Summary The ability to associate reward-predicting stimuli with adaptive behavior is frequently attributed to the prefrontal cortex, but the stimulus-specificity, spatial distribution, and stability of pre-frontal cue-reward associations are unresolved. We trained headfixed mice on an olfactory Pavlovian conditioning task and measured the coding properties of individual neurons across space (prefrontal, olfactory, and motor cortices) and time (multiple days). Neurons encoding cues or licks were most common in olfactory and motor cortex, respectively. By quantifying the responses of cue-encoding neurons to six cues with varying probabilities of reward, we unexpectedly found value coding in all regions we sampled, with some enrichment in prefrontal cortex. We further found that prefrontal cue and lick codes were preserved across days. Our results demonstrate that individual prefrontal neurons stably encode components of cue-reward learning within a larger spatial gradient of coding properties.

Abstract The ventral pallidum (VP) was defined as a basal ganglia nucleus with dense input from ventral striatum. To further investigate a VP regional identity, we conducted a cross-species transcriptional characterization of VP cell types. We performed single nucleus RNA-sequencing of VP tissue from mice and rats and identified 16 VP neuronal subclasses with striking cross-species conservation. VP GABAergic neurons were surprisingly heterogeneous, consisting of 14 sub-classes from 3 developmental classes. Combining our sequencing data with a spatial atlas revealed that all VP subclasses extended beyond the traditional borders of VP. Integrating our VP data with prior sequencing data from striatal, hypothalamic, and extended amygdalar tissue confirmed that cell types are shared among these regions. Due to the role of VP in feeding behavior, we also assessed the transcriptional impact of high-fat diet consumption, which induced altered expression of genes involved in oxidative phosphorylation and inhibitory signaling. Overall, our results demonstrate that VP is not a transcriptionally discrete nucleus; rather, VP contains cell types with diverse expression patterns that overlap with regions beyond the basal ganglia.

Abstract Parabrachial CGRP neurons receive diverse threat-related signals and contribute to multiple phases of adaptive threat responses, with their inactivation attenuating both unconditioned behavioral responses to somatic pain and fear-memory formation. Because CGRP PBN neurons respond broadly to multi-modal threats, it remains unknown how these distinct adaptive processes are individually engaged. We show that while three partially separable subsets of CGRP PBN neurons broadly collateralize to their respective downstream partners, individual projections accomplish distinct functions: hypothalamic and extended amygdalar projections elicit assorted unconditioned threat responses including autonomic arousal, anxiety, and freezing behavior, while thalamic and basal forebrain projections generate freezing behavior and, unexpectedly, contribute to associative fear learning. Moreover, the unconditioned responses generated by individual projections are complementary, with simultaneous activation of multiple sites driving profound freezing behavior and bradycardia that are not elicited by any individual projection. This semi-parallel, scalable connectivity schema likely contributes to flexible control of threat responses in unpredictable environments.