Sensory perception depends on the context in which a stimulus occurs. Prevailing models emphasize cortical feedback as the source of contextual modulation. However, higher order thalamic nuclei, such as the pulvinar, interconnect with many cortical and subcortical areas, suggesting a role for the thalamus in providing sensory and behavioral context. Yet the nature of the signals conveyed to cortex by higher order thalamus remains poorly understood. Here we use axonal calcium imaging to measure information provided to visual cortex by the pulvinar equivalent in mice, the lateral posterior nucleus (LP), as well as the dorsolateral geniculate nucleus (dLGN). We found that dLGN conveys retinotopically precise visual signals, while LP provides distributed information from the visual scene. Both LP and dLGN projections carry locomotion signals. However, while dLGN inputs often respond to positive combinations of running and visual flow speed, LP signals discrepancies between self-generated and external visual motion. This higher order thalamic nucleus therefore conveys diverse contextual signals that inform visual cortex about visual scene changes not predicted by the animal's own actions.

GABA-containing (GABAergic) interneurons play an important role in the function of the cerebral cortex. Through mostly inhibitory mechanisms, interneurons control hyperexcitability and synchronize and shape the spatiotemporal dynamics of cortical activity underlying various brain functions. Studies over the past 10 years have demonstrated that, in most mammals, interneurons originate during development from the subcortical telencephalon—the subpallium—and reach the cerebral cortex through tangential migration. Until now, interneurons have been demonstrated to derive exclusively from two subpallial regions, the medial ganglionic eminence and the caudal ganglionic eminence. Here, we show that another subpallial structure, the preoptic area, is a novel source of cortical GABAergic interneurons in the mouse. In utero labeling and genetic lineage-tracing experiments demonstrate that neurons born in this region migrate to the neocortex and hippocampus, where they differentiate into a distinct population of GABAergic interneurons with relatively uniform neurochemical, morphological, and electrophysiological properties.

Summary Sensory processing relies on the correct development of thalamocortical loops. Visual corticothalamic axons (CTAs) invade the dorsolateral geniculate nucleus (dLGN) of the thalamus in early postnatal mice according to a regulated program that includes activity-dependent mechanisms. Spontaneous retinal activity influences the thalamic incursion of CTAs, yet the perinatal thalamus also generates intrinsic patterns of spontaneous activity whose role in modulating afferent connectivity remains unknown. Here, we found that patterned spontaneous activity in the dLGN contributes to proper spatial and temporal innervation of CTAs. Disrupting patterned spontaneous activity in the dLGN delays corticogeniculate innervation under normal conditions and upon eye enucleation. The delayed innervation was evident throughout the first two postnatal weeks but resumes after eye-opening, suggesting that visual experience is necessary for the homeostatic recovery of corticogeniculate innervation.

ABSTRACT Precise mapping of peripheral inputs onto cortical areas is required for appropriate sensory processing. In the mouse primary somatosensory cortex, mystacial whiskers are represented in large barrels, while upper lip whiskers are in smaller, less defined barrels. Barrel size and definition of these two functionally distinct barrel maps are believed to be determined by the type of whisker input and peripheral receptor density. However, spontaneous activity and transcriptional programs at prenatal developmental stages can influence somatosensory map development independently of sensory experience. Thus, the mechanisms defining distinct barrel field territories, including their size and definition, remain poorly understood. Here, we show that prenatal ablation of mystacial whiskers remap somatosensory cortical territories resulting in enhancement of the functional and anatomical definition of upper lip whisker barrels. These changes do not result from alterations in receptor type but rather stem from thalamic upper lip input-receiving neurons adopting a mystacial-like transcriptional profile. Our results unveil a regulated prenatal mechanism within the thalamus that maps available somatosensory input to ensure sufficient cortical barrel size and functional spatial resolution for sensory processing, irrespective of peripheral receptor type and density.