Selective expression of m2 muscarinic receptor in the parvocellular channel of the primate visual cortex.

Visual information in primates is relayed from the dorsal lateral geniculate nucleus to the cerebral cortex by three parallel neuronal channels designated the parvocellular, magnocellular, and interlaminar pathways. Here we report that m2 muscarinic acetylcholine receptor in the macaque monkey visual cortex is selectively associated with synaptic circuits subserving the function of only one of these channels. The m2 receptor protein is enriched both in layer IV axons originating from parvocellular layers of the dorsal lateral geniculate nucleus and in cytochrome oxidase poor interblob compartments in layers II and III, which are linked with the parvocellular pathway. In these compartments, m2 receptors appear to be heteroreceptors, i.e., they are associated predominantly with asymmetric, noncholinergic synapses, suggesting a selective role in the modulation of excitatory neurotransmission through the parvocellular visual channel.

Ancestral major histocompatibility complex DRB genes beget conserved patterns of localized polymorphisms.

Genes within the major histocompatibility complex (MHC) are characterized by extensive polymorphism within species and also by a remarkable conservation of contemporary human allelic sequences in evolutionarily distant primates. Mechanisms proposed to account for strict nucleotide conservation in the context of highly variable genes include the suggestion that intergenic exchange generates repeated sets of MHC DRB polymorphisms [Gyllensten, U. B., Sundvall, M. & Erlich, H. A. (1991) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88, 3686-3690; Lundberg, A. S. & McDevitt, H. 0. (1992) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 6545-6549]. We analyzed over 50 primate MHC DRB sequences, and identified nucleotide elements within macaque and baboon DRB6-like sequences with deletions corresponding to specific exon 2 hypervariable regions, which encode a discrete alpha helical segment of the MHC antigen combining site. This precisely localized deletion provides direct evidence implicating segmental exchange of MHC-encoded DRB gene fragments as one of the evolutionary mechanisms both generating and maintaining MHC diversity. Intergenic exchange at this site may be fundamental to the diversification of immune protection in populations by permitting alteration in the specificity of the MHC that determines the repertoire of antigens bound.

Circuit-specific alterations of N-methyl-D-aspartate receptor subunit 1 in the dentate gyrus of aged monkeys.

Age-associated memory impairment occurs frequently in primates. Based on the established importance of both the perforant path and N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptors in memory formation, we investigated the glutamate receptor distribution and immunofluorescence intensity within the dentate gyrus of juvenile, adult, and aged macaque monkeys with the combined use of subunit-specific antibodies and quantitative confocal laser scanning microscopy. Here we demonstrate that aged monkeys, compared to adult monkeys, exhibit a 30.6% decrease in the ratio of NMDA receptor subunit 1 (NMDAR1) immunofluorescence intensity within the distal dendrites of the dentate gyrus granule cells, which receive the perforant path input from the entorhinal cortex, relative to the proximal dendrites, which receive an intrinsic excitatory input from the dentate hilus. The intradendritic alteration in NMDAR1 immunofluorescence occurs without a similar alteration of non-NMDA receptor subunits. Further analyses using synaptophysin as a reflection of total synaptic density and microtubule-associated protein 2 as a dendritic structural marker demonstrated no significant difference in staining intensity or area across the molecular layer in aged animals compared to the younger animals. These findings suggest that, in aged monkeys, a circuit-specific alteration in the intradendritic concentration of NMDAR1 occurs without concomitant gross structural changes in dendritic morphology or a significant change in the total synaptic density across the molecular layer. This alteration in the NMDA receptor-mediated input to the hippocampus from the entorhinal cortex may represent a molecular/cellular substrate for age-associated memory impairments.

Mapping striate and extrastriate visual areas in human cerebral cortex.

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) was used to identify and map the representation of the visual field in seven areas of human cerebral cortex and to identify at least two additional visually responsive regions. The cortical locations of neurons responding to stimulation along the vertical or horizontal visual field meridia were charted on three-dimensional models of the cortex and on unfolded maps of the cortical surface. These maps were used to identify the borders among areas that would be topographically homologous to areas V1, V2, V3, VP, and parts of V3A and V4 of the macaque monkey. Visually responsive areas homologous to the middle temporal/medial superior temporal area complex and unidentified parietal visual areas were also observed. The topography of the visual areas identified thus far is consistent with the organization in macaque monkeys. However, these and other findings suggest that human and simian cortical organization may begin to differ in extrastriate cortex at, or beyond, V3A and V4.

Circuitry for color coding in the primate retina.

Human color vision starts with the signals from three cone photoreceptor types, maximally sensitive to long (L-cone), middle (M-cone), and short (S-cone) wavelengths. Within the retina these signals combine in an antagonistic way to form red-green and blue-yellow spectral opponent pathways. In the classical model this antagonism is thought to arise from the convergence of cone type-specific excitatory and inhibitory inputs to retinal ganglion cells. The circuitry for spectral opponency is now being investigated using an in vitro preparation of the macaque monkey retina. Intracellular recording and staining has shown that blue-ON/yellow-OFF opponent responses arise from a distinctive bistratified ganglion cell type. Surprisingly, this cone opponency appears to arise by dual excitatory cone bipolar cell inputs: an ON bipolar cell that contacts only S-cones and an OFF bipolar cell that contacts L- and M-cones. Red-green spectral opponency has long been linked to the midget ganglion cells, but an underlying mechanism remains unclear. For example, receptive field mapping argues for segregation of L-and M-cone signals to the midget cell center and surround, but horizontal cell interneurons, believed to generate the inhibitory surround, lack opponency and cannot contribute selective L- or M-cone input to the midget cell surround. The solution to this color puzzle no doubt lies in the great diversity of cell types in the primate retina that still await discovery and analysis.

Persistent infection of rhesus macaques with T-cell-line-tropic and macrophage-tropic clones of simian/human immunodeficiency viruses (SHIV).

To elucidate the functions of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) genes in a nonhuman primate model, we have constructed infectious recombinant viruses (chimeras) between the pathogenic molecular clone of simian immunodeficiency virus (SIV) SIVmac239 and molecular clones of HIV-1 that differ in phenotypic properties controlled by the env gene. HIV-1SF33 is a T-cell-line-tropic virus which induces syncytia, and HIV-1SF162 is a macrophage-tropic virus that does not induce syncytia. A DNA fragment encoding tat, rev, and env (gp160) of SIVmac239 has been replaced with the counterpart genetic region of HIV-1SF33 and HIV-1SF162 to derive chimeric recombinant simian/human immunodeficiency virus (SHIV) strains SHIVSF33 and SHIVSF162, respectively. In the acute infection stage, macaques inoculated with SHIVSF33 had levels of viremia similar to macaques infected with SIVmac239, whereas virus loads were 1/10th to 1/100th those in macaques infected with SHIVSF162. Of note is the relatively small amount of virus detected in lymph nodes of SHIVSF162-infected macaques. In the chronic infection stage, macaques infected with SHIVSF33 also showed higher virus loads than macaques infected with SHIVSF162. Virus persists for over 1 year, as demonstrated by PCR for amplification of viral DNA in all animals and by virus isolation in some animals. Antiviral antibodies, including antibodies to the HIV-1 env glycoprotein (gp160), were detected; titers of antiviral antibodies were higher in macaques infected with SHIVSF33 than in macaques infected with SHIVSF162. Although virus has persisted for over 1 year after inoculation, these animals have remained healthy with no signs of immunodeficiency. These findings demonstrate the utility of the SHIV/macaque model for analyzing HIV-1 env gene functions and for evaluating vaccines based on HIV-1 env antigens.

Cortical correlate of pattern backward masking.

The perception of a briefly presented shape is strongly impaired when it is followed by another pattern, a phenomenon called backward masking. We found that the vast majority of a sample of shape-selective neurons in the macaque inferior temporal cortex respond selectively to backward-masked shapes, although these shapes could not be discriminated by human and monkey subjects. However, this selective response was brief, since it was either interrupted by the mask or overridden by a response to the mask itself. We show that reliable discrimination of briefly presented shapes by single neurons depends on the temporal integration of the response. Presentation of the mask, however, reduces the number of spikes available for integration, explaining backward masking. These results also provide direct neurophysiological evidence for the "interruption theory" of backward masking.

Pleasant sweeping grooming touch in rhesus monkey: effects on autonomic nervous system and its codification in posterior insular and secondary somatosensory cortex

Il tatto assume un'importanza fondamentale nella vita quotidiana, in quanto ci permette di discriminare le caratteristiche fisiche di un oggetto specifico, di identificarlo e di eventualmente integrare le suddette informazioni tattili con informazioni provenienti da altri canali sensoriali. Questa è la componente sensoriale-discriminativa del tatto. Tuttavia quotidianamente il tatto assume un ruolo fondamentale durante le diverse interazioni sociali, positive, come quando abbracciamo o accarezziamo una persona con cui abbiamo un rapporto affettivo e negative, per esempio quando allontaniamo una persona estranea dal nostro spazio peri-personale. Questa componente è la cosiddetta dimensione affettiva-motivazionale, la quale determina la codifica della valenza emotiva che l'interazione assume. Questa componente ci permette di creare, mantenere o distruggere i legami sociali in relazione al significato che il tocco assume durante l'interazione. Se per esempio riceviamo una carezza da un familiare, questa verrà percepita come piacevole e assumerà un significato affiliativo. Questo tipo di tocco è comunente definito come Tocco Sociale (Social Touch). Gli aspetti discriminativi del tatto sono stati ben caratterizzati, in quanto storicamente, il ruolo del tatto è stato considerato quello di discriminare le caratteristiche di ciò che viene toccato, mentre gli aspetti affettivi sono stati solo recentemente indagati considerando la loro importanza nelle interazioni sociali. Il tocco statico responsabile dell'aspetto discriminante attiva a livello della pelle le grandi fibre mieliniche (Aβ), modulando a livello del sistema nervoso centrale le cortecce sensoriali, sia primarie che secondarie. Questo permette la codifica a livello del sistema nervoso centrale delle caratteristiche fisiche oggettive degli oggetti toccati. Studi riguardanti le caratteristiche del tocco affiliativo sociale hanno messo in evidenza che suddetta stimolazione tattile 1) è un particolare tocco dinamico che avviene sul lato peloso delle pelle con una velocità di 1-10 cm/sec; 2) attiva le fibre amieliniche (fibre CT o C-LTMRs); 3) induce positivi effetti autonomici, ad esempio la diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca; e 4) determina la modulazione di regioni cerebrali coinvolte nella codifica del significato affiliativo dello stimolo sensoriale periferico, in particolare la corteccia insulare. Il senso del tatto, con le sue due dimensioni discriminativa e affiliativa, è quotidianamente usato non solo negli esseri umani, ma anche tra i primati non umani. Infatti, tutti i primati non umani utilizzano la componente discriminativa del tatto per identificare gli oggetti e il cibo e l'aspetto emotivo durante le interazioni sociali, sia negative come durante un combattimento, che positive, come durante i comportamenti affiliativi tra cui il grooming. I meccanismi di codifica della componente discriminativa dei primati non umani sono simili a quelli umani. Tuttavia, si conosce ben poco dei meccanismi alla base della codifica del tocco piacevole affiliativo. Pur essendo ben noto che i meccanorecettori amilienici C-LTMRs sono presenti anche sul lato peloso della pelle dei primati non umani, attualmente non ci sono studi riguardanti la correlazione tra il tocco piacevole e la loro modulazione, come invece è stato ampiamente dimostrato nell'uomo. Recentemente è stato ipotizzato (Dunbar, 2010) il ruolo delle fibre C-LTMRs durante il grooming, in particolare durante il cosiddetto swepping. Il grooming è costituito da due azioni motorie, lo sweeping e il picking che vengono eseguite in modo ritmico. Durante lo sweeping la scimmia agente muove il pelo della scimmia ricevente con un movimento a mano aperta, per poter vedere il preciso punto della pelle dove eseguire il picking, ovvero dove prendere la pelle a livello della radice del pelo con le unghie dell'indice e del pollice e tirare per rimuovere parassiti o uova di parassiti e ciò che è rimasto incastrato nel pelo. Oltre il noto ruolo igenico, il grooming sembra avere anche una importante funzione sociale affiliativa. Come la carezza nella società umana, cosi il grooming tra i primati non umani è considerato un comportamento. Secondo l'ipotesi di Dunbar l'attivazione delle C-LTMRs avverrebbe durante lo sweeping e questo porta a supporre che lo sweeping, come la carezza umana, costituisca una componente affiliativa del grooming, determinando quindi a contribuire alla sua codifica come comportamento sociale. Fino ad ora non vi è però alcuna prova diretta a sostegno di questa ipotesi. In particolare, 1) la velocità cui viene eseguito lo sweeping è compatibile con la velocità di attivazione delle fibre CT nell'uomo e quindi con la velocità tipica della carezza piacevole di carattere sociale affiliativo (1-10 cm/sec)?; 2) lo sweeping induce la stessa modulazione del sistema nervoso autonomo in direzione della modulazione del sistema vagale, come il tocco piacevole nell'uomo, attraverso l'attivazione delle fibre CT?; 3) lo sweeping modula la corteccia insulare, cosi come il tocco piacevole viene codificato come affiliativo nell'uomo mediante le proiezioni delle fibre CT a livello dell'insula posteriore? Lo scopo del presente lavoro è quella di testare l'ipotesi di Dunbar sopra citata, cercando quindi di rispondere alle suddette domande. Le risposte potrebbero consentire di ipotizzare la somiglianza tra lo sweeping, caratteristico del comportamento affiliativo di grooming tra i primati non umani e la carezza. In particolare, abbiamo eseguito 4 studi pilota. Nello Studio 1 abbiamo valutato la velocità con cui viene eseguito lo sweeping tra scimmie Rhesus, mediante una analisi cinematica di video registrati tra un gruppo di scimmie Rhesus. Negli Studi 2 e 3 abbiamo valutato gli effetti sul sistema nervoso autonomo dello sweeping eseguito dallo sperimentatore su una scimmia Rhesus di sesso maschile in una tipica situazione sperimentale. La stimolazione tattile è stata eseguita a diverse velocità, in accordo con i risultati dello Studio 1 e degli studi umani che hanno dimostrato la velocità ottimale e non ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs. In particolare, nello Studio 2 abbiamo misurato la frequenza cardiaca e la variabilità di questa, come indice della modulatione vagale, mentre nello Studio 3 abbiamo valutato gli effetti dello sweeping sul sistema nervoso autonomo in termini di variazioni di temperatura del corpo, nello specifico a livello del muso della scimmia. Infine, nello Studio 4 abbiamo studiato il ruolo della corteccia somatosensoriale secondaria e insulare nella codifica dello sweeping. A questo scopo abbiamo eseguito registrazioni di singoli neuroni mentre la medesima scimmia soggetto sperimentale dello Studio 2 e 3, riceveva lo sweeping a due velocità, una ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs secondo gli studi umani e i risultati dei tre studi sopra citati, ed una non ottimale. I dati preliminari ottenuti, dimostrano che 1) (Studio 1) lo sweeping tra scimmie Rhesus viene eseguito con una velocità media di 9.31 cm/sec, all'interno dell'intervallo di attivazione delle fibre CT nell'uomo; 2) (Studio 2) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina una diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca se eseguito alla velocità di 5 e 10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 1 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina l'aumento della frequenza cardiaca e la diminuzione della variabilità di questa, quindi il decremento dell'attivazione del sistema nervoso parasimpatico; 3) (Studio 3) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina l'aumento della temperatura corporea a livello del muso della scimmia se eseguito alla velocità di 5-10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 5 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina la diminuzione della temperatura del muso; 4) (Studio 4) la corteccia somatosensoriale secondaria e la corteccia insulare posteriore presentano neuroni selettivamente modulati durante lo sweeping eseguito ad una velocità di 5-13 cm/sec ma non neuroni selettivi per la codifica della velocità dello sweeping minore di 5 cm/sec. Questi risultati supportano l'ipotesi di Dunbar relativa al coinvolgimento delle fibre CT durante lo sweeping. Infatti i dati mettono in luce che lo sweeping viene eseguito con una velocità (9.31 cm/sec), simile a quella di attivazione delle fibre CT nell'uomo (1-10 cm/sec), determina gli stessi effetti fisiologici positivi in termini di frequenza cardiaca (diminuzione) e variabilità della frequenza cardiaca (incremento) e la modulazione delle medesime aree a livello del sistema nervoso centrale (in particolare la corteccia insulare). Inoltre, abbiamo dimostrato per la prima volta che suddetta stimolazione tattile determina l'aumento della temperatura del muso della scimmia. Il presente studio rappresenta la prima prova indiretta dell'ipotesi relativa alla modulazione del sistema delle fibre C-LTMRs durante lo sweeping e quindi della codifica della stimolazione tattile piacevole affiliativa a livello del sistema nervoso centrale ed autonomo, nei primati non umani. I dati preliminari qui presentati evidenziano la somiglianza tra il sistema delle fibre CT dell'uomo e del sistema C-LTMRs nei primati non umano, riguardanti il Social Touch. Nonostante ciò abbiamo riscontrato alcune discrepanze tra i risultati da noi ottenuti e quelli invece ottenuti dagli studi umani. La velocità media dello sweeping è di 9.31 cm / sec, rasente il limite superiore dell’intervallo di velocità che attiva le fibre CT nell'uomo. Inoltre, gli effetti autonomici positivi, in termini di battito cardiaco, variabilità della frequenza cardiaca e temperatura a livello del muso, sono stati evidenziati durante lo sweeping eseguito con una velocità di 5 e 10 cm/sec, quindi al limite superiore dell’intervallo ottimale che attiva le fibre CT nell’uomo. Al contrario, lo sweeping eseguito con una velocità inferiore a 5 cm/sec e superiore a 10 cm/sec determina effetti fisiologici negativo. Infine, la corteccia insula sembra essere selettivamente modulata dallo stimolazione eseguita alla velocità di 5-13 cm/sec, ma non 1-5 cm/sec. Quindi, gli studi sul sistema delle fibre CT nell’uomo hanno dimostrato che la velocità ottimale è 1-10 cm/sec, mentre dai nostri risultati la velocità ottimale sembra essere 5-13 cm / sec. Quindi, nonostante l'omologia tra il sistema delle fibre CT nell'umano deputato alla codifica del tocco piacevole affiliativo ed il sistema delle fibre C-LTMRs nei primati non umani, ulteriori studi saranno necessari per definire con maggiore precisione la velocità ottimale di attivazione delle fibre C-LTMR e per dimostrare direttamente la loro attivazione durante lo sweeping, mediante la misurazione diretta della loro modulazione. Studi in questa direzione potranno confermare l'omologia tra lo sweeping in qualità di tocco affiliativo piacevole tra i primati non umani e la carezza tra gli uomini. Infine, il presente studio potrebbe essere un importante punto di partenza per esplorare il meccanismo evolutivo dietro la trasformazione dello sweeping tra primati non umani, azione utilitaria eseguita durante il grooming, a carezza, gesto puramente affiliativo tra gli uomini.

The CD1d natural killer T-cell antigen presentation pathway is highly conserved between humans and rhesus macaques

Natural killer T (NKT) cells play an important role in controlling cancers, infectious diseases and autoimmune diseases. Although the rhesus macaque is a useful primate model for many human diseases such as infectious and autoimmune diseases, little is known about their NKT cells. We analyzed Valpha24TCR+ T cells from rhesus macaque peripheral blood mononuclear cells stimulated with aalpha-galactosylceramide (a-GalCer) and interleukin-2. We found that rhesus macaques possess Va24TCR+ T cells, suggesting that recognition of alpha-GalCer is highly conserved between rhesus macaques and humans. The amino acid sequences of the V-J junction for the Valpha24TCR of rhesus macaque and human NKT cells are highly conserved (93% similarity), and the CD1d alpha1-alpha2 domains of both species are highly homologous (95.6%). These findings indicate that the rhesus macaque is a useful primate model for understanding the contribution of NKT cells to the control of human diseases.

Twists, knots, and rings in proteins: Structural definition of the cyclotide framework

In recent years an increasing number of miniproteins containing an amide-cyclized backbone have been discovered. The cyclotide family is the largest group of such proteins and is characterized by a circular protein backbone and six conserved cysteine residues linked by disulfide bonds in a tight core of the molecule. These form a cystine knot in which an embedded ring formed by two of the disulfide bonds and the connecting backbone segment is threaded by a third disulfide bond. In the current study we have undertaken high resolution structural analysis of two prototypic cyclotides, kalata B1 and cycloviolacin O1, to define the role of the conserved residues in the sequence. We provide the first comprehensive analysis of the topological features in this unique family of proteins, namely rings (a circular backbone), twists (a cis-peptide bond in the Mobius cyclotides) and knots (a knotted arrangement of the disulfide bonds).

First- and second-order stimulus length selectivity in New World monkey striate cortex

Motion is a powerful cue for figure-ground segregation, allowing the recognition of shapes even if the luminance and texture characteristics of the stimulus and background are matched. In order to investigate the neural processes underlying early stages of the cue-invariant processing of form, we compared the responses of neurons in the striate cortex (V1) of anaesthetized marmosets to two types of moving stimuli: bars defined by differences in luminance, and bars defined solely by the coherent motion of random patterns that matched the texture and temporal modulation of the background. A population of form-cue-invariant (FCI) neurons was identified, which demonstrated similar tuning to the length of contours defined by first- and second-order cues. FCI neurons were relatively common in the supragranular layers (where they corresponded to 28% of the recorded units), but were absent from layer 4. Most had complex receptive fields, which were significantly larger than those of other V1 neurons. The majority of FCI neurons demonstrated end-inhibition in response to long first- and second-order bars, and were strongly direction selective, Thus, even at the level of V1 there are cells whose variations in response level appear to be determined by the shape and motion of the entire second-order object, rather than by its parts (i.e. the individual textural components). These results are compatible with the existence of an output channel from V1 to the ventral stream of extrastriate areas, which already encodes the basic building blocks of the image in an invariant manner.

Type 1 nitrergic (ND1) cells of the rabbit retina: Comparison with other axon-bearing amacrine cells

NADPH diaphorase (NADPHd) histochemistry labels two types of nitrergic amacrine cells in the rabbit retina. Both the large ND1 cells and the small ND2 cells stratify in the middle of the inner plexiform layer, and their overlapping processes produce a dense plexus, which makes it difficult to trace the morphology of single cells. The complete morphology of the ND1 amacrine cells has been revealed by injecting Neurobiotin into large round somata in the inner nuclear layer, which resulted in the labelling of amacrine cells whose proximal morphology and stratification matched those of the ND1 cells stained by NADPHd histochemistry. The Neurobiotin-injected ND1 cells showed strong homologous tracer coupling to surrounding ND1 cells, and double-labelling experiments confirmed that these coupled cells showed NADPHd reactivity. The ND1 amacrine cells branch in stratum 3 of the inner plexiform layer, where they produce a sparsely branched dendritic tree of 400-600 mum diameter in ventral peripheral retina. In addition, each cell gives rise to several fine beaded processes, which arise either from a side branch of the dendritic tree or from the tapering of a distal dendrite. These axon-like processes branch successively within the vicinity of the dendritic field before extending, with little or no further branching, for 3-5 mm from the soma in ventral peripheral retina. Consequently, these cells may span one-third of the visual field of each eye, and their spatial extent appears to be greater than that of most other types of axon-bearing amacrine cells injected with Neurobiotin in this study. The morphology and tracer-coupling pattern of the ND1 cells are compared with those of confirmed type 1 catecholaminergic cells, a presumptive type 2 catecholaminergic cell, the type 1 polyaxonal. cells, the long-range amacrine cells, a novel type of axon-bearing cell that also branches in stratum 3, and a type of displaced amacrine cell that may correspond to the type 2 polyaxonal cell. (C) 2004 Wiley-Liss, Inc.

The type 1 polyaxonal amacrine cells of the rabbit retina: A tracer-coupling study

The type 1 polyaxonal (PA1) cell is a distinct type of axon-bearing amacrine cell whose soma commonly occupies an interstitial position in the inner plexiform layer; the proximal branches of the sparse dendritic tree produce 1-4 axon-like processes, which form an extensive axonal arbor that is concentric with the smaller dendritic tree (Dacey, 1989; Famiglietti, 1992a,b). In this study, intracellular injections of Neurobiotin have revealed the complete dendritic and axonal morphology of the PA1 cells in the rabbit retina, as well as labeling the local array of PA1 cells through homologous tracer coupling. The dendritic-field area of the PA1 cells increased from a minimum of 0.15 mm(2) (0.44-mm equivalent diameter) on the visual streak to a maximum of 0.67 mm(2) (0.92-mm diameter) in the far periphery; the axonal-field area also showed a 3-fold variation across the retina, ranging from 3.1 mm(2) (2.0-mm diameter) to 10.2 mm(2) (3.6-mm diameter). The increase in dendritic- and axonal-field size was accompanied by a reduction in cell density, from 60 cells/mm(2) in the visual streak to 20 cells/mm(2) in the far periphery, so that the PA1 cells showed a 12 times overlap of their dendritic fields across the retina and a 200-300 times overlap of their axonal fields. Consequently, the axonal plexus was much denser than the dendritic plexus, with each square millimeter of retina containing similar to100 mm of dendrites and similar to1000 mm of axonal processes. The strong homologous tracer coupling revealed that similar to45% of the PA1 somata were located in the inner nuclear layer, similar to50% in the inner plexiform layer, and similar to5% in the ganglion cell layer. In addition, the Neurobiotin-injected PA1 cells sometimes showed clear heterologous tracer coupling to a regular array of small ganglion cells, which were present at half the density of the PA1 cells. The PA1 cells were also shown to contain elevated levels of gamma-aminobutyric acid (GABA), like other axon-bearing amacrine cells.

Specialization in pyramidal cell structure in the sensory-motor cortex of the vervet monkey (Cercopethicus pygerythrus)

Recent studies have revealed systematic differences in the pyramidal cell structure between functionally related cortical areas of primates. Trends for a parallel in pyramidal cell structure and functional complexity have been reported in visual, somatosensory, motor, cingulate and prefrontal cortex in the macaque monkey cortex. These specializations in structure have been interpreted as being fundamental in determining cellular and systems function, endowing circuits in these different cortical areas with different computational power. In the present study we extend our initial finding of systematic specialization of pyramidal cell structure in sensory-motor cortex in the macaque monkey [Cereb Cortex 12 (2002) 1071] to the vervet monkey. More specifically, we investigated pyramidal cell structure in somatosensory and motor areas 1/2, 5, 7, 4 and 6. Neurones in fixed, flat-mounted, cortical slices were injected intracellularly with Lucifer Yellow and processed for a light-stable 3,3'-diaminobenzidine reaction product. The size of, number of branches in, and spine density of the basal dendritic arbors varied systematically such that there was a trend for increasing complexity in arbor structure with progression through 1/2, 5 and 7. In addition, cells in area 6 were larger, more branched, and more spinous than those in area 4. (c) 2005 IBRO. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Alterations in the phenotype of neocortical pyramidal cells in the Dyrk1A+/- mouse

The gene encoding the dual-specificity tyrosine-regulated kinase DYRK1A maps to the chromosomal segment HSA21q22.2, which lies within the Down syndrome critical region. The reduction in brain size and behavioral defects observed in mice lacking one copy of the murine homologue Dyrk1A (Dyrk1A+/-) support the idea that this kinase may be involved in monosomy 21 associated mental retardation. However, the structural basis of these behavioral defects remains unclear. In the present work, we have analyzed the microstructure of cortical circuitry in the Dyrk1A+/- mouse and control littermates by intracellular injection of Lucifer Yellow in fixed cortical tissue. We found that labeled pyramidal cells were considerably smaller, less branched and less spinous in the cortex of Dyrk1A+/- mice than in control littermates. These results suggest that Dyrk1A influences the size and complexity of pyramidal cells, and thus their capability to integrate information. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.