We examined the development of the occipital lobe in fetal monkeys between embryonic day 37 (E37) and E108 in Nissl-stained and acetylcholine esterase (AChE)-reacted sections. We paid particular attention to features that distinguish the development of presumptive area 17. At E46 the neuroepithelium consists of a ventricular zone and a monolayer cortical plate sandwiched between a thin marginal zone and a minimal presubplate. Between E55 and E65 an augmented subplate emerges and continues to expand up to E94 to become a major compartment of the developing cortex. A mitotic subventricular zone is established by E55. Peaking in depth at E72, it constitutes the principal germinal zone. By E78 an invading fibre tract divides it into an outer radially organized zone and a more conventional inner zone. AChE staining reveals the future area 17/18 border from E86 onwards. Proceeding from presumptive area 17 to area 18 there is a progressive thinning of the radially structured subventricular zone. Comparison of these results with corticogenesis in rodents suggests a number of potentially unique primate features: (i) a minimal preplate stage; (ii) a radially augmented germinal zone not previously described in non-primates; (iii) a fibre tract dividing the subventricular zone into two laminae; (iv) late generation and expansion of the subplate.

The emergence of eye-specific axonal projections to the dorsal lateral geniculate nucleus (dLGN) is a well established model system for exploring the mechanisms underlying afferent targeting during development. Using modern tract tracing methods, we examined the development of this feature in the macaque, an Old World Primate with a visual system similar to that of humans. Cholera toxin β fragment conjugated to Alexa 488 was injected into the vitreous of one eye, and CTβ conjugated to Alexa 594 into the other eye of embryos at known gestational ages. On embryonic day 69 (E69), which is ∼100 d before birth, inputs from the two eyes were extensively intermingled in the dLGN. However, even at this early age, portions of the dLGN were preferentially innervated by the right or left eye, and segregation is complete within the dorsalmost layers 5 and 6. By E78, eye-specific segregation is clearly established throughout the parvocellular division of the dLGN, and substantial ocular segregation is present in the magnocellular division. By E84, segregation of left and right eye axons is essentially complete, and the six eye-specific domains that characterize the mature macaque dLGN are clearly discernable. These findings reveal that targeting of eye-specific axonal projections in the macaque occurs much earlier and more rapidly than previously reported. This segregation process is completed before the reported onset of ganglion cell axon loss and retino-dLGN synapse elimination, suggesting that, in the primate, eye-specific targeting occurs independent of traditional forms of synaptic plasticity.

Brain-mapping of the congenitally blind human reveals extensive plasticity. The visual cortex of the blind has been observed to support higher cognitive functions including language and numerical processing. This functional shift is hypothesized to reflect a metamodal cortical function, where computations are defined by the local network. In the case of developmental deafferentation, local circuits are considered to implement higher cognitive functions by accommodating diverse long-distance inputs. However, the extent to which visual deprivation triggers a reorganization of the large-scale network in the cortex is still controversial. Here we show that early prenatal ablation of the retina, an experimental model of anophthalmia in macaque, leads to a major reduction of area V1 and the creation of a default extrastriate cortex (DEC). Anophthalmic and normal macaques received retrograde tracer injections in DEC, as well as areas V2 and V4 post-natally. This revealed a six-fold expansion of the spatial extent of local connectivity in the DEC and a surprisingly high location of the DEC derived from a computational model of the cortical hierarchy. In the anophthalmic the set of areas projecting to the DEC, area V2 and V4 does not differ from that of normal adult controls, but there is a highly significant increase in the relative cumulative weight of the ventral stream areas input to the early visual areas. These findings show that although occupying the territory that would have become primary visual cortex the DEC exhibits features of a higher order area, thus reflecting a combination of intrinsic and extrinsic factors on cortical specification. Understanding the interaction of these contributing factors will shed light on cortical plasticity during primate development and the neurobiology of blindness.

Perturbation of the developmental refinement of the corticospinal pathway leads to motor disorders. In non-primates developmental refinement is well documented, however in primates invasive investigations of the developing corticospinal pathway have been confined to neonatal and postnatal stages when refinement is relatively modest. Here, we investigated the developmental changes in the distribution of corticospinal projection neurons in cynomolgus monkey. Injections of retrograde tracer at the cervical levels of the spinal cord at embryonic day (E) 95 and E105 show that (i) areal distribution of back-labeled neurons is more extensive than in the neonate and dense labeling is found in prefrontal, limbic, temporal and occipital cortex; (ii) distributions of contra- and ipsilateral projecting corticospinal neurons are comparable in terms of location and numbers of labeled neurons, in contrast to the adult where the contralateral projection is an order of magnitude higher than the ipsilateral projection. Findings from one largely restricted injection suggest a hitherto unsuspected early innervation of the gray matter. In the fetus there was in addition dense labeling in the central nucleus of the amygdala, the hypothalamus, the subthalamic nucleus and the adjacent region of the zona incerta, subcortical structures with only minor projections in the adult control.

There is extensive modification of the functional organization of the brain in the congenital blind human, although there is little understanding of the structural underpinnings of these changes. The visual system of macaque has been extensively characterized both anatomically and functionally. We have taken advantage of this to examine the influence of the congenital blindness in macaque resulting from the removal of the retina during in utero development. Developmental anophthalmia in macaque effectively removes the normal influence of the thalamus on cortical development leading to an induced hybrid cortex (HC) combining features of primary visual and extrastriate cortex. Here we show that retrograde tracers injected in early visual areas including hybrid cortex reveals a drastic reduction of cortical projections of the reduced lateral geniculate nucleus. In addition, there is an important expansion of projections from the pulvinar complex to the hybrid cortex, compared to the controls. These findings show that the functional consequences of congenital blindness need to be considered in terms of both modifications of the inter-areal cortical network and the ascending visual pathways.* AM : anteromedial nucleus of the thalamus Amyg, amygdala Bsc : brachium of superior colliculus Cau : caudate nucleus CeM : central medial nucleus of the thalamus CG : central gray Cl : Claustrum CL : central lateral nucleus of the thalamus CM : central median nucleus of the thalamus ctt : cortico-tectal tract HbL : lateral habenular nucleus HbM : medial habenular nucleus hbt : habenulopeduncular tract InC : interstitial nucleus of Cajal ILN : intralaminar nuclei LGN : lateral geniculate nucleus MD : mediodorsal nucleus of the thalamus MG : medial geniculate complex mth : mammillothalamic tract MV : medioventral nucleus of the thalamus Pa : paraventricular nuclei of the thalamus Pc : paracentral nucleus of the thalamus Pf : parafascicular nucleus of the thalamus PI : inferior nucleus of the pulvinar Pi : pineal gland PL : lateral nucleus of the pulvinar PM : medial nucleus of the pulvinar PrC : Precomissural nucleus Prg : pregeniculate nucleus Pul : Pulvinar Rt : reticular nucleus of the thalamus RN : part of the red nucleus SC : superior colliculus SG : suprageniculate nucleus sm : stria medullaris of the thalamus VAmc : ventral anterior nucleus of thalamus, magnocellular division VLa : ventral lateral anterior nucleus of thalamus VLp : ventral lateral posterior nucleus of thalamus VPL : ventral posterior lateral nucleus of thalamus VPM : ventral posterior medial nucleus of thalamus ZIC : zona incerta complex