The authors applied a correlation-based metric, ‘differential stability’ (DS), to assess reproducibility of gene expression patterning across individual brains, revealing mesoscale genetic organization. The highest DS genes were enriched for brain-related biological annotations, disease associations and drug targets, and their anatomical expression pattern correlated with resting state functional connectivity. The structure and function of the human brain are highly stereotyped, implying a conserved molecular program responsible for its development, cellular structure and function. We applied a correlation-based metric called differential stability to assess reproducibility of gene expression patterning across 132 structures in six individual brains, revealing mesoscale genetic organization. The genes with the highest differential stability are highly biologically relevant, with enrichment for brain-related annotations, disease associations, drug targets and literature citations. Using genes with high differential stability, we identified 32 anatomically diverse and reproducible gene expression signatures, which represent distinct cell types, intracellular components and/or associations with neurodevelopmental and neurodegenerative disorders. Genes in neuron-associated compared to non-neuronal networks showed higher preservation between human and mouse; however, many diversely patterned genes displayed marked shifts in regulation between species. Finally, highly consistent transcriptional architecture in neocortex is correlated with resting state functional connectivity, suggesting a link between conserved gene expression and functionally relevant circuitry.

Stereotactic targeting is a commonly used technique for performing injections in the brains of mice and other animals. The most common method for targeting stereoscopic injections uses the skull indentations bregma and lambda as reference points and is limited in its precision by factors such as skull curvature and individual variation, as well as an incomplete correspondence between skull landmarks and brain locations. In this software tool, a 3D laser scan of the mouse skull is taken in vitro and registered onto a reference skull using a point cloud matching algorithm, and the parameters of the transformation are used to position a glass pipette to place tracer injections. The software was capable of registering sample skulls with less than 100 micron error, and was able to target an injection in a mouse with error of roughly 500 microns. These results indicate that using skull scan registration has the potential to be widely applicable in automating stereotactic targeting of tracer injections.