Cell-type specificity of cortico-cortical connections between the visual and retrosplenial cortices of the mouse

Abstract

he mammalian neocortex is hierarchically organized such that long-range connections between areas may be divided into two types: feedforward (FF) connections from lower to higher areas, and feedback (FB) connections in the opposite direction. Finding connectivity rules is necessary to constrain theories of hierarchical cortical computation. Previous findings in the Petreanu lab have found that in deep cortical layers that both FF and FB connections between primary visual cortex (V1) and higher order visual cortical areas (HVAs) in the mouse make stronger connections with looped neurons versus non-looped neurons, in a laminar specific manner. Looped neurons may be defined as neurons that project back to the source of the inputs, to form a loop. However, it remains unknown whether this laminar-specific looped connectivity is a general feature of cortical circuits and to what extent it can be generalized. In the scope of this project, we investigated whether projections linking V1 and non-visual cortical areas are also preferentially organized in loops. Using microinjections of retrograde and anterograde tracers we characterized FB projections from the retrosplenial cortex (RSC) to V1 and found that RSC axonal projections target V1 specifically at the top of layer 1 (L1a) and layer 6, presenting a different innervation pattern of L1 dendrites compared to what was observed for FB from HVAs. Resorting to subcellular channelrhodopsin-2- assisted circuit mapping (sCRACM) in combination with retrograde and anterograde tracers, we were able to compare FB input strength in looped neurons vs. non-looped neurons. Analogously to what was observed for FB from visual areas, looped L5 neurons are selectively innervated by FB inputs from RSC, with most input being received by the somatic compartment. Although not significant, our experiments reveal a preferential innervation of L5 apical tufts in looped neurons. Taken together, our results suggest that long range cortical connections between RSC and V1 are selectively wired to engage in monosynaptic excitatory loops with neurons in layer 5, despite the anatomical differences in FB innervation of layer 1.

O neocórtex dos mamíferos está organizado hierarquicamente e as conexões de longa distância entre áreas podem ser divididas em dois tipos distintos: conexões feedforward (FF) de áreas inferiores na hierarquia para áreas superiores, e conexões de feedback (FB) na direção oposta. É essencial encontrar regras de conectividade para construir teorias de computação cortical. Resultados prévios do Petreanu Lab indicam que em layers mais profundas do córtex tanto as conexões FF e FB entre o córtex primário visual (V1) como as áreas visuais de maior ordem (HVAs) em murganho estabelecem conexões mais fortes com neurónios looped versus neurónios não looped, de uma forma que é particular de cada layer. Neurónios looped podem ser definidos como neurónios que projetam de volta para a sua fonte de input, formando um loop. Porém, continua desconhecido se esta conectividade especifica para cada layer é uma característica geral dos circuitos corticais e em que medida poderá ser generalizada. No âmbito deste projeto, investigamos se as projeções que ligam o V1 a áreas corticais não visuais estão também preferencialmente organizadas em loops. Utilizando microinjeções de tracers retrógrados e anterógrados caracterizámos as projeções FB do retrospleanial cortex (RSC) para o V1 e observámos que as projeções axonais do RSC almejam especificamente o topo da layer 1 (L1a) e a layer 6, apresentando um padrão de inervação diferente das dendrites da L1 comparativamente ao que foi observado para o feedback das HVAs. Recorrendo à técnica subcellular channelrhodopsin-2-assisted circuit mapping (sCRACM) em combinação com tracers retrógrados e anterógrados, comparámos a força do input do feedback em neurónios looped vs neurónios non-looped. Analogamente ao que foi observado para o FB de áreas visuais, neurónios L5 looped são seletivamente inervadas por inputs FB do RSC, sendo que a maioria do input é recebido pelo compartimento somático. Apesar de não significativo, as nossas experiências revelam uma inervação preferencial das dendrites apicais em neurónios looped. No seu conjunto, os nossos resultados sugerem que as conexões corticais a longa distância entre o RSC e o V1 são seletivamente conectadas para se envolverem em loops monosinápticos excitatórios com neurónios na layer 5, apesar das diferenças na inervação da layer 1 pelo FB.