ABSTRACT Patients with Fragile X syndrome, the leading monogenetic cause of autism, suffer from impairments related to the prefrontal cortex including working memory and attention. Synaptic inputs to the distal dendrites of layer 5 pyramidal neurons in the prefrontal cortex have a weak influence on the somatic membrane potential. To overcome this filtering, distal inputs are transformed into local dendritic Na + spikes, which propagate to the soma and trigger action potential output. Layer 5 extratelencephalic (ET) PFC neurons project to the brainstem and various thalamic nuclei and are therefore well positioned to integrate task-relevant sensory signals and guide motor actions. We used current clamp and outside-out patch clamp recording to investigate dendritic spike generation in ET neurons from male wild type and Fmr1 knockout (FX) mice. The threshold for dendritic spikes was more depolarized in FX neurons compared to wild type. Analysis of voltage responses to simulated in vivo “noisy” current injections showed that a larger dendritic input stimulus was required to elicit dendritic spikes in FX ET dendrites compared wild type. Patch clamp recordings revealed that the dendritic Na + conductance was significantly smaller in FX ET dendrites. Taken together, our results suggest that input-output transformation is impaired in ET neurons of the PFC in FX mice. Considering our prior findings that somatic D-type K + and dendritic HCN-channel function is reduced in ET neurons, we suggest that the integration of information by PFC circuits is fundamentally altered in Fragile X syndrome. KEY POINTS Dendritic spike threshold is depolarized in Layer 5 PFC neurons in FX mice Simultaneous somatic and dendritic recording with white noise current injections revealed that larger dendritic stimuli were required to elicit dendritic spikes in FX ET neurons Outside-out patch clamp recording revealed that dendritic sodium conductance density was lower in FX ET neurons

Abstract Visual attention is a fundamental cognitive operation that allows the brain to evoke behaviors based on the most important stimulus features. Although mouse models offer immense potential to gain a circuit-level understanding of this phenomenon, links between visual attention and behavioral decisions in mice are not well understood. Here, we describe a new behavioral task for mice that addresses this limitation. We trained mice to detect weak vertical bars in a background of checkerboard noise while audiovisual cues manipulated their spatial attention. We then modified a reverse correlation method from human studies to link behavioral decisions to stimulus locations and features. We show that mice attended to stimulus locations just rostral of their optical axis, which was highly sensitive for vertically oriented stimulus energy whose spatial frequency matched those of the weak vertical bars. We found that the tuning of sensitivity to orientation and spatial frequency grew stronger during training, was multiplicatively scaled with attention, and approached that of an ideal observer. These results provide a new task to measure spatial- and feature-based attention in mice which can be leveraged with new recording methods to uncover attentional circuits.

Abstract Retinal interneurons and projection neurons (retinal ganglion cells, RGCs) connect in specific combinations in a specialized neuropil called the inner plexiform layer (IPL). The IPL is divided into multiple sublaminae, with neurites of each neuronal type confined to one or a few layers. This laminar specificity is a major determinant of circuit specificity and circuit function. Using a combination of approaches we show that RGCs targeting IPL sublamina 1 and 3a express the adhesion molecule cadherin 4 (Cdh4). Using calcium imaging and iterative immunostaining, we classified Cdh4-RGCs into 9 types that each encode unique aspects of dark visual stimuli. Cdh4 loss selectively disrupted the layer- targeting of these RGCs, reduced their synaptic inputs from interneurons, and severely altered their visual responses. Overexpression of Cdh4 in other retinal neurons directed their neurites to s1-3a through homophilic interactions. Taken together, these results demonstrate that Cdh4 is a novel layer targeting system for nearly a third of all RGC.

Characterizing neurons by their electrophysiological phenotypes is essential for understanding the neural basis of behavioral and cognitive functions. Technological developments have enabled the collection of hundreds of neural recordings; this calls for new tools capable of performing feature extraction efficiently. To address the urgent need for a powerful and accessible tool, we developed ElecFeX, an open-source MATLAB-based toolbox that (1) has an intuitive graphical user interface, (2) provides customizable measurements for a wide range of electrophysiological features, (3) processes large-size datasets effortlessly via batch analysis, and (4) yields formatted output for further analysis. We implemented ElecFeX on a diverse set of neural recordings; demonstrated its functionality, versatility, and efficiency in capturing electrical features; and established its significance in distinguishing neuronal subgroups across brain regions and species. ElecFeX is thus presented as a user-friendly toolbox to benefit the neuroscience community by minimizing the time required for extracting features from their electrophysiological datasets.