ABSTRACT Sensory processing in vertebrate olfactory systems is organized across olfactory bulb glomeruli, wherein axons of peripheral sensory neurons expressing the same olfactory receptor co-terminate to transmit receptor-specific activity to central neurons. Understanding how receptors map to glomeruli is therefore critical to understanding olfaction. High-throughput spatial transcriptomics is a rapidly advancing field, but low-abundance olfactory receptor expression within glomeruli has previously precluded high-throughput mapping of receptors to glomeruli. Here we combined spatial sectioning along the anteroposterior, dorsoventral, and mediolateral axes with target capture enrichment sequencing to overcome low-abundance target expression. This strategy allowed us to spatially map 86% of olfactory receptors across the olfactory bulb and uncover a relationship between OR sequence and glomerular position. ONE SENTENCE SUMMARY Targeted enrichment of olfactory receptor mRNA in olfactory bulb sections determines spatial positions for murine glomeruli.

SUMMARY In olfactory systems, convergence of sensory neurons onto glomeruli generates a map of odorant receptor identity. How glomerular maps relate to sensory space remains unclear. We sought to better characterize this relationship in the mouse olfactory system by defining glomeruli in terms of the odorants to which they are most sensitive. Using high-throughput odorant delivery and ultrasensitive imaging of sensory inputs, we imaged responses to 185 odorants presented at concentrations determined to activate only one or a few glomeruli across the dorsal olfactory bulb. The resulting datasets defined the tuning properties of glomeruli - and, by inference, their cognate odorant receptors - in a low-concentration regime, and yielded consensus maps of glomerular sensitivity across a wide range of chemical space. Glomeruli were extremely narrowly tuned, with ~25% responding to only one odorant, and extremely sensitive, responding to their effective odorants at sub-picomolar to nanomolar concentrations. Such narrow tuning in this concentration regime allowed for reliable functional identification of many glomeruli based on a single diagnostic odorant. At the same time, the response spectra of glomeruli responding to multiple odorants was best predicted by straightforward odorant structural features, and glomeruli sensitive to distinct odorants with common structural features were spatially clustered. These results define an underlying structure to the primary representation of sensory space by the mouse olfactory system.

For decades, neurophysiologists have characterized the biophysical properties of a rich diversity of neuron types. However, identifying common features and computational roles shared across neuron types is made more difficult by inconsistent conventions for collecting and reporting biophysical data. Here, we leverage NeuroElectro, a literature-based database of electrophysiological properties (www.neuroelectro.org), to better understand neuronal diversity -- both within and across neuron types -- and the confounding influences of methodological variability. We show that experimental conditions (e.g., electrode types, recording temperatures, or animal age) can explain a substantial degree of the literature-reported biophysical variability observed within a neuron type. Critically, accounting for experimental metadata enables massive cross-study data normalization and reveals that electrophysiological data are far more reproducible across labs than previously appreciated. Using this normalized dataset, we find that neuron types throughout the brain cluster by biophysical properties into 6-9 super-classes. These classes include intuitive clusters, such as fast-spiking basket cells, as well as previously unrecognized clusters, including a novel class of cortical and olfactory bulb interneurons that exhibit persistent activity at theta-band frequencies.