Neurodegeneration is a hallmark of many dementias and is thought to underlie a progressive impairment of neural plasticity. How neurodegeneration affects plasticity in neural circuits is not known. We therefore characterised the impact of tau-driven neurodegeneration on plasticity in the visual system, where normal function is well understood. We studied a very simple form of visual plasticity that allowed us to track both long timescales (across days) and shorter timescales (over minutes). We recorded the local field potential in the primary visual cortex of rTg4510 transgenic mice, a mouse model of tauopathy, while animals were repeatedly exposed to the same stimulus over the course of 9 days. We studied animals at early stages of neurodegeneration (5 months old) and at a more advanced stage where pathology is evident (8 months). We found that both short- and long-term visual plasticity were already disrupted at early stages of neurodegeneration, and were further reduced in older animals, such that it was abolished in mice expressing the mutant tau. Additionally, we found that visually evoked behaviours were disrupted in both younger and older mice expressing the mutant tau. Our results show that visual cortical plasticity and visually evoked behaviours are disrupted in the rTg4510 model of tauopathy, even at early stages of neurodegeneration. This simple measure of neural plasticity may help understand how neurodegeneration disrupts neural circuits, and offers a translatable platform for detection and tracking of the disease. Highlights Visual plasticity is disrupted at early stages of neurodegeneration in rTg4510 mice Visual plasticity is reduced in older animals, particularly during neurodegeneration Instinctive visual behaviours are reduced in neurodegeneration Short-term visual plasticity is reduced in neurodegeneration

Abstract Laser evoked potentials (LEPs) – the EEG response to temporally-discrete thermal stimuli – are commonly used in experimental pain studies in humans. Such stimuli selectively activate nociceptors and produce EEG features which correlate with pain intensity. The rodent LEP has been proposed to be a translational biomarker of nociception and pain, however its validity has been questioned because of reported differences in the classes of nociceptive fibres mediating the response. Here we use a machine learning, trial by trial analysis approach on wavelet-denoised LEPs generated by stimulation of the plantar hindpaw of rats. The LEP amplitude was more strongly related to behavioural response than to laser stimulus energy. A simple decision tree classifier using LEP features was able to predict behavioural responses with 73% accuracy. An examination of the features used by the classifier showed that mutually exclusive short and long latency LEP peaks were clearly seen in single-trial data, yet were not evident in grand average data pooled from multiple trials. This bimodal distribution of LEP latencies was mirrored in the paw withdrawal latencies which were preceded and predicted by the LEP responses. The proportion of short latency events was increased after intradermal application of high dose capsaicin (to defunctionalise TRPV1 expressing nociceptors), suggesting they were mediated by Aδ-fibres (specifically AMH-I). These findings demonstrate that both C- and Aδ-fibres contribute to rodent LEPs and concomitant behavioural responses, providing a real-time assay of specific fibre function in conscious animals. Single-trial analysis approaches can improve the utility of LEPs as a translatable biomarker of pain.

Dementia is associated with severe spatial memory deficits which arise from dysfunction in hippocampal and parahippocampal circuits. For spatially-sensitive neurons, such as grid cells, to faithfully represent the environment these circuits require precise encoding of direction and velocity information. Here we have probed the firing rate coding properties of neurons in medial entorhinal cortex (MEC) in a mouse model of tauopathy. We find that grid cell firing patterns are largely absent in rTg4510 mice, while head direction tuning remains largely intact. Conversely, neural representation of running speed information was significantly disturbed, with smaller proportions of MEC cells having firing rates correlated with locomotion in rTg4510 mice. Additionally, the power of local field potential oscillations in the theta and gamma frequency bands, which in wildtype mice are tightly linked to running speed, was invariant in rTg4510 mice. These deficits in locomotor speed encoding likely severely impact path integration systems in dementia.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Abstract Alzheimer’s disease and other dementias are associated with disruptions of electrophysiological brain activity, including low frequency and gamma rhythms. Many of these dementias are also associated with the malfunction of the membrane associated protein tau. Tauopathy disrupts neuronal function and the stability of synapses and is a key driver of neurodegeneration. Here we ask how brain rhythms are affected by tauopathy, at different stages of its progression. We performed local field potential recordings from visual cortex of rTg4510 and control animals at early stages of neurodegeneration (5 months) and at a more advanced stage where pathology is evident (8 months). We measured brain activity in the presence or absence of external visual stimulation, and while monitoring pupil diameter and locomotion to establish animal behavioural states. At 5 months, before substantial pathology, we found an increase in low frequency rhythms during resting state in tauopathic animals. This was because tauopathic animals entered intermittent periods of increased neural synchronisation, where activity across a wide band of low frequencies was strongly correlated. At 8 months, when the degeneration was more advanced, the increased synchronisation and low frequency power was accompanied by a reduction in power in the gamma range, with diverse effects across different components of the gamma rhythm. Our results indicate that slower rhythms are impaired earlier than gamma rhythms in tauopathy, suggesting that electrophysiological measurements can indicate both the presence and progression of tauopathic degeneration.