Abstract Analysis of electrophysiological data from Purkinje cells (P-cells) of the cerebellum presents challenges for spike detection. Complex spikes have waveforms that vary significantly from one event to the next, raising the problem of misidentification. Even when complex spikes are detected correctly, the simple spikes may belong to a different P-cell, raising the danger of misattribution. Here, we analyzed data from over 300 P-cells in marmosets, macaques, and mice, using an open-source, semi-automated software called P-sort that addresses the spike identification and attribution problems. Like other sorting software, P-sort relies on nonlinear dimensionality reduction to cluster spikes. However, it also uses the statistical relationship between simple and complex spikes to merge seemingly disparate clusters, or split a single cluster. In comparison with expert manual curation, occasionally P-sort identified significantly more complex spikes, as well as prevented misattribution of clusters. Three existing automatic sorters performed less well, particularly for identification of complex spikes. To improve development of analysis tools for the cerebellum, we provide labeled data for 313 recording sessions, as well as statistical characteristics of waveforms and firing patterns.

Summary Viral genetic tools to target specific brain cell types in humans and non-genetic model organisms will transform basic neuroscience and targeted gene therapy. Here we used comparative epigenetics to identify thousands of human neuronal subclass-specific putative enhancers to regulate viral tools, and 34% of these were conserved in mouse. We established an AAV platform to evaluate cellular specificity of functional enhancers by multiplexed fluorescent in situ hybridization (FISH) and single cell RNA sequencing. Initial testing in mouse neocortex yields a functional enhancer discovery success rate of over 30%. We identify enhancers with specificity for excitatory and inhibitory classes and subclasses including PVALB, LAMP5, and VIP/LAMP5 cells, some of which maintain specificity in vivo or ex vivo in monkey and human neocortex. Finally, functional enhancers can be proximal or distal to cellular marker genes, conserved or divergent across species, and could yield brain-wide specificity greater than the most selective marker genes.

Abstract Proper brain function requires the assembly and function of diverse populations of neurons and glia. Single cell gene expression studies have mostly focused on characterization of neuronal cell diversity; however, recent studies have revealed substantial diversity of glial cells, particularly astrocytes. To better understand glial cell types and their roles in neurobiology, we built a new suite of adeno-associated viral (AAV)-based genetic tools to enable genetic access to astrocytes and oligodendrocytes. These oligodendrocyte and astrocyte enhancer-AAVs are highly specific (usually > 95% cell type specificity) with variable expression levels, and our astrocyte enhancer-AAVs show multiple distinct expression patterns reflecting the spatial distribution of astrocyte cell types. To provide the best glial-specific functional tools, several enhancer-AAVs were: optimized for higher expression levels, shown to be functional and specific in rat and macaque, shown to maintain specific activity in epilepsy where traditional promoters changed activity, and used to drive functional transgenes in astrocytes including Cre recombinase and acetylcholine-responsive sensor iAChSnFR. The astrocyte-specific iAChSnFR revealed a clear reward-dependent acetylcholine response in astrocytes of the nucleus accumbens during reinforcement learning. Together, this collection of glial enhancer-AAVs will enable characterization of astrocyte and oligodendrocyte populations and their roles across species, disease states, and behavioral epochs.