Abstract Premotor circuits in the brainstem control pools of orofacial motoneurons to execute essential functions such as drinking, eating, breathing, and in rodent, whisking. Previous transsynaptic tracing studies only mapped orofacial premotor circuits in neonatal mice but the adult circuits remain unknown due to technical difficulties. Here we developed a three-step monosynaptic transsynaptic tracing strategy to identify premotor neurons controlling whisker, tongue protrusion, and jaw-closing muscles in the adult. We registered these different groups of premotor neurons onto the Allen mouse brain common coordinate framework (CCF) and consequently generated a combined 3D orofacial premotor atlas, revealing unique spatial organizations of distinct premotor circuits. We also uncovered premotor neurons simultaneously innervating multiple motor nuclei and, thus, likely coordinating different muscles involved in the same orofacial behaviors. Our method for tracing adult premotor circuits and registering to Allen CCF is generally applicable and should facilitate the investigations of motor controls of diverse behaviors.

In vivo calcium imaging using 1-photon based miniscope and microendoscopic lens enables studies of neural activities in freely behaving animals. However, the high and fluctuating background, the inevitable movements and distortions of imaging field, and the extensive spatial overlaps of fluorescent signals emitted from imaged neurons inherent in this 1-photon imaging method present major challenges for extracting neuronal signals reliably and automatically from the raw imaging data. Here we develop a unifying algorithm called MINiscope 1-photon imaging PIPEline (MIN1PIPE) that contains several standalone modules and can handle a wide range of imaging conditions and qualities with minimal parameter tuning, and automatically and accurately isolate spatially localized neural signals. We quantitatively compare MIN1PIPE with other existing partial methods using both synthetic and real datasets obtained from different animal models, and show that MIN1PIPE has a superior performance both in terms of efficiency and precision in analyzing noisy miniscope calcium imaging data.