have been shown to contribute to the encoding of fundamental and life‐threatening experiences. Given the vital importance of these circuits in the acquisition and retention of memories that are essential for survival in a changing environment, it is not surprising that the basic anatomical organization of the NBM/SI is well conserved across animal classes as diverse as teleost and mammal. What is not known is the extent to which the physiology and morphology of NBM/SI neurons have also been conserved. To address this issue, we made patch‐clamp recordings from NBM/SI neurons in ex vivo slices of two widely divergent mammalian species, mouse and rhesus macaque, focusing our efforts on cholinergic neurons that project to the BLA. We then reconstructed most of these recorded neurons post hoc to characterize neuronal morphology. We found that rhesus macaque BLA‐projecting cholinergic neurons were both more intrinsically excitable and less morphologically compact than their mouse homologs. Combining measurements of 18 physiological features and 13 morphological features, we illustrate the extent of the separation. Although macaque and mouse neurons both exhibited considerable within‐group diversity and overlapped with each other on multiple individual metrics, a combined morphoelectric analysis demonstrates that they form two distinct neuronal classes. Given the shared purpose of the circuits in which these neurons participate, this finding raises questions about (and offers constraints on) how these distinct classes result in similar behavior.