Cortical circuits consist of interconnected excitatory and inhibitory neurons. These neurons have highly diverse morphologies. Even in the same cortical layer, the dendritic and axonal arbors of a given class of inhibitory interneurons, for example, have highly distinct structures. The functional specificity of the various types of cortical neurons is largely unclear. Here, by using electrophysiological recordings combined with two-photon calcium imaging in the in vivo mouse brain, we first characterized the response properties of different types of interneurons of the primary visual cortex in awake behaving mice, and then we analyzed the response properties of defined, single neurons during distinct cortical states. The results reveal that the response properties of the three major interneuron groups, that is, parvalbumin (PV), somatostatin (SOM) and 5-hydroxytryptamine3A receptor (5HT3aR) positive interneurons were distinctly different in terms of baseline firing rates, sensory stimulation-evoked firing rates, peak response latencies and orientation selectivity indices. Moreover, we identified a new class of 5HT3aR positive interneurons, which was characterized by a unique and highly distinct activity profile. Morphological analyses demonstrated that this is a new type of giant basket cell (GBC) of the mouse visual cortex, which receives synaptic input from cortical layers 1 and 2/3 and provides synaptic output through a huge axonal arbor exclusively to layer 2/3 neurons. The immunohistochemical analysis demonstrated that GBCs are positive not only for 5HT3aR but also for Vasoactive intestinal peptide (VIP), Reelin and Cholecystokinin (CCK). We demonstrate that GBCs act as inhibitory hub cells that effectively control motions detection in L2/3 of awake animals. In conclusion, this study demonstrates that the structural diversity of inhibitory interneurons is associated with highly distinct functional features. This functional diversity was not anticipated in previous studies and emphasizes the need for systematic structure-function analyses of neurons in awake, behaving animals.     «

Cortical circuits consist of interconnected excitatory and inhibitory neurons. These neurons have highly diverse morphologies. Even in the same cortical layer, the dendritic and axonal arbors of a given class of inhibitory interneurons, for example, have highly distinct structures. The functional specificity of the various types of cortical neurons is largely unclear. Here, by using electrophysiological recordings combined with two-photon calcium imaging in the in vivo mouse brain, we first char...     »

Kortikale Netzwerke bestehen aus miteinander verbundenen erregenden und hemmenden Neuronen. Die Morphologie dieser Neuronen ist sehr vielgestaltig. Auch in derselben kortikalen Schicht weisen zum Beispiel die dendritischen und axonalen Verzweigungen einer gegebenen Klasse von inhibitorischen Interneuronen sehr unterschiedliche Strukturen auf. Die funktionelle Spezifität der verschiedenen Arten von kortikalen Neuronen ist weitgehend unklar. In dieser Arbeit wurden zunächst die in-vivo-Antworteigenschaften verschiedener Arten von Interneuronen des primären visuellen Kortex in wachen, sich verhaltenden Mäusen mittels elektrophysiologischer Ableitungen in Kombination mit Zwei-Photonen-Kalzium-Imaging charakterisiert. Danach analysierten wir die Antworteigenschaften definierter einzelner Neuronen im Verlauf verschiedener kortikaler Zustände. Die Ergebnisse zeigen, dass die Antworteigenschaften der drei Hauptgruppen von Interneuronen, nämlich der Parvalbumin- (PV), Somatostatin- (SOM) und 5-Hydroxytryptamin3A-Rezeptor- (5HT3aR) positiven Interneurone sich signifikant hinsichtlich der basalen und der durch sensorische Stimulation hervorgerufenen Aktionspotentialraten, der Latenzzeit bis zum Maximum der Antwort und der Orientierungsselektivitätsindizes unterschieden. Darüber hinaus identifizierten wir eine neue Klasse von 5HT3aR-positiven Interneuronen, die durch ein einzigartiges und sehr ausgeprägtes Aktivitätsprofil gekennzeichnet war. Morphologische Untersuchungen zeigten, dass es sich hierbei um eine neuartige Riesenkorbzelle (giant basket cell; GBC) des visuellen Kortex der Maus handelt, die synaptische Eingänge aus den kortikalen Schichten 1 und 2/3 erhält und einen synaptischen Ausgang über eine großen axonale Verzweigung exklusiv für Neuronen der Schicht 2/3 bereitstellt. Die immunhistochemische Analyse zeigte, dass GBCs nicht nur für 5HT3aR, sondern auch für das vasoaktive intestinale Peptid (VIP), Reelin und Cholecystokinin (CCK) positiv sind. Wir zeigen, dass GBCs als inhibitorische Knotenpunkte wirken, die die Detektion von Bewegung in L2/3 von wachen Tieren wirksam kontrollieren. Zusammenfassend zeigt diese Studie, dass die strukturelle Vielfalt der hemmenden Interneurone mit sehr unterschiedlichen funktionellen Eigenschaften verbunden ist. Diese funktionelle Vielfalt wurde aufgrund früherer Studien nicht erwartet und betont die Notwendigkeit von systematischen Struktur-Funktions-Analysen von Neuronen in wachen Tieren mit genau definierten Verhaltensmustern.     «

Kortikale Netzwerke bestehen aus miteinander verbundenen erregenden und hemmenden Neuronen. Die Morphologie dieser Neuronen ist sehr vielgestaltig. Auch in derselben kortikalen Schicht weisen zum Beispiel die dendritischen und axonalen Verzweigungen einer gegebenen Klasse von inhibitorischen Interneuronen sehr unterschiedliche Strukturen auf. Die funktionelle Spezifität der verschiedenen Arten von kortikalen Neuronen ist weitgehend unklar. In dieser Arbeit wurden zunächst die in-vivo-Antworteige...     »