Coordinated movement requires the nervous system to continuously compensate for changes in mechanical load across different contexts. For voluntary movements like reaching, the motor cortex is a critical hub that generates commands to move the limbs and counteract loads. How does cortex contribute to load compensation when rhythmic movements are clocked by a spinal pattern generator? Here, we address this question by manipulating the mass of the forelimb in unrestrained mice during locomotion. While load produces changes in motor output that are robust to inactivation of motor cortex, it also induces a profound shift in cortical dynamics, which is minimally affected by cerebellar perturbation and significantly larger than the response in the spinal motoneuron population. This latent representation may enable motor cortex to generate appropriate commands when a voluntary movement must be integrated with an ongoing, spinally-generated rhythm.

Coordinated movement requires the nervous system to continuously compensate for changes in mechanical load across different conditions. For voluntary movements like reaching, the motor cortex is a critical hub that generates commands to move the limbs and counteract loads. How does cortex contribute to load compensation when rhythmic movements are sequenced by a spinal pattern generator? Here, we address this question by manipulating the mass of the forelimb in unrestrained mice during locomotion. While load produces changes in motor output that are robust to inactivation of motor cortex, it also induces a profound shift in cortical dynamics. This shift is minimally affected by cerebellar perturbation and significantly larger than the load response in the spinal motoneuron population. This latent representation may enable motor cortex to generate appropriate commands when a voluntary movement must be integrated with an ongoing, spinally-generated rhythm. Motor cortex generates commands for voluntary movement, but its role in tasks driven by a spinal pattern generator remains unclear. Here, the authors identify a cortical signal for inertial load in locomoting mice that is decoupled from motor output.

ABSTRACT During aging, microglia produce inflammatory factors, show reduced tissue surveillance, altered interactions with synapses, and prolonged responses to insults, positioning these cells to have profound impact on the functional integrity of nearby neurons. We and others recently showed that microglial attributes differ significantly across brain regions and CNS insults in young adult mice. However, the degree to which microglial properties vary during aging is largely unexplored. Here, we analyze and manipulate microglial aging within the basal ganglia, brain circuits that exhibit prominent regional microglial heterogeneity and where neurons are vulnerable to functional decline and neurodegenerative disease. We demonstrate that microglia in the ventral tegmental area (VTA) and substantia nigra pars compacta (SNc) exhibit unique and premature responses to aging, compared to microglia elsewhere. This is associated with ‘pockets’ of VTA/SNc neuroinflammation that are likely to compromise local synaptic function as early as middle age. Surprisingly, these early aging responses of VTA and SNc microglia do not appear to be driven by systemic inflammation, local neuron death, or early responses of astrocytes to aging. Finally, CX3CR1 receptor knockout can exacerbate and microglial ablation/repopulation can suppress early VTA microglial aging; these manipulations have been shown to affect brain-wide microglial aging, and our data demonstrate that their impact is not uniform throughout the CNS. Our findings reveal a previously unappreciated regional variation in the onset and magnitude of microglial aging responses and suggest that there may be important links between local microglial aging and vulnerability of nearby neurons to functional decline and disease.