# Functional and multi-modal characterization of cell types in selected circuits

> **NIH NIH U19** · ALLEN INSTITUTE · 2021 · $1,042,033

## Abstract

Abstract 
Recent advances in single‐cell transcriptomics in dissociated cells have permitted the unbiased classification 
of unique, molecularly‐defined cell types in many brain regions. However, linking these molecularly‐defined 
cell types to their corresponding morphological, physiological, and functional phenotypes remains a major chal‐
lenge in the field. We have assembled an interdisciplinary team capable of combining and further optimizing 
cutting‐edge technologies including Patch‐seq (a method we developed that combines whole‐cell patch‐clamp 
recordings and single‐cell RNA sequencing), multi‐photon calcium imaging, multiplexed fluorescent in situ hy‐
bridization (MERFISH), and state‐of‐art machine learning to address this gap in knowledge. In aim 1, during the 
first two years, we will provide a comprehensive census of the cell types that comprise the mouse primary visual 
cortex circuitry by linking single cell RNA‐seq, morphological, and in vitro electrophysiological data. During the 
last  three  years,  we  will  define  the  cell  types  of  higher  order  visual  areas.  In  addition,  we  will  characterize  a 
distributed network of five subcortical regions involved in the control of innate social behaviors, including the 
ventromedial hypothalamic nucleus, medial preoptic nucleus, anterior hypothalamic nucleus, posterior bed nu‐
cleus  of  the  stria  terminalis,  and  posterior  medial  amygdala.    By  studying  both  cortical  and  subcortical  brain 
regions, we will be able to compare similarities and differences across those regions, as well as compare princi‐
ples of cell type organization between evolutionarily ancient subcortical and more recently evolved cortical re‐
gions of the brain. In aim 2, we will study the functional properties of transcriptomically‐defined cell types in 
the visual cortex of the mouse (areas V1, LM, PM and AM). We will perform multi‐photon calcium imaging in 
behaving mice during the presentation of a variety of visual stimuli to characterize in detail the receptive field 
properties of these neurons followed by MERFISH to identify the genetic profile of the recorded neurons. We 
will employ this to both Cre lines that label known broad classes of neurons as well as dense imaging of cortical 
populations to provide a complete, specific (i.e. in the same animal) characterization of both cell type function 
and molecular profiling. The combined data from these two specific aims promise to provide the most complete 
understanding of cell types to date, including expression profiles (e.g. ion channel and receptor levels) morphol‐
ogy, single‐cell electrophysiology, and in vivo functional properties. The methods and pipelines that will be op‐
timized in this section of the proposal will also lay the foundation to further apply these methods in different 
parts of the brain as well as study animal models of diseases.

## Key facts

- **NIH application ID:** 10168633
- **Project number:** 5U19MH114830-05
- **Recipient organization:** ALLEN INSTITUTE
- **Principal Investigator:** Andreas Tolias
- **Activity code:** U19 (R01, R21, SBIR, etc.)
- **Funding institute:** NIH
- **Fiscal year:** 2021
- **Award amount:** $1,042,033
- **Award type:** 5
- **Project period:** 2017-09-20 → 2023-01-31

## Primary source

NIH RePORTER: https://reporter.nih.gov/project-details/10168633

## Citation

> US National Institutes of Health, RePORTER application 10168633, Functional and multi-modal characterization of cell types in selected circuits (5U19MH114830-05). Retrieved via AI Analytics 2026-05-22 from https://api.ai-analytics.org/grant/nih/10168633. Licensed CC0.

---

*[NIH grants dataset](/datasets/nih-grants) · CC0 1.0*