Neurodegeneration is a hallmark of many dementias and is thought to underlie a progressive impairment of neural plasticity. How neurodegeneration affects plasticity in neural circuits is not known. We therefore characterised the impact of tau-driven neurodegeneration on plasticity in the visual system, where normal function is well understood. We studied a very simple form of visual plasticity that allowed us to track both long timescales (across days) and shorter timescales (over minutes). We recorded the local field potential in the primary visual cortex of rTg4510 transgenic mice, a mouse model of tauopathy, while animals were repeatedly exposed to the same stimulus over the course of 9 days. We studied animals at early stages of neurodegeneration (5 months old) and at a more advanced stage where pathology is evident (8 months). We found that both short- and long-term visual plasticity were already disrupted at early stages of neurodegeneration, and were further reduced in older animals, such that it was abolished in mice expressing the mutant tau. Additionally, we found that visually evoked behaviours were disrupted in both younger and older mice expressing the mutant tau. Our results show that visual cortical plasticity and visually evoked behaviours are disrupted in the rTg4510 model of tauopathy, even at early stages of neurodegeneration. This simple measure of neural plasticity may help understand how neurodegeneration disrupts neural circuits, and offers a translatable platform for detection and tracking of the disease. Highlights Visual plasticity is disrupted at early stages of neurodegeneration in rTg4510 mice Visual plasticity is reduced in older animals, particularly during neurodegeneration Instinctive visual behaviours are reduced in neurodegeneration Short-term visual plasticity is reduced in neurodegeneration

Abstract Boundaries to movement form a specific class of landmark information used for navigation: Boundary Vector Cells (BVCs) are neurons which encode an animal’s location as a vector displacement from boundaries. Here we report the first objective characterisation of the prevalence and spatial tuning of subiculum BVCs. Manipulations of boundary geometry reveal two novel features of BVC firing. Firstly, BVC directional tunings align with environment walls in squares, but are uniformly distributed in circles, demonstrating that environmental geometry alters BVC receptive fields. Secondly, inserted barriers uncover both excitatory and inhibitory components to BVC receptive fields, demonstrating that inhibitory inputs contribute to BVC field formation. During post-natal development, subiculum BVCs mature slowly, contrasting with the earlier maturation of boundary-responsive cells in upstream Entorhinal Cortex. However, Subiculum and Entorhinal BVC receptive fields are altered by boundary geometry as early as tested, suggesting this is an inherent feature of the hippocampal representation of space.

Real-time rendering of closed-loop visual environments is necessary for next-generation understanding of brain function and behaviour, but is prohibitively difficult for non-experts to implement and is limited to few laboratories worldwide. We developed BonVision as an easy-to-use software for display of virtual or augmented reality as well as standard visual stimuli. As the architecture is based on the open-source Bonsai graphical programming language, BonVision benefits from Bonsai's native integration with experimental hardware. BonVision therefore enables easy implementation of closed-loop experiments and communication with behavioural and physiological measurement and manipulation devices, while being open-source, easy to install, and able to run on standard personal computers.

Abstract Alzheimer’s disease and other dementias are associated with disruptions of electrophysiological brain activity, including low frequency and gamma rhythms. Many of these dementias are also associated with the malfunction of the membrane associated protein tau. Tauopathy disrupts neuronal function and the stability of synapses and is a key driver of neurodegeneration. Here we ask how brain rhythms are affected by tauopathy, at different stages of its progression. We performed local field potential recordings from visual cortex of rTg4510 and control animals at early stages of neurodegeneration (5 months) and at a more advanced stage where pathology is evident (8 months). We measured brain activity in the presence or absence of external visual stimulation, and while monitoring pupil diameter and locomotion to establish animal behavioural states. At 5 months, before substantial pathology, we found an increase in low frequency rhythms during resting state in tauopathic animals. This was because tauopathic animals entered intermittent periods of increased neural synchronisation, where activity across a wide band of low frequencies was strongly correlated. At 8 months, when the degeneration was more advanced, the increased synchronisation and low frequency power was accompanied by a reduction in power in the gamma range, with diverse effects across different components of the gamma rhythm. Our results indicate that slower rhythms are impaired earlier than gamma rhythms in tauopathy, suggesting that electrophysiological measurements can indicate both the presence and progression of tauopathic degeneration.