Inferior parietal lobule (IPL) neurons were studied when monkeys performed motor acts embedded in different actions and when they observed similar acts done by an experimenter. Most motor IPL neurons coding a specific act (e.g., grasping) showed markedly different activations when this act was part of different actions (e.g., for eating or for placing). Many motor IPL neurons also discharged during the observation of acts done by others. Most responded differentially when the same observed act was embedded in a specific action. These neurons fired during the observation of an act, before the beginning of the subsequent acts specifying the action. Thus, these neurons not only code the observed motor act but also allow the observer to understand the agent's intentions.

Microglia take control Changes in the activity of microglia, the primary immune cells of the central nervous system, are linked with major human diseases, including stroke, epilepsy, psychiatric disorders, and neurodegeneration. Cserép et al. identified a specialized morphofunctional communication site between microglial processes and neuronal cell bodies in the mouse and the human brain (see the Perspective by Nimmerjahn). These junctions are formed at specific areas of the neuronal somatic membranes and possess a distinctive nanoarchitecture and specialized molecular composition linked to mitochondrial signaling. The junctions appear to provide a major site for microglia-neuron communication and may help to mediate the neuroprotective effects of microglia after acute brain injury. Science , this issue p. 528 ; see also p. 510

To establish a fully automated, robust imaging marker for cerebral small vessel disease (SVD) and related cognitive impairment that is easy to implement, reflects disease burden, and is strongly associated with processing speed, the predominantly affected cognitive domain in SVD.We developed a novel magnetic resonance imaging marker based on diffusion tensor imaging, skeletonization of white matter tracts, and histogram analysis. The marker (peak width of skeletonized mean diffusivity [PSMD]) was assessed along with conventional SVD imaging markers. We first evaluated associations with processing speed in patients with genetically defined SVD (n = 113). Next, we validated our findings in independent samples of inherited SVD (n = 57), sporadic SVD (n = 444), and memory clinic patients with SVD (n = 105). The new marker was further applied to healthy controls (n = 241) and to patients with Alzheimer's disease (n = 153). We further conducted a longitudinal analysis and interscanner reproducibility study.PSMD was associated with processing speed in all study samples with SVD (p-values between 2.8 × 10(-3) and 1.8 × 10(-10) ). PSMD explained most of the variance in processing speed (R(2) ranging from 8.8% to 46%) and consistently outperformed conventional imaging markers (white matter hyperintensity volume, lacune volume, and brain volume) in multiple regression analyses. Increases in PSMD were linked to vascular but not to neurodegenerative disease. In longitudinal analysis, PSMD captured SVD progression better than other imaging markers.PSMD is a new, fully automated, and robust imaging marker for SVD. PSMD can easily be applied to large samples and may be of great utility for both research studies and clinical use. Ann Neurol 2016;80:581-592.

Abstract The zebrafish is increasingly being employed as an experimental platform to model neuropsychiatric diseases and to screen for novel neuro-active compounds. While the superb genetic and optical access that this system offers has long been recognized, these features have not been fully exploited to investigate disease mechanisms and possible therapeutic interventions. Here we introduce a light-sheet imaging and graph-theoretical analysis pipeline to determine the effects of the known or suspected antidepressant compounds fluoxetine, ketamine and cycloserine on brain-wide neural activity patterns. We imaged the brains of both wildtype fish and gr s357 mutants, which harbor a missense mutation that abolishes glucocorticoid receptor transcriptional activity. The gr s357 mutation results in a chronically elevated stress axis together with behavioral endophenotypes of depression. Consistent with broad expression of the glucocorticoid receptor throughout the brain, we show that the mutant fish exhibit an altered correlational structure of resting-state brain activity. Intriguingly, in gr s357 mutant fish, an increased ‘modularity’, which represents the degree of segregation of the network into highly clustered modules, was restored by acute fluoxetine administration to wildtype levels. Ketamine and cycloserine also normalized specific parameters of the graph. Fluoxetine altered network function in the same direction in mutant and wildtype, while ketamine and cycloserine had effects that were opposite for the two genotypes. We propose that light-sheet imaging, followed by graph analysis, is a content-rich and scalable first-pass approach for studying the neural consequences of drug effects and drug x genotype interactions in zebrafish models of psychiatric disorders.

Abstract Incomplete reperfusion of the microvasculature (“no-reflow”) after ischemic stroke damages salvageable brain tissue. Previous ex-vivo studies suggest pericytes are vulnerable to ischemia and may exacerbate no-reflow, but the viability of pericytes and their association with no-reflow remains underexplored in vivo. Using longitudinal in vivo 2-photon single-cell imaging over seven days we show 87% of pericytes constrict during cerebral ischemia, remain constricted post-reperfusion and 50% of the pericyte population are acutely damaged. Moreover, we reveal ischemic pericytes are fundamentally implicated in capillary no-reflow by limiting and arresting blood flow within the first 24 hours post-stroke. Despite sustaining acute membrane damage, we observe up to 80% of cortical pericytes survive ischemia, upregulate unique transcriptomic profiles and replicate. Finally, we demonstrate delayed recovery of capillary diameter by ischemic pericytes after reperfusion predicts vessel reconstriction in the sub-acute phase of stroke. Cumulatively, these findings demonstrate surviving cortical pericytes remain both viable and promising therapeutic targets to counteract no-reflow after ischemic stroke.

Microglia are the main immune cells in the brain with emerging roles in brain homeostasis and neurological diseases, while mechanisms underlying microglia-neuron communication remain elusive. Here, we identify a novel site of interaction between neuronal cell bodies and microglial processes in mouse and human brain. Somatic microglia-neuron junctions possess specialized nanoarchitecture optimized for purinergic signaling. Activity of neuronal mitochondria is linked with microglial junction formation, which is rapidly induced in response to neuronal activation and blocked by inhibition of P2Y12-receptors (P2Y12R). Brain injury-induced changes at somatic junctions trigger P2Y12R-dependent microglial neuroprotection, regulating neuronal calcium load and functional connectivity. Collectively, our results suggest that microglial processes at these junctions are in ideal position to monitor and protect neuronal functions in both the healthy and injured brain.

The organization of brain areas in functionally connected networks, their dynamic changes, and perturbations in disease states are subject of extensive investigations. Research on functional networks in humans predominantly uses functional magnetic resonance imaging (fMRI). However, adopting fMRI and other functional imaging methods to mice, the most widely used model to study brain physiology and disease, poses major technical challenges and faces important limitations. Hence, there is great demand for alternative imaging modalities for network characterization. Here, we present a refined protocol for in vivo widefield calcium imaging of both cerebral hemispheres in mice expressing a calcium sensor in excitatory neurons. We implemented a stringent protocol for minimizing anesthesia and excluding movement artifacts which both imposed problems in previous approaches. We further adopted a method for unbiased identification of functional cortical areas using independent component analysis (ICA) on resting-state imaging data. Biological relevance of identified components was confirmed using stimulus-dependent cortical activation. To explore this novel approach in a model of focal brain injury, we induced photothrombotic lesions of the motor cortex, determined changes in inter- and intrahemispheric connectivity at multiple time points up to 56 days post-stroke and correlated them with behavioral deficits. We observed a severe loss in interhemispheric connectivity after stroke, which was partially restored in the chronic phase and associated with corresponding behavioral motor deficits. Taken together, we present an improved widefield calcium imaging tool accounting for anesthesia and movement artifacts, adopting an advanced analysis pipeline based on human fMRI algorithms and with superior sensitivity to recovery mechanisms in mouse models compared to behavioral tests. This tool will enable new studies on interhemispheric connectivity in murine models with comparability to human imaging studies for a wide spectrum of neuroscience applications in health and disease.

The evolution of infarcts varies widely among patients with acute ischemic stroke (IS) and influences treatment decisions. Neuroimaging is not applicable for frequent monitoring and there is no blood-based biomarker to track ongoing brain injury in acute IS. Here, we examined the utility of plasma brain-derived tau (BD-tau) as a biomarker for brain injury in acute IS. We conducted the prospective, observational Precision Medicine in Stroke [PROMISE] study with serial blood sampling upon hospital admission and at days 2, 3, and 7 in patients with acute ischemic stroke (IS) and for comparison, in patients with stroke mimics (SM). We determined the temporal course of plasma BD-tau, its relation to infarct size and admission imaging-based metrics of brain injury, and its value to predict functional outcome. Upon admission (median time-from-onset, 4.4h), BD-tau levels in IS patients correlated with ASPECTS (ρ=-0.21, P<.0001) and were predictive of final infarct volume (ρ=0.26, P<.0001). In contrast to SM patients, BD-tau levels in IS patients increased from admission (median, 2.9 pg/ml [IQR, 1.8-4.8]) to day 2 (median time-from-onset, 22.7h; median BD-tau, 5.0 pg/ml [IQR, 2.6-10.3]; P<.0001). The rate of change of BD-tau from admission to day 2 was significantly associated with collateral supply (R2=0.10, P<.0001) and infarct progression (ρ=0.58, P<.0001). At day 2, BD-tau was predictive of final infarct volume (ρ=0.59, P<.0001) and showed superior value for predicting the 90-day mRS score compared with final infarct volume. In conclusion, in 502 patients with acute IS, plasma BD-tau was associated with imaging-based metrics of brain injury upon admission, increased within the first 24 hours in correlation with infarct progression, and at 24 hours was superior to final infarct volume in predicting 90-day functional outcome. Further research is needed to determine whether BD-tau assessments can inform decision-making in stroke care.