The canonical view of striatal GABAergic interneurons has evolved over several decades of neuroanatomical/neurochemical and electrophysiological studies. From the anatomical studies, three distinct GABAergic interneuronal subtypes are generally recognized. The best-studied subtype expresses the calcium-binding protein, parvalbumin. The second best known interneuron type expresses a number of neuropeptides and enzymes, including neuropeptide Y, somatostatin, and nitric oxide synthase. The last GABAergic interneuron subtype expresses the calcium binding protein, calretinin. There is no overlap or co-localization of these three different sets of markers. The parvalbumin-immunoreactive GABAergic interneurons have been recorded in vitro and shown to exhibit a fast-spiking phenotype characterized by short duration action potentials with large and rapid spike AHPs. They often fire in a stuttering pattern of high frequency firing interrupted by periods of silence. They are capable of sustained firing rates of over 200 Hz. The NPY/SOM/NOS interneurons have been identified as PLTS cells, exhibiting very high input resistances, low threshold spike and prolonged plateau potentials in response to intracellular depolarization or excitatory synaptic stimulation. Thus far, no recordings from identified CR interneurons have been obtained. Recent advances in technological approaches, most notably the generation of several BAC transgenic mouse strains which express a fluorescent marker, enhanced green fluorescent protein, specifically and selectively only in neurons of a certain genetic makeup (e.g., parvalbumin-, neuropeptide Y-, or tyrosine hydroxylase-expressing neurons etc.) have led to the ability of electrophysiologists to visualize and patch specific neuron types in brain slices with epifluorescence illumination. This has led to a rapid expansion of the number of neurochemically and/or electrophysiologically identified interneuronal cell types in the striatum and elsewhere. This article will review the anatomy, neurochemistry, electrophysiology, synaptic connections, and function of the three "classic" striatal GABAergic interneurons as well as more recent data derived from in vitro recordings from BAC transgenic mice as well as recent in vivo data.

Our original review, "Heterogeneity and Diversity of Striatal GABAergic Interneurons", to which this is an invited update, was published in December, 2010 in Frontiers is Neuroanatomy. In that paper, we reviewed several decades' worth of anatomical and electrophysiological data on striatal parvalbumin-, neuropeptide Y- and calretinin-expressing GABAergic interneurons from many laboratories including our own. In addition, we reported on a recently discovered novel tyrosine hydroxylase expressing GABAergic interneuron class first revealed in transgenic tyrosine hydroxylase EGFP reporter mouse line. In this review we report on further advances in the understanding of the functional properties of previously reported striatal GABAergic interneurons and their synaptic connections. With the application of new transgenic fluorescent reporter and Cre-driver/reporter lines, plus optogenetic, chemogenetic and viral transduction methods, several additional subtypes of novel striatal GABAergic interneurons have been discovered, as well as the synaptic networks in which they are embedded. These findings make it clear that previous hypotheses in which striatal GABAergic interneurons modulate and/or control the firing of spiny neurons principally by simple feedforward and/or feedback inhibition are at best incomplete. A more accurate picture is one in which there are highly selective and specific afferent inputs, synaptic connections between different interneuron subtypes and spiny neurons and among different GABAergic interneurons that result in the formation of functional networks and ensembles of spiny neurons.

Autism spectrum disorder (ASD) is characterized by deficits in social interaction and communication, cognitive rigidity, and atypical sensory processing. Recent studies suggest that the basal ganglia, specifically the striatum (NSt), plays an important role in ASD. While striatal interneurons, including cholinergic (ChAT + ) and parvalbumin-positive (PV + ) GABAergic neurons, have been described to be altered in animal models of ASD, their specific contribution remains elusive. Here, we combined behavioral, anatomical, and electrophysiological quantifications to explore if interneuron balance could be implicated in atypical sensory processing in cortical and striatal somatosensory regions of rats subjected to a valproic acid (VPA) model of ASD. We found that VPA animals showed a significant decrease in the number of ChAT + and PV + cells in multiple regions (including the sensorimotor region) of the NSt. We also observed significantly different sensory-evoked responses at the single-neuron and population levels in both striatal and cortical regions, as well as cortico-striatal interactions. Therefore, selective elimination of striatal PV + neurons only partially recapitulated the effects of VPA, indicating that the mechanisms behind the VPA phenotype are much more complex than the elimination of a particular neural subpopulation. Our results indicate that VPA exposure induced significant histological changes in ChAT + and PV + cells accompanied by atypical sensory-evoked cortico-striatal population dynamics that could partially explain the sensory processing differences associated with ASD. Significance Statement One of the main characteristics of patients with autism spectrum disorder (ASD) is the hypo- or hyper-responses to sensory stimuli. Various studies indicate that a possible explanation for these atypical responses is an imbalance in excitation-inhibition modulated by different types of interneurons. In the present work, we provide evidence that a striatal imbalance in ChAT + and PV + levels could partly explain behavioral and somatosensory processing differences associated with the valproic acid-induced ASD model.