# Circuitry underlying response summation in mouse and primate: Theory and experiment

> **NIH NIH U01** · SALK INSTITUTE FOR BIOLOGICAL STUDIES · 2020 · $908,396

## Abstract

Project Summary 
Despite the enormous complexity of the brain, it is becoming increasingly apparent that structures like the 
cerebral cortex are modular, relying on a set of canonical computations that occur across brain regions and 
modalities to mediate perception, cognition and behavior.  One important example of a canonical computation 
is the summation of various driving, contextual, and modulatory neuronal inputs to yield spiking output. The 
question of how cortical networks integrate these inputs and transform them into spiking outputs of individual 
neurons is of central importance to neuroscience.  A significant challenge to understanding these computations 
is that each neuron is embedded within a larger circuit of neurons, each modulating one another’s activity.  So, 
understanding how a particular neuron responds to input necessarily involves understanding the larger circuit.  
Recent optogenetic studies have found different patterns of input summation in mouse vs. monkey V1. 
Recently developed theoretical models have produced specific predictions about the differences in network 
circuitry that can lead to differences in summation, and predict how summation non-­linearities depend on 
inputs to the network. The proposed research will test these predictions and seek to understand these circuit 
computations using a combination of theoretical work and optogenetic modulation of circuits in mouse and 
monkey.  Aim 1: Varying E and I optogenetic stimulation and visual contrast independently to measure 
spike response summation to multiple inputs. In this Aim, theoretical models of input summation across 
varying cortical circuit regimes will be developed, and recently developed optogenetic tools will be used in 
awake mouse and monkey V1 to test predictions generated by these models and identify the corresponding 
regimes. The optogenetic tools include a new viral strategy that directs expression of different opsins to 
inhibitory vs. excitatory neocortical neurons in the macaque. Simultaneous and independent activation of E and 
I and the visual stimulus, all within this theoretical framework, will enable us to test whether observed 
differences in summation properties reflect fundamental species differences or reflect a common computation 
operating in different parameter regimes.  Aim 2: Determine the circuit elements controlling dynamics of 
cortical network responses using dynamic optogenetic stimulation. In this Aim, experiments using 
dynamic optogenetic and visual stimulation patterns and theoretical analysis of the models with dynamic inputs 
will be used to elucidate the temporal dynamics of summation. Aim 3: Determine if different inhibitory 
subclasses control different aspects of input integration. Different inhibitory subclasses will be stimulated 
optogenetically to decipher their respective roles in input summation. Taken together, these Aims will help 
define the roles played by excitatory and inhibitory neurons in med...

## Key facts

- **NIH application ID:** 9975922
- **Project number:** 5U01NS108683-03
- **Recipient organization:** SALK INSTITUTE FOR BIOLOGICAL STUDIES
- **Principal Investigator:** Nicolas Brunel
- **Activity code:** U01 (R01, R21, SBIR, etc.)
- **Funding institute:** NIH
- **Fiscal year:** 2020
- **Award amount:** $908,396
- **Award type:** 5
- **Project period:** 2018-09-30 → 2022-06-30

## Primary source

NIH RePORTER: https://reporter.nih.gov/project-details/9975922

## Citation

> US National Institutes of Health, RePORTER application 9975922, Circuitry underlying response summation in mouse and primate: Theory and experiment (5U01NS108683-03). Retrieved via AI Analytics 2026-05-23 from https://api.ai-analytics.org/grant/nih/9975922. Licensed CC0.

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