A fundamental challenge in the optogenetic toolbox is that all opsins, regardless of their excitation spectra, are activated by blue light. We hypothesized that pairing a red-shifted channelrhodopsin with a blue light-sensitive anion channel of appropriately matching kinetics shall render neurons responsive to a red but not blue light. To achieve this, we used a semi-rational mutagenesis strategy to optimize the kinetics and light spectrum of a chloride channelrhodopsin. By pairing optimized variants of blue light-sensitive anion channel ZipACR with vfChrimson, a fast red-shifted channelrhodopsin, we created a system in which red light derives precise and faithful action potentials of high frequencies, while blue light, through shunting inhibition, nullifies the effect of the red-shifted ChR2. Additionally, by a simple switch between red and blue lights, one can effectively excite or inhibit the activity of the same neurons.

Abstract Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs (DREADDs) are a popular chemogenetic technology for manipulation of neuronal activity in uninstrumented awake animals with potential for precision medicine-based clinical theranostics. DREADD ligands developed to date are not appropriate for such translational applications. The prototypical DREADD agonist clozapine N-oxide (CNO) lacks brain entry and converts to clozapine. The second-generation DREADD agonist, Compound 21 (C21), was developed to overcome these limitations. We found that C21 has low brain penetrance, weak affinity, and low in vivo DREADD occupancy. To address these drawbacks, we developed two new DREADD agonists, JHU37152 and JHU37160, and the first dedicated positron emission tomography (PET) DREADD radiotracer, [ 18 F]JHU37107. JHU37152 and JHU37160 exhibit high in vivo DREADD potency. [ 18 F]JHU37107 combined with PET allows for DREADD detection in locally-targeted neurons and at their long-range projections, enabling for the first time, noninvasive and longitudinal neuronal projection mapping and potential for neurotheranostic applications.

The dominant models of learning and memory, such as Hebbian plasticity, propose that experiences are transformed into memories through input-specific synaptic plasticity at the time of learning. However, synaptic plasticity is neither strictly input specific nor restricted to the time of its induction. The impact of such forms of non-Hebbian plasticity on memory has been difficult to test, hence poorly understood. Here, we demonstrate that synaptic manipulations can deviate from the Hebbian model of learning, yet produce a lasting memory. First, we established an associative conditioning protocol where optogenetic stimulation of sensory thalamic input to the amygdala was paired with a footshock, but no detectable memory was formed. However, when the same input was potentiated minutes before or after, or even 24 hours later, the associative experience was converted to a lasting memory. Importantly, potentiating an independent input to the amygdala minutes but not 24 hours after the pairing produced a lasting memory. Thus, our findings suggest that the process of transformation of a transient experience into a memory is neither restricted to the time of the experience nor to the synapses triggered by it; instead, it can be influenced by past and future events.

Semaglutide, a GLP-1 receptor agonist used primarily to regulate blood sugar and appetite, has been studied mostly in models of obesity and diabetes. Yet, little is known about its effects on healthy animals. In this study, daily dosing of semaglutide (0.01 mg/kg) in healthy C57BL/6JRj male wildtype mice led to noticeable changes in behavioural tests commonly used to evaluate stress and motivation. The mice showed increased jumping in the open field, reduced shredding of nestlets, less interest in sniffing female urine, and heightened activity in the forced swim test. These behavioural shifts may indicate potential side effects of semaglutide in healthy animals, providing a crucial baseline for understanding how the drug could affect conditions like obesity, addiction, or cognitive decline.

Motivation: To bring awareness on the heterogeneity in awake rodent functional imaging. We aim to identify protocol differences that optimize awake functional connectivity, reproducibility and collaboration. Goal(s): To aggregate awake rodent functional datasets, establish population parameters, provide evidence-based recommendations, compare functional Magnetic Resonance Imaging and functional Ultrasound, foster collaborations. Approach: We collect datasets from mice and rats, preprocess and run a seed-based analysis at the individual-level using RABIES. Group-level analysis is performed in Python, resulting in functional connectivity specificity maps. Results: We have gathered 5 mice-datasets and 4 rat-datasets totaling 122 scans with great variability in rodent characteristics, imaging methods, and experimental designs. Impact: Findings will empower researchers to refine awake rodent functional imaging, enhancing investigations into cognitive and behavioral processes, without the anesthesia confounds. This approach closely parallels human brain imaging, enhancing translational relevance and providing an accurate representation of conscious brain function.