Neurotransmission in the hippocampus is modulated variously through presynaptic metabotropic glutamate receptors (mGluRs). To establish the precise localization of presynaptic mGluRs in the rat hippocampus, we used subtype-specific antibodies for eight mGluRs (mGluR1-mGluR8) for immunohistochemistry combined with lesioning of the three major hippocampal pathways: the perforant path, mossy fiber, and Schaffer collateral. Immunoreactivity for group II (mGluR2) and group III (mGluR4a, mGluR7a, mGluR7b, and mGluR8) mGluRs was predominantly localized to presynaptic elements, whereas that for group I mGluRs (mGluR1 and mGluR5) was localized to postsynaptic elements. The medial perforant path was strongly immunoreactive for mGluR2 and mGluR7a throughout the hippocampus, and the lateral perforant path was prominently immunoreactive for mGluR8 in the dentate gyrus and CA3 area. The mossy fiber was labeled for mGluR2, mGluR7a, and mGluR7b, whereas the Schaffer collateral was labeled only for mGluR7a. Electron microscopy further revealed the spatial segregation of group II and group III mGluRs within presynaptic elements. Immunolabeling for the group III receptors was predominantly observed in presynaptic active zones of asymmetrical and symmetrical synapses, whereas that for the group II receptor (mGluR2) was found in preterminal rather than terminal portions of axons. Target cell-specific segregation of receptors, first reported for mGluR7a (Shigemoto et al,., 1996), was also apparent for the other group III mGluRs, suggesting that transmitter release is differentially regulated by 2-amino-4-phosphonobutyrate-sensitive mGluRs in individual synapses on single axons according to the identity of postsynaptic neurons.

The subthalamic nucleus (STN) is a key structure for somatic motor control via the basal ganglia. In the present study, we demonstrate that the STN of the macaque monkey has dual sets of body part representations. Each of the two separate portions of the STN is characterized with somatotopically arranged direct cortical inputs that are derived from the primary motor cortex (MI) and the supplementary motor area (SMA). The first set of body part representations is transformed from the MI to the lateral STN, whereas the second set is transformed from the SMA to the medial STN. Intracortical microstimulation mapping was carried out to guide paired injections of anterograde tracers into somatotopically corresponding regions of the MI and the SMA. We found that direct inputs from the MI were allocated mostly within the lateral half of the STN, whereas those from the SMA were distributed predominantly within its medial half. Of particular interest was that the arrangement of somatotopical representations from the SMA to the medial STN was reversed against the ordering of those from the MI to the lateral STN; the orofacial, forelimb, and hindlimb parts were represented from medial to lateral within the medial STN, whereas these body parts were represented, in the inverse order, mediolaterally within the lateral STN. Moreover, inputs from homotopical MI and SMA regions were found to converge only partially into the STN. The present findings could account for somatotopically specific involuntary movements manifested in hemiballism that is caused by destruction of the STN.

Taking advantage of the restricted expression of metabotropic glutamate receptor subtype 6 (mGluR6) in retinal ON bipolar cells, we generated knockout mice lacking mGluR6 expression. The homozygous mutant mice showed a loss of ON responses but unchanged OFF responses to light. The mutant mice displayed no obvious changes in retinal cell organization nor in the projection of optic fibers to the brain. Furthermore, the mGluR6-deficient mice showed visual behavioral responses to light stimulation as examined by shuttle box avoidance behavior experiments using light exposure as a conditioned stimulus. The results demonstrate that mGluR6 is essential in synaptic transmission to the ON bipolar cell and that the OFF response provides an important means for transmitting visual information.

Abstract The purpose of this study was to examine the commonly available methods of noninvasively assessing bone mineral status across three defined female populations to examine their interrelationships, compare their respective abilities to reflect age‐ and menopause‐related bone loss, discriminate osteoporotic fractures, and classify patients diagnostically. A total of 47 healthy premenopausal (age 33 ± 7 years), 41 healthy postmenopausal (age 64 ± 9 years), and 36 osteoporotic postmenopausal (age 70 ± 6 years) women were examined with the following techniques: (1) quantitative computed tomography of the L1–L4 lumbar spine for trabecular (QCT TRAB BMD) and integral (QCT INTG BMD) bone mineral density (BMD); (2) dual X‐ray absorptiometry of the L1–L4 posterior‐anterior (DXA PA BMD) and L2–L4 lateral (DXA LAT BMD) lumbar spine, of the femoral neck (DXA NECK BMD) and trochanter (DXA TROC BMD), and of the ultradistal radius (DXA UD BMD) for integral BMD; (3) peripheral QCT of the distal radius for trabecular BMD (pQCT TRAB BMD) and cortical bone mineral content (BMC) (pQCT CORT BMC); (4) two radiographic absorptiometric techniques of the metacarpal (RA METC BMD) and phalanges (RA PHAL BMD) for integral BMD; and (5) two quantitative ultrasound devices (QUS) of the calcaneus for speed of sound (SOS CALC) and broadband ultrasound attenuation (BUA CALC). In general, correlations ranged from ( r = 0.10−0.93) among different sites and techniques. We found that pQCT TRAB BMD correlated poorly ( r ≤ 0.46) with all other measurements except DXA UD BMD ( r = 0.62, p ≤ 0.0001) and RA PHAL BMD ( r = 0.52, p ≤ 0.0001). The strongest correlation across techniques was between QCT INT BMD and DXA LAT BMD ( r = 0.87, p ≤ 0.0001), and the weakest correlation within a technique was between pQCT TRAB BMD and pQCT CORT BMC ( r = 0.25, p ≤ 0.05). Techniques showing the highest correlations with age in the healthy groups also showed the greatest differences among groups. They also showed the best discrimination (as measured by the odds ratios) for the distinction between healthy postmenopausal and osteoporotic postmenopausal groups based on age‐adjusted logistic regression analysis. For each anatomic site, the techniques providing the best results were: (1) spine, QCT TRAB BMD (annual loss, −1.2% [healthy premenopausal and healthy postmenopausal]); Student's t ‐value [not the T score], 5.4 [healthy postmenopausal vs. osteoporotic postmenopausal]; odds ratio, 4.3 [age‐adjusted logistic regression for healthy postmenopausal vs. osteoporotic postmenopausal]); (2) hip, DXA TROC BMD (−0.46; 3.5; 2.2); (3) radius, DXA UD BMD (−0.44; 3.3; 1.9) and pQCT, CORT BMC (−0.72; 2.9; 1.7); (4) hand, RA PHAL (−0.51; 3.6; 2.0); and (5) calcaneus, SOS (−0.09; 3.4; 2.1) and BUA (−0.52; 2.6; 1.7). Despite these performance trends, the differences among sites and techniques were statistically insignificant ( p > 0.05) using age‐adjusted receiver operating characteristic (ROC) curve analysis. Nevertheless, kappa score analysis (using −2.0 T score as the cut‐off value for osteopenia and −2.5 T score for osteoporosis) showed that in general the diagnostic agreement among these measurements in classifying women as osteopenic or osteoporotic was poor, with kappa scores averaging about 0.4 (exceptions were QCT TRAB/INTG BMD, DXA LAT BMD, and RA PHAL BMD, with kappa scores ranging from 0.63 to 0.89). Often different patients were estimated at risk by using different measurement sites or techniques.

Abstract Parkinson’s disease is characterized by degeneration of nigral dopaminergic neurons, leading to a wide variety of psychomotor dysfunctions. Accumulated evidence suggests that abnormally synchronized oscillations in the basal ganglia contribute to the expression of parkinsonian motor symptoms. However, the mechanism that generates abnormal oscillations in a dopamine‐depleted state remains poorly understood. We addressed this question by examining basal ganglia neuronal activity in two 1‐methyl‐4‐phenyl‐1,2,3,6‐tetrahydropyridine‐treated parkinsonian monkeys. We found that systemic administration of l ‐3,4‐dihydroxyphenylalanine ( l ‐DOPA; dopamine precursor) decreased abnormal neuronal oscillations (8–15 Hz) in the internal segment of the globus pallidus (GPi) and the subthalamic nucleus (STN) during the ON state when parkinsonian signs were alleviated and during l ‐DOPA‐induced dyskinesia. GPi oscillations and parkinsonian signs were suppressed by silencing of the STN with infusion of muscimol (GABA A receptor agonist). Intrapallidal microinjection of a mixture of 3‐(2‐carboxypiperazin‐4‐yl)‐propyl‐1‐phosphonic acid (CPP; N ‐methyl‐ d ‐aspartate receptor antagonist) and 1,2,3,4‐tetrahydro‐6‐nitro‐2,3‐dioxo‐benzo[ f ]quinoxaline‐7‐sulfonamide (NBQX; AMPA/kainate receptor antagonist) also decreased the oscillations in the GPi and the external segment of the globus pallidus (GPe). Neuronal oscillations in the STN were suppressed after intrasubthalamic microinjection of CPP/NBQX to block glutamatergic afferents of the STN. The STN oscillations were further reduced by muscimol inactivation of the GPe to block GABAergic inputs from the GPe. These results suggest that, in the dopamine‐depleted state, glutamatergic inputs to the STN and reciprocal GPe–STN interconnections are both important for the generation and amplification of the oscillatory activity of STN neurons, which is subsequently transmitted to the GPi, thus contributing to the symptomatic expression of Parkinson’s disease.

Abstract Video-based markerless motion capture permits quantification of an animal’s pose and motion, with a high spatiotemporal resolution in a naturalistic context, and is a powerful tool for analyzing the relationship between the animal’s behaviors and its brain functions. Macaque monkeys are excellent non-human primate models, especially for studying neuroscience. Due to the lack of a dataset allowing training of a deep neural network for the macaque’s markerless motion capture in the naturalistic context, it has been challenging to apply this technology for macaques-based studies. In this study, we created MacaquePose, a novel open dataset with manually labeled body part positions for macaques in naturalistic scenes, consisting of >13,000 images, refined by researchers. We show that the pose estimation performance of an artificial neural network trained with the dataset is close to that of a human-level. The MacaquePose will provide a platform for innovative behavior analysis for non-human primate.

To interrogate particular neuronal pathways in non-human primates under natural and stress-free conditions, we applied designer receptors exclusively activated by designer drugs (DREADDs) technology to common marmosets. We injected adeno-associated virus vectors expressing the excitatory DREADD hM3Dq into the unilateral substantia nigra in three marmosets. Using multi-tracer positron emission tomography imaging, we detected DREADD expression in vivo, which was confirmed in nigrostriatal dopamine neurons by immunohisto-chemistry, and assessed activation of the substantia nigra and dopamine release following agonist administration. The marmosets rotated in a contralateral direction relative to the activated side 30–90 min after consuming food containing the highly potent DREADD agonist deschloroclozapine (DCZ), but not on the following days without DCZ. These results indicate that non-invasive and reversible DREADD manipulation will extend the utility of marmoset as a primate model for linking neuronal activity and natural behavior in various contexts.

Recent emphasis has been placed on gene transduction mediated through recombinant adeno-associated virus (AAV) vector to manipulate activity of neurons and their circuitry in the primate brain. In the present study, we created a novel AAV vector of which capsid was composed of capsid proteins derived from the serotypes 1 and 2 (AAV1 and AAV2). Following the injection into the frontal cortex of macaque monkeys, this mosaic vector, termed AAV2.1 vector, was found to exhibit the excellence in transgene expression (for the AAV1 vector) and neuron specificity (for the AAV2 vector) simultaneously. To explore its applicability to chemogenetic manipulation and in vivo calcium imaging, the AAV2.1 vector expressing excitatory DREADDs or GCaMP was injected into the striatum or the visual cortex of macaque monkeys, respectively. Our results have defined that such vectors secure intense and stable expression of the target proteins and yield conspicuous modulation and imaging of neuronal activity.

The thalamostriatal projections arising from the intralaminar thalamic nuclei (ILN) constitute the principal source of input information to specified subregions of the striatum, a key structure of the cortico-basal ganglia circuitry. However, the roles of primate ILN in cortico-basal ganglia circuit functions remain unclear. Here, we performed immunotoxin-induced selective targeting of two representative structures of the ILN, the parafascicular nucleus (Pf) and centre médian nucleus (CM) projecting to the caudate nucleus (Cd) and putamen (Pu), respectively, in common marmosets. Elimination of Pf-Cd neurons resulted in impaired reversal learning of a two-choice visual discrimination task, whereas removal of CM-Pu neurons disturbed the task acquisition. No marked impact of such manipulations was observed on either motor skill learning or spontaneous locomotor activity. Our findings reveal that the two thalamostriatal systems play distinct roles in the learning processes of external cue-dependent decision-making in nonhuman primates.