Abstract Brain computer interfaces (BCIs), including penetrating microelectrode arrays, enable both recording and stimulation of neuronal cells. However, device implantation inevitably causes injury to brain tissue and induces a foreign body response, leading to reduced recording performance and stimulation efficacy. Astrocytes in the healthy brain play multiple roles including regulating energy metabolism, homeostatic balance, transmission of neural signals, and neurovascular coupling. Following an insult to the brain, they are activated and observed to gather around the site of injury. These reactive astrocytes have been regarded as one of the main contributors to the formation of a glial scar which affects the performance of microelectrode arrays. This study investigates the dynamics of astrocytes within the first 2 weeks after implantation of an intracortical microelectrode into the mouse brain using two-photon microscopy. From our observation astrocytes are highly dynamic during this period, exhibiting patterns of process extension, soma migration, morphological activation, and device encapsulation that are spatiotemporally distinct from other glial cells, such as microglia or oligodendrocyte precursor cells. This detailed characterization of astrocyte reactivity will help to better understand the tissue response to intracortical devices and lead to the development of more effective intervention strategies to improve the functional performance neural interfacing technology.

Abstract Though hierarchy is commonly invoked in descriptions of neural system function, its presence and manifestation in firing patterns remain poorly resolved. Here we use rapid activity perturbations to demonstrate asymmetric influence between premotor and primary motor cortices on fast timescales during reaching in mice, confirming hierarchy among endogenous firing patterns. However, this hierarchy had a surprising manifestation: firing in each region was dominated by temporally-aligned patterns and was equally predictive of future firing in the other region. Network modeling suggests an explanation: functional hierarchy can be determined by the relative dependence of local circuits on across-region input, rather than asymmetry in that input. We propose that motor cortical firing patterns are primarily defined not by across-region input, but by the constraints of patterning motor output.