A precision measurement by the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station of the positron fraction in primary cosmic rays in the energy range from 0.5 to 350 GeV based on $6.8\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{6}$ positron and electron events is presented. The very accurate data show that the positron fraction is steadily increasing from 10 to $\ensuremath{\sim}250\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}$, but, from 20 to 250 GeV, the slope decreases by an order of magnitude. The positron fraction spectrum shows no fine structure, and the positron to electron ratio shows no observable anisotropy. Together, these features show the existence of new physical phenomena.

A precise measurement of the proton flux in primary cosmic rays with rigidity (momentum/charge) from 1 GV to 1.8 TV is presented based on 300 million events. Knowledge of the rigidity dependence of the proton flux is important in understanding the origin, acceleration, and propagation of cosmic rays. We present the detailed variation with rigidity of the flux spectral index for the first time. The spectral index progressively hardens at high rigidities.Received 6 March 2015DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.171103This article is available under the terms of the Creative Commons Attribution 3.0 License. Further distribution of this work must maintain attribution to the author(s) and the published article's title, journal citation, and DOI.Published by the American Physical Society

A precision measurement by AMS of the positron fraction in primary cosmic rays in the energy range from 0.5 to 500 GeV based on 10.9 million positron and electron events is presented. This measurement extends the energy range of our previous observation and increases its precision. The new results show, for the first time, that above ∼200 GeV the positron fraction no longer exhibits an increase with energy.

Precision measurements by the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station of the primary cosmic-ray electron flux in the range 0.5 to 700 GeV and the positron flux in the range 0.5 to 500 GeV are presented. The electron flux and the positron flux each require a description beyond a single power-law spectrum. Both the electron flux and the positron flux change their behavior at ∼30 GeV but the fluxes are significantly different in their magnitude and energy dependence. Between 20 and 200 GeV the positron spectral index is significantly harder than the electron spectral index. The determination of the differing behavior of the spectral indices versus energy is a new observation and provides important information on the origins of cosmic-ray electrons and positrons.

Knowledge of the precise rigidity dependence of the helium flux is important in understanding the origin, acceleration, and propagation of cosmic rays. A precise measurement of the helium flux in primary cosmic rays with rigidity (momentum/charge) from 1.9 GV to 3 TV based on 50 million events is presented and compared to the proton flux. The detailed variation with rigidity of the helium flux spectral index is presented for the first time. The spectral index progressively hardens at rigidities larger than 100 GV. The rigidity dependence of the helium flux spectral index is similar to that of the proton spectral index though the magnitudes are different. Remarkably, the spectral index of the proton to helium flux ratio increases with rigidity up to 45 GV and then becomes constant; the flux ratio above 45 GV is well described by a single power law.

Abstract The function of the neocortex is fundamentally determined by its repeating microcircuit motif, but also by its rich, interregional connectivity. We present a data-driven computational model of the anatomy of non-barrel primary somatosensory cortex of juvenile rat, integrating whole-brain scale data while providing cellular and subcellular specificity. The model consists of 4.2 million morphologically detailed neurons, placed in a digital brain atlas. They are connected by 14.2 billion synapses, comprising local, long-range and extrinsic connectivity. We delineated the limits of determining connectivity from anatomy, finding that it reproduces the targeting of PV+ and VIP+ interneurons only with explicitly added specificity, but the one of Sst+ neurons even without. Globally, connectivity was characterized by local clusters tied together through hub neurons in layer 5, demonstrating how local and interegional connectivity are complicit, inseparable networks. A 211,712 neuron subvolume of the model has been made freely and openly available to the community.

Abstract Thalamoreticular circuitry is known to play a key role in attention, cognition and the generation of sleep spindles, and is implicated in numerous brain disorders, but the cellular and synaptic mechanisms remain intractable. Therefore, we developed the first detailed computational model of mouse thalamus and thalamic reticular nucleus microcircuitry that captures morphological and biophysical properties of ∼14,000 neurons connected via ∼6M synapses, and recreates biological synaptic and gap junction connectivity. Simulations recapitulate multiple independent network-level experimental findings across different brain states, providing a novel unifying cellular and synaptic account of spontaneous and evoked activity in both wakefulness and sleep. Furthermore, we found that: 1.) inhibitory rebound produces frequency-selective enhancement of thalamic responses during wakefulness, in addition to its role in spindle generation; 2.) thalamic interactions generate the characteristic waxing and waning of spindle oscillations; and 3.) changes in thalamic excitability (e.g. due to neuromodulation) control spindle frequency and occurrence. The model is openly available and provides a new tool to interpret spindle oscillations and test hypotheses of thalamoreticular circuit function and dysfunction across different network states in health and disease.

Neuronal morphologies provide the foundation for the electrical behavior of neurons, the connectomes they form, and the dynamical properties of the brain. Comprehensive neuron models are essential for defining cell types, discerning their functional roles and investigating structural alterations associated with diseased brain states. Recently, we introduced a topological descriptor that reliably categorizes dendritic morphologies. We apply this descriptor to digitally synthesize dendrites to address the challenge of insufficient biological reconstructions. The synthesized cortical dendrites are statistically indistinguishable from the corresponding reconstructed dendrites in terms of morpho-electrical properties and connectivity. This topology-guided synthesis enables the rapid digital reconstruction of entire brain regions from relatively few reference cells, thereby allowing the investigation of links between neuronal morphologies and brain function across different spatio-temporal scales. We synthesized cortical networks based on structural alterations of dendrites associated with medical conditions and revealed principles linking branching properties to the structure of large-scale networks.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Astrocytes connect the vasculature to neurons and mediate the supply of nutrients and biochemicals. They also remove metabolites from the neurons and extracellular environment. They are involved in a growing number of physiological and pathophysiological processes. Understanding the biophysical, physiological, and molecular interactions in this neuro-glia-vascular ensemble (NGV) and how they support brain function is severely restricted by the lack of detailed cytoarchitecture. To address this problem, we used data from multiple sources to create a data-driven digital reconstruction of the NGV at micrometer anatomical resolution. We reconstructed 0.2 mm3 of rat somatosensory cortical tissue with approximately 16000 morphologically detailed neurons, its microvasculature, and approximately 2500 morphologically detailed protoplasmic astrocytes. The consistency of the reconstruction with a wide array of experimental measurements allows novel predictions of the numbers and locations of astrocytes and astrocytic processes that support different types of neurons. This allows anatomical reconstruction of the spatial microdomains of astrocytes and their overlapping regions. The number and locations of end-feet connecting each astrocyte to the vasculature can be determined as well as the extent to which they cover the microvasculature. The structural analysis of the NGV circuit showed that astrocytic shape and numbers are constrained by vasculature's spatial occupancy and their functional role to form NGV connections. The digital reconstruction of the NGV is a resource that will enable a better understanding of the anatomical principles and geometric constraints which govern how astrocytes support brain function.