The hippocampus has place cells that preferentially fire at a particular location of spatial arena. Dupret et al. report that place fields remapped as a result of goal-directed spatial learning and that sharp wave/ripple reactivation events seen during memory consolidation predicted the strength of subsequent spatial memory. Jeffery and Cacucci highlight this work in their News and View. The hippocampus is an important brain circuit for spatial memory and the spatially selective spiking of hippocampal neuronal assemblies is thought to provide a mnemonic representation of space. We found that remembering newly learnt goal locations required NMDA receptor–dependent stabilization and enhanced reactivation of goal-related hippocampal assemblies. During spatial learning, place-related firing patterns in the CA1, but not CA3, region of the rat hippocampus were reorganized to represent new goal locations. Such reorganization did not occur when goals were marked by visual cues. The stabilization and successful retrieval of these newly acquired CA1 representations of behaviorally relevant places was NMDAR dependent and necessary for subsequent memory retention performance. Goal-related assembly patterns associated with sharp wave/ripple network oscillations, during both learning and subsequent rest periods, predicted memory performance. Together, these results suggest that the reorganization and reactivation of assembly firing patterns in the hippocampus represent the formation and expression of new spatial memory traces.

The ipsilateral corticocortical connections of the somatosensory fields of the lateral sulcus of macaques were examined with both anterograde and retrograde axonal transport methods. In most cases, the field of interest was identified prior to the injection of the tracer substance by recording neuronal responses to somatic stimulation. The results show that the second somatosensory area (S2) is reciprocally connected with the retroinsular area (Ri), area 7b, and the granular (Ig) and dysgranular (Id) insular fields. Ri is also reciprocally connected with Ig. Previously reported connections were confirmed between S2 and areas 3a, 3b, 1, and 2 and between area 5 and both area 7 and Ri. Moreover, the portions of Ig and Id that receive somatic inputs were shown to project to the amygdaloid complex. Id projects, in addition, to the perirhinal cortex, which supplies input to the hippocampal formation. The corticocortical projections were found to have two distinct laminar patterns of termination. One is characterized by heavy terminations in layers IV and IIIb and the other by heavy terminations in layer I, but no terminations in layers IV and IIIb. These two patterns were typically found to be reciprocally related. The results suggest that somatosensory information is processed by a series of cortical fields, including areas 3a, 3b, 1, 2, 5, 7b, S2, Ig, and Id. These fields have access to the amygdaloid complex and the hippocampal formation. Thus, a ventrally directed tactile processing pathway can be followed from S1 to the temporal lobe limbic structures via relays in S2 and the insula; this corticolimbic pathway may subserve tactile learning and memory.

In the hippocampal CA1 area, a relatively homogenous population of pyramidal cells is accompanied by a diversity of GABAergic interneurons. Previously, we found that parvalbumin-expressing basket, axo-axonic, bistratified, and oriens-lacunosum moleculare cells, innervating different domains of pyramidal cells, have distinct firing patterns during network oscillations in vivo. A second family of interneurons, expressing cholecystokinin but not parvalbumin, is known to target the same domains of pyramidal cells as do the parvalbumin cells. To test the temporal activity of these independent and parallel GABAergic inputs, we recorded the precise spike timing of identified cholecystokinin interneurons during hippocampal network oscillations in anesthetized rats and determined their molecular expression profiles and synaptic targets. The cells were cannabinoid receptor type 1 immunopositive. Contrary to the stereotyped firing of parvalbumin interneurons, cholecystokinin-expressing basket and dendrite-innervating cells discharge, on average, with 1.7 +/- 2.0 Hz during high-frequency ripple oscillations in an episode-dependent manner. During theta oscillations, cholecystokinin-expressing interneurons fire with 8.8 +/- 3.3 Hz at a characteristic time on the ascending phase of theta waves (155 +/- 81 degrees), when place cells start firing in freely moving animals. The firing patterns of some interneurons recorded in drug-free behaving rats were similar to cholecystokinin cells in anesthetized animals. Our results demonstrate that cholecystokinin- and parvalbumin-expressing interneurons make different contributions to network oscillations and play distinct roles in different brain states. We suggest that the specific spike timing of cholecystokinin interneurons and their sensitivity to endocannabinoids might contribute to differentiate subgroups of pyramidal cells forming neuronal assemblies, whereas parvalbumin interneurons contribute to synchronizing the entire network.

Reward and the map in the brain Recent findings suggest a more complex role of grid cells in the brain than simply coding for space. The grid map in the entorhinal cortex, which is responsible for encoding spatial information, is not as rigid as originally thought and can be distorted by environmental modifications (see the Perspective by Quian Quiroga). Butler et al. compared grid cell coding during a free-foraging task and a spatial memory task in rats. They discovered that entorhinal spatial maps restructure to incorporate the location of a learned reward. Boccara et al. tested the influence of behaviorally relevant information on the cognitive map that emerges from grid cell firing in the rat medial entorhinal cortex. They found that grid cells participate in neural coding of the goal locality, not the whole environment. Science , this issue p. 1447 , p. 1443 ; see also p. 1388

Pathologic perivascular spaces (PVS), the fluid-filled compartments surrounding brain vasculature, may underlie cognitive decline in Parkinson's disease (PD). However, whether this impacts specific cognitive domains has not been investigated.

Abstract Feedforward and feedback pathways are important for transfer and integration of information between sensory cortical areas. Here we find that two closely connected cortical areas, the primary (S1) and secondary somatosensory cortices (S2) are both required for mice to learn a whisker-dependent texture discrimination. Increased inhibition in either area (using excitatory DREADDs expressed in inhibitory interneurones) prevents learning. We find that learning the discrimination produces structural plasticity of dendritic spines on layer 2/3 pyramidal neurones in vibrissae S1 that is restricted to the basal dendrites and leaves dendritic spines on apical dendrites unchanged. As S2 projects to the apical dendrites of S1 neurones, we tested whether S2 affects LTP-induction in S1. We found that feedback projections from S2 to S1 gates LTP on feedforward pathways within S1. These studies therefore demonstrate the interdependence of S1 and S2 for learning and plasticity in S1. HIGHLIGHTS Both primary (S1) and secondary (S2) somatosensory cortices are necessary for whisker based texture discrimination learning S2 feedback connections to S1 gate LTP at feedforward pathways in S1 S1 undergoes structural plasticity of pre-existing spines during learning S1 learning induced plasticity and LTP occurs on basal but not apical dendrites

ABSTRACT Metachromatic leukodystrophy (MLD) is a rare - typically paediatric - sphingolipid storage disorder resulting from bi-allelic pathogenic variants in the ARSA gene, encoding the lysosomal arylsulphatase A (ASA). Heterozygous variants in ARSA are associated with risk of Lewy body diseases (LBD), a group of age-associated neurodegenerative disorders characterised by the accumulation of the protein α-synuclein; however, no study has yet determined whether α-synuclein with putative pathological features is observed in MLD brain tissue. We examined post-mortem brain tissue from MLD cases (N=5, age 2-33) compared to matched control cases using histological approaches and α-synuclein seeding amplification assay (SAA). Juvenile-onset MLD cases exhibited granular α-synuclein deposits in neurons of regions prone to neuronal pathology in MLD, and seed-competent conformers that generated atypical short, twisted fibrils on SAA. In contrast, infantile-onset MLD cases gave only variably positive reactions on SAA. In summary, this study suggests MLD cases manifest α-synuclein pathology reminiscent of that observed in LBD, even in juvenile populations, further expanding the spectrum of sphingolipid storage disorders associated with the aggregation of α-synuclein. These findings have important implications for understanding the disease process of both LBD and MLD, potentially highlighting novel pathways for therapeutic interventions in both conditions.

Objective: Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD), autism spectrum disorder (ASD), and obsessive-compulsive disorder (OCD) are common neurodevelopmental disorders that frequently co-occur. We aimed to directly compare all three disorders. The ENIGMA consortium is ideally positioned to investigate structural brain alterations across these disorders. Methods: Structural T1-weighted whole-brain MRI of controls (n=5,827) and patients with ADHD (n=2,271), ASD (n=1,777), and OCD (n=2,323) from 151 cohorts worldwide were analyzed using standardized processing protocols. We examined subcortical volume, cortical thickness and surface area differences within a mega-analytical framework, pooling measures extracted from each cohort. Analyses were performed separately for children, adolescents, and adults using linear mixed-effects models adjusting for age, sex and site (and ICV for subcortical and surface area measures). Results: We found no shared alterations among all three disorders, while shared alterations between any two disorders did not survive multiple comparisons correction. Children with ADHD compared to those with OCD had smaller hippocampal volumes, possibly influenced by IQ. Children and adolescents with ADHD also had smaller ICV than controls and those with OCD or ASD. Adults with ASD showed thicker frontal cortices compared to adult controls and other clinical groups. No OCD-specific alterations across different age-groups and surface area alterations among all disorders in childhood and adulthood were observed. Conclusion: Our findings suggest robust but subtle alterations across different age-groups among ADHD, ASD, and OCD. ADHD-specific ICV and hippocampal alterations in children and adolescents, and ASD-specific cortical thickness alterations in the frontal cortex in adults support previous work emphasizing neurodevelopmental alterations in these disorders.