background image

 

Title:

 Giant pyramidal neurons of the primary motor cortex express vasoactive intestinal 

polypeptide (VIP), a known marker of cortical interneurons

 

 

Authors

: Sadaf Teymornejad

1

, Katrina H. Worthy

1

, Marcello G. P. Rosa

1*

 and Nafiseh 

Atapour

1* 

*

Joint senior authors 

Affiliation

: 1. 

Department of Physiology and Neuroscience Program, Biomedicine Discovery 

Institute, Monash University, Melbourne, VIC 3800, Australia

  

 

Corresponding author: 

          Nafiseh Atapour 
          Department of Physiology 
          Monash University 
          Clayton VIC 3800, Australia 
          E-mail: nafiseh.atapour@monash.edu 
 

ORCID

https://orcid.org/0000-0002-8773-9283 

  

 
 

 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

 

Abstract

 

Vasoactive  intestinal  polypeptide  (VIP)  is  known  to  be  present  in  a  subclass  of  cortical 

interneurons that are involved in the disinhibition of excitatory pyramidal neurons. Here, using 

three different antibodies, we demonstrate that VIP is also present in the giant layer 5 pyramidal 

(Betz) neurons which are characteristic of the limb and axial representations of the marmoset 

primary motor cortex (cytoarchitectural area 4ab). No VIP staining was observed in smaller 

layer 5 pyramidal cells  present  in the primary motor facial representation (cytoarchitectural 

area  4c),  or  in  premotor  cortex  (e.g.  the  caudal  subdivision  of  the  dorsal  premotor  cortex, 

A6DC), indicating the selective expression of VIP in Betz cells. The most intense VIP staining 

occurred in the largest Betz cells, located in the medial part of A4ab. VIP in Betz cells was 

colocalized with neuronal specific marker (NeuN) and a calcium-binding protein parvalbumin 

(PV). PV also intensely labelled axon terminals surrounding Betz cell somata. Whereas Betz 

cells bodies were located in layer 5, VIP-positive (VIP

+

) interneurons were more abundant in 

the  superficial  cortical  layers.  They  constituted  about  5-7%  of  total  cortical  neuronal 

population, with the highest density observed in area 4c. Our results demonstrate the expression 

of VIP in the largest excitatory neurons of the primate cortex, which may offer new functional 

insights  into  the  role  of  VIP  in  the  brain,  and  also  provide  opportunities  for  genetic 

manipulation of Betz cells. 

  

Keywords:

 Vasoactive intestinal polypeptide, Layer 5 pyramidal cells, Betz cells, Primary 

motor cortex, inhibitory neurons, Marmoset 

  

  

  

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

 

1. INTRODUCTION 

Similar to other primates (e.g. Vogt and Vogt, 1919; Matelli et al., 1985; Watanabe-Sawaguchi 

et al., 1991) in the marmoset monkey  the  primary motor cortex (M1, Brodmann Area 4) is 

formed  by  distinct  cytoarchitectural  subdivisions.  According  to  the  contemporary  view  the 

representations  of  the  limb  and  body  axial  musculatures  are  encompassed  within 

cytoarchitectural  area  4ab,  located  medially,  whereas  the  representations  of  the  head 

musculature  (including  facial  and  oral)  are  located  laterally,  in  cytoarchitectural  area  4c 

(Burman  et  al.,  2008:  Paxinos  et  al.,  2012).  In  particular,  A4ab  contains  the  unique 

“gigantopyramidal” 

neurons, known as Betz cells in primates (Bakken et al., 2021; Betz, 1874; 

Jacobs et al., 2018). In contrast, in A4c  layer 5  is  populated by smaller pyramidal neurons 

(Burman et al., 2008). Betz cells are characterised by their pyramidal shape, large size, and 

prominent  apical  dendrites  that  are  oriented  along  a  vertical  axis.  Although  more  sparsely 

distributed, they can be as 20 times larger in volume when compared to other pyramidal cells 

(in humans; Rivara et al., 2003).  

Betz cells have specialised molecular and physiological characteristics (Bakken et al., 2021). 

Given their distinctive action-potential properties (Spain et al.,1991; Vigneswaran et al, 2011) 

and direct connectivity onto the ventral horn of the spinal cord (Lemon, 2008), they are well 

placed  for  initiation  and  modulation  of  fine  movement.  Betz  cells  can  be  evidenced  using 

markers of pyramidal neurons, such as antibodies against non-phosphorylated neurofilament 

(e.g. SMI-32; Tsang et al., 2000; Szocsics et al., 2021), as well as general markers of neuronal 

nuclei (e.g. NeuN; Szocsics et al., 2021). In addition, some of these cells express specifically 

nitric  oxide  synthase  (NOS,  Wallace  et  al.,  1996)  and/  or  the  calcium  binding  protein 

parvalbumin (PV, Szocsics et al., 2021).  

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

 

There is a large body of evidence to indicate that the local vasoactive intestinal polypeptide-

positive (VIP

+

) interneurons exert inhibition onto excitatory pyramidal cells, either directly or 

indirectly, to shape their outputs (Lee et al., 2013; Garcia-Junco- Clemente et al. 2017; Pi et 

al., 2013: Zhou et al., 2017; Yetman et al. 2019; Szadai et al, 2022). Here, we present evidence 

that  staining  of  M1  with  antibodies  against  VIP  reveals  not  only  a  subset  of  GABAergic 

interneurons, as expected from previous studies (Gabbott and Bacon 1997; Peters et al., 1987; 

Prönneke et al 2015; Kim et al.., 2017), but also Betz cells. The spatial and laminar distribution 

of VIP

interneurons and Betz cells are compared.

 

2. MATERIALS AND METHODES 

2.1 Animals 

Materials were sourced from nine healthy adult marmosets (

Callithrix. jacchus

), as detailed in 

Table 1. The experiments were conducted in accordance with the Australian Code of Practice 

for the Care and Use of Animals for Scientific Purposes. All procedures were overseen by the 

Animal  Ethics  Experimentation  Committee  at  Monash  University.  The  animals  had  no 

veterinary record of serious acute, or chronic health conditions. Some of the animals were also 

used anatomical tracing experiment unrelated to the present study (Majka et al., 2016, 2020; 

for details of the tracer experiments, see www.marmosetbrain.org).  

 

                 

Table 1.

 Details of sex, age, and staining.

 

Subject (Sex)  Neuronal marker 

Staining method 

Age at perfusion 
(months) 

CJ195 (M) 

PV 

IHC 

43 

CJ200 (F) 

PV, CB, CR, NeuN  IHC 

43 

CJ205 (M) 

CB, CR 

IHC 

43 

CJ226 (F) 

VIP, NeuN 

IHC/IF 

24 

CJ227 (M) 

VIP, NeuN 

IHC/IF 

37 

CJ232 (F) 

VIP, PV 

IF 

30 

CJ240 (M) 

VIP, NeuN 

IHC/IF 

36 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

 

CJ249 (F) 

VIP, GABA 

IF 

36 

F1741 (F) 

CB, CR, NeuN 

IHC/IF 

40 

 

 

 

 

2.2 Tissue perfusion and processing 

The marmosets were euthanized with an overdose of sodium pentobarbitone (100 mg/kg, i.m.) 

and transcardially perfused with 0.1 M heparinized phosphate buffer (PBS; pH 7.2), followed 

by 4% paraformaldehyde in 0.1 PBS. The brains were dissected and post-fixed in the same 

medium  for  one  hour  prior  to  immersion  in  phosphate  buffered  saline,  with  increasing 

concentrations of sucrose (10%, 20% and 30%), over several days. Using a cryostat, frozen 

40μm coronal sections were obtained

. In cases also used for anatomical tracing, the sections 

used  for  the  present  analyses  were  sourced  from  the  hemisphere  contralateral  to  the  tracer 

injections. Five sequential series were collected,  with the first two being stained for  myelin 

(Gallyas, 1979; modified by Worthy et al., 2017), and for cell bodies (cresyl violet Nissl stain). 

These series were used to delineate boundaries of motor cortex (Burman et al. 2008). The other 

series were used for immunostaining, as detailed in Table 1. 

  

Immunostainings  were  conducted  by  incubating  sections  in  blocking  solution  (10%  normal 

horse  serum  and  0.3%  Triton-X100  in  0.1  M  PBS)  for  1  hr  at  room  temperature  before 

undergoing  incubation  in  primary  antibody  at  4°C  for  42

46  h  (Table  2).  For 

immunohistochemistry  using  DAB  (IHC),  a  biotinylated  horse  anti-mouse  IgG  secondary 

antibody  incubation  was  applied  for  30  min,  followed  by  treatment  with  Avidin-Biotin 

Complex (ABC) reagent and DAB (3,3'-Diaminobenzidine) substrate working solution. Alexa 

Fluor secondary antibodies were used for immunofluorescence staining (IF) (Table 2). 

Abbreviations:

  PV,  Parvalbumin;  CB,  Calbindin;  CR,  Calretinin;  VIP, 

Vasoactive  intestinal  polypeptide;  NeuN,  Neuronal  nuclei;  GABA, 

Gamma-

aminobutyric  acid; 

IHC,  Immunohistochemistry  using  DAB;  IF, 

Immunofluorescence. 

 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

 

Subsequently, Aperio Scanscope AT Turbo (Leica Biosystems) was used to scan myelin, Nissl 

and IHC stained sections. Fluorescent Images from the motor cortex were captured using a 

Nikon C1 laser scanning confocal microscope. A comprehensive list of all antibodies used in 

this experiment, along with their respective dilution rates, is presented in Table 2. 

 
Table 2. 

List of primary and secondary antibodies used for immunostaining.  

   

                 

 

Staining method

 

Primary 
Antibody

 

Source and 
Identifier

 

Secondary antibody

 

Source and 
Identifier

 

Parvalbumin (PV)-
IHC 

Mouse 
monoclonal 
(1:8000) 
  
  

Swant 
Cat# 235 
PRID: 
AB_10000343 

Secondary Antibody 
(Mouse IgG, 1:200) 
And 
Vectastain elite ABC HRP kit 
DAB Substrate kit 
  
  
  

Vector Laboratories 
Cat# PK-6102 
RRID: 
AB_2336821 
  
Vector Laboratories 
Cat# SK-4100 
RRID: 
AB_2336382 

Calbindin-D28k 
(CB)-IHC 
  
  

Mouse 
monoclonal 
(1:8000) 

Swant 
Cat# 300 
RRID: 
AB_10000347 

Same as above 

Same as above 

Calretinin (CR)-IHC 
  

Mouse 
monoclonal 
(1:8000) 
  

Swant 
Cat# 6B3 
RRID: 
AB_10000320 
  

Same as above 

Same as above 

Neuronal marker 
(NeuN)-IHC 

Mouse 
monoclonal 
(1:800) 

Millipore 
Cat# A60 
RRID: 
AB_2298772 
  

Same as above 

Same as above 

Vasoactive intestinal 
polypeptide (VIP)-
IHC 

Mouse 
monoclonal 
(1:500) 

Abcam 
Cat# ab30680 
RRID:  
AB_778830 

Same as above 

Same as above 

VIP-IF 

Rabbit 
polyclonal 
(1:200) 

Atlas Antibodies 
Cat# 
HPA017324 
RRID: 
AB_1858754 

Donkey Anti-Rabbit IgG 
H&L (Alexa Fluor® 594) 
preadsorbed 
(1:600) 

Abcam 
Cat# ab150064 
RRID: 
AB_2734146 

VIP-IF 

Mouse 
Monoclonal  
(1: 500) 

NeuroMab 
Cat# L108/92 
PRID: 
AB_2651163 

Donkey Anti-Mouse IgG 
H&L (Alexa Fluor® 488) 
preadsorbed (1:600) 

Abcam 
Cat# ab150109 
RRID: 
AB_2571721 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

 

GABA-IF 

Rabbit  
polyclonal 
(1:500) 

Sigma-Aldrich 
Cat# A2052 
RRID: 
AB_477652 

Donkey Anti-Rabbit IgG 
H&L (Alexa Fluor® 594) 
preadsorbed 
(1:600) 

Abcam 
Cat# ab150064 
RRID: 
AB_2734146 

PV-IF 

Mouse 
monoclonal 
(1:500) 

Swant 
Cat# 235 
PRID: 
AB_10000343 
  

Donkey Anti-Mouse IgG 
H&L (Alexa Fluor® 488) 
preadsorbed (1:600) 

Abcam 
Cat# ab150109 
RRID: 
AB_2571721 

NeuN-IF 

Rabbit 
polyclonal 
(1:700) 

Millipore 
Cat# ABN78 
RRID: 
AB_10807945 

Donkey Anti-Rabbit IgG 
H&L (Alexa Fluor® 594) 
preadsorbed 
(1:600) 

Abcam 
Cat# ab150064 
RRID: 
AB_2734146 

 

2.3 Quantification of VI

P

+

 interneurons and statistical analysis 

The three distinct regions of the primary motor cortex, namely areas 4a, 4b (encompassing 

representations of the axial and limb musculatures) and 4c (the representation of the head 

musculature), along with the caudal subdivisions of the dorsal premotor area (A6DC), were 

delineated using the criteria defined by Burman et al. (2008; 2014a, b). 

 

Four VIP-stained sections were selected from each subdivision of the primary motor cortex 

from three cases that underwent IHC (CJ226, CJ227 and CJ240). Using standard features of 

the  Aperio  Image  Scope  software,  square  counting  frames  (150μm  ×  150μm)  were  aligned 

across the cortical thickness. The uppermost frame was aligned between the border of layers 1 

and 2. The frames were 

equidistant (10μm apart) and covered all cortical layers of the cortex 

up to the white matter (Atapour et al. 2019), the number of counting frames varied depending 

on the thickness of the cortex in each section. Each counting frame was bounded by 2 exclusion 

lines (left and bottom) and 2 inclusion lines (right and top), as previously described (Atapour 

et al., 2019). A cell was counted if it was completely within the counting frame or if the cell 

body contacted the inclusion lines. 

 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

 

The number of counted cells per frame was averaged in each section and used to calculate the 

neuronal density. The section thickness (40μm) and a shrinkage factor of 0.801 obtained in a 

previous study (Atapour et al., 2017) were considered when calculating the number of cells per 

volume unit. For the analysis presented in Fig. 5

e

, we measured the VIP fluorescence intensity 

of several neurons in one section as a relative quantity. We further calculated the corrected total 

fluorescence  [CTF  =  integrated  density  -  (area  of  selected  cell

 ×

  mean  fluorescence 

background, Fig 5

f

)] to best access the amount of VIP expression in the two cell types. 

Statistical analysis involved the use of unpaired t test or one-way ANOVA followed by post 

hoc Tukey’s tests. Statistically significant differences were those with a p

-value < 0.05. 

 
3. RESULTS 

Immunostaining against VIP in the motor cortex led to the visualisation of giant Betz cells of 

layer 5, as well as a subset of putative inhibitory neurons (Fig 1). While the expression of VIP 

in interneurons has been demonstrated in other species (

Gabbott and Bacon 1997; Peters et al., 

1987; 

Prönneke et al 2015; Szadai et al, 2022; Tremblay et al., 2016), our data also indicate 

VIP expression in Betz cells, which was confirmed using three different antibodies (Table 2). 

The VIP antibody used in different analyses is given in the corresponding figure legends.  

3.1. Betz cells 

VIP staining intensity was strongest in the largest layer 5 pyramidal cells of A4ab, which are 

located  more  medially  in  this  area,  as  defined  using  Nissl  and  myelin  staining  (Fig  1

a-c

Paxinos  et  al.,  2012).  This  region  corresponds  to  the  representations  of  the  leg  and  trunk 

musculatures (Burman et al., 2008). The locations  of stained Betz cells are shown by black 

circles in Fig 1

d

. VIP staining intensity in Betz cells diminishes toward the more lateral parts 

of A4b (Fig 1

e-j

). The cell body and apical dendrites of Betz cells were clearly visible in the 

VIP  staining,  similar  to  the  observations  with  Nissl  staining,  yet  with  more  pronounced 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

 

delineation of the apical dendrite (Fig 1

e-j

). There was no VIP staining in layer 5 pyramidal 

cells of A4c and premotor area 6DC (Fig 2), which lack the gygantopyramidal characteristics 

(Burman et al. 2008, 2014).  

 

 

 

 

 

 

 

Figure 1. Vasoactive intestinal polypeptide (VIP) is expressed in giant pyramidal (Betz) 
cells of primary motor cortex. 

Representative images of primary motor cortex (M1, Area 

4a  and  Area  4b)  are  shown  using  myelin  (a),  nissl  (b)  and  VIP  staining  (c)  in  CJ226. 
Arrowheads point to the areal boundaries (Paxions et al., 2012). Red lines in b & c identify 
layers 2 to 6 while layer 5 is indicated by small black lines. Schematic of stained layer 5 
Betz cells is indicated in d. Betz cells are clearly visible within layer 5 (between the two 
dashed lines) in e & f representing the area within the dashed rectangles in b & c. Red arrows 
point to Betz neurons from A4a (g & i) and A4b (h & j) as marked in b & c. Scale: 1 mm 
for a-d, 200

µ

m for e-f & 100

µ

m for g-j. VIP antibody used in production of images is from 

Abcam (Cat# ab30680). 

 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

10 

 

 

 

 

 

 

We  confirmed  the  presence  of  VIP  staining  for  the  Betz  cells  by  colocalization  with  the 

neuronal marker (NeuN), and PV (Fig 3 & 4). PV-positive (PV

+

) axonal endings, which are 

known to heavily innervate Betz cells (Szocsics et al., 2021), were very evident in our material, 

forming perisomal networks that delineated the Betz cell bodies (Fig 3). We also found that 

PV is present in the soma of a subset of Betz cells in marmoset, as reported previously in human 

brain (Szocsics et al., 2021). The PV signal was far less intense in Betz cell bodies, compared 

to  interneurons  or  PV

+

  terminal  nets  delineating  soma  boundaries,  but  was  clearly 

distinguishable from the background, and particularly evident by comparison with PV negative 

(PV

-

) Betz cells. Examples of PV

+

 and PV

-

Betz cells alongside interneurons, are shown in Fig 

4. The two other calcium binding proteins tested, calbindin D28-K (CB) and calretinin (CR) 

Figure 2. Expression of vasoactive intestinal polypeptide (VIP) is limited to the largest 
layer  5  pyramidal  cells.

  Representative  images  of  Area  4c  (a-e)  and  A6DC  (caudal 

subdivisions of the dorsal premotor area, f-j) are shown using myelin (a & f), nissl (b & g) and 
VIP staining (c & h) in CJ226. Arrowheads point to the areal boundaries (Paxions et al., 2012). 
Red lines in b-c & g-h identify layers 2 to 6, while layer 5 is indicated by small black lines. 
Large pyramidal cells are only visible within layer 5 (between the two dashed lines) in Nissl 
staining (d & i; representing area within the dashed rectangle in b & g, respectively). Scale: 1 
mm for a-c & f-h, 200

µ

m for d-e & i-j. VIP antibody used in production of images is from 

Abcam (Cat# ab30680).  

 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

11 

 

were not expressed within Betz cells (Fig 4). This is despite the known expression of CB in 

subpopulations of pyramidal cells in primates, including in the marmoset (Kondo et al., 1999, 

Atapour et al., 2024). The largest of Betz cells reached up to 25

µ

m in soma diameter in the 

marmoset brain (Fig 3 & 4). 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

12 

 

 

 

 

Figure  3.  Co-localisation  of  vasoactive  intestinal  polypeptide  (VIP)  with 
neuronal marker (NeuN) and parvalbumin (PV) in the Betz cells.

 (a) Confocal 

images  of  cortical  layer  5  showing  immunoreactivity  to  VIP  either  with  neuronal 
marker NeuN (top) or PV (bottom).  (b) Insets at higher magnification. White arrows 
point to the Betz cells in all images. Scale: 100

µ

m (a) and 50

µ

m (b). VIP antibody 

used in production of images is from Atlas Antibodies (Cat# HPA017324). 

 
 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

13 

 

 

 

 

 

 

3.2.VIP

inhibitory neurons 

VIP staining revealed a subset of inhibitory neurons in the marmoset motor cortex (Fig 5

a-c

). 

VIP

+

  interneurons  had  the  morphology  of  dendritic  targeting  cells,  likely  including  bipolar 

cells, double bouquet cells and bitufted cells (Markram 2004, Fig 5

a

). Co-staining for VIP and 

GABA  confirmed  the  inhibitory  nature  of  VIP

+

  interneurons  (Fig  5

b-c

).  The  arbitrary 

Figure  4.  Giant  pyramidal  cells  of  the  primary  motor  cortex  are  identified  by 
parvalbumin  (PV)  but  no  other  calcium  binding  proteins.

  Examples  of  NeuN  (a), 

calbindin  (b),  calretinin  (c)  and  parvalbumin  (d)  staining  of  area  4A.  The  boxed  areas 
(dashed squares) in a-d are shown in higher magnification (e-h), respectively. White arrows 
in e point to Betz cells. Betz cells in i-k are taken from sections not shown here and those 
in l & n are magnified from panel h. Asterisks (in panels k & n) point to Betz cells that do 
not contain PV in their soma. PV content is also compared to an interneuron visible in m, 
highlighted by red arrow in panel h. Scale: 200

µ

m for a-d, 100

µ

m for e-h & 25

µ

m for i-n. 

 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

14 

 

fluorescence intensity was much higher in the VIP

+

 interneurons than in VIP

Betz cells (Fig 

5

d-e

, unpaired t-test; 3165 ± 281 vs. 1333 ± 125, p<0.0001). However, considering somatic 

area, the corrected total fluorescence within the cell bodies was similar (Fig 5

f

, unpaired t test, 

18347 ± 2473 vs. 14404 ± 258, p = 0.16). 

In all subfields of primary motor cortex, VIP

+

 inhibitory neurons were mostly concentrated in 

the supragranular layers, and their density gradually decreased toward layer 6 (Fig 6

a-c

). The 

mean average density of VIP

+

 interneurons was significantly higher in the A4c compared to 

the other subdivisions of primary motor cortex [Fig 6

d

, one-way ANOVA: F (2, 33) = 21.26, 

p<  0.0001;  Tukey's  test;  A4c  (4745±146/mm

3

)  vs.  A4a  (3065±  224/mm

3

)  or  A4b  (3410± 

199/mm

3

), p< 0.0001)]. VIP

+

 interneurons corresponded to 4.5, 5.2 and 6.6% of the neuronal 

population in cytoarchitectural subdivisions A4a, A4b and A4c, respectively (Fig 6

e

).  

 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

15 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure  5.  Antibody  against  vasoactive  intestinal  polypeptide  (VIP)  stains  inhibitory 
interneurons as well as Betz cells

. Representative images of different morphologies of VIP-

positive (VIP

+

) inhibitory neurons of the primary motor cortex (a). White arrowheads point to 

the dendritic bifurcations. Inhibitory nature of VIP

+

 interneurons is shown by co-localisation 

with  gamma  aminobutyric  acid  (GABA)  that  is  missing  in  Betz  cells  (b-c).  Fluorescence 
intensity comparison for a VIP

+

 inhibitory neuron and Betz cell (d). Cyan and yellow arrows 

point  to  VIP

+

  inhibitory  neuron  and  Betz  cell  respectively  in  b-d.  Mean  ±  SEM  density  of 

arbitrary fluorescence intensity obtained from variable somatic locations (e) and corrected total 
fluorescence  for  somatic  area  (f)  for  VIP

+

  inhibitory  and  Betz  neurons.  Scale:  50

µ

m.  VIP 

antibodies used in production of images are from Atlas Antibodies (Cat# HPA017324, a & d) 
and Neuro Mab (Cat# L108/92, b-c). 

 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

16 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig  6.  Layer  profile  of  vasoactive  intestinal  polypeptide-positive  (VIP

+

interneurons  of  the  primary  motor  cortex.

  Representative  VIP-stained  strips  from 

different parts of primary motor cortex including areas A4a, A4b and A4c (a). Small red 
lines identify the border with layer 2 and white matter. Limits of layer 5 are shown by 
small black lines. Quantification of VIP

+

 interneuron density across cortical depth (b). 

Individual cells are indicated by yellow arrows. Some VIP

+

 interneurons are shown at 

higher magnifications in c. Scale: 100

µ

m in and 20

µ

m in c. Mean ± SEM density of VIP

+

 

interneurons (d) and its percentage (e, as ratio of total neurons obtained by NeuN staining 
in our previous study, Atapour et al., 2019). Black circles represent individual sections 
in d. VIP antibody used in production of images is from Abcam (Cat# ab30680). 

 
 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

17 

 

4. DISCUSSION 

The primary motor cortex is not only involved in motor control, but also in sensory integration, 

behavioural  strategizing,  working  memory,  and  decision-making  (Ebbesen  et  al.,  2018).  Its 

susceptibility in several disease including neurodegenerative conditions and ageing (Cleveland 

et al., 2001; Hof & Perl 2002; Scheibel et al., 1977; Seeley 2008; Udaka et al., 1986) warrant 

further understanding of its neuronal neurochemistry. Here we demonstrate that VIP, a peptide 

with widespread distribution in many organs, is expressed in the largest excitatory pyramidal 

neurons of the primate neocortex, adding to the intricacy of distinctive gene-expression and 

physiological features of the giant layer 5 Betz cells (Bakken et al., 2021). This finding extends 

VIP expression to a new class of cortical neurons, raising new questions about the physiological 

role of this peptide in the motor cortex.  

4.1.VIP expression in Betz cells 

VIP is widely distributed in the nervous system as well as in many other peripheral organs, 

acting both as a neuromodulator and neuroendocrine releasing factor (Delgado et al., 2004; 

Iwasaki et al., 2019; Waschek 2013). In the brain, VIP regulates the secretion and expression 

of neurotrophic factors (Brenneman et al., 1990; Pellegri et al., 1998), has neuroprotective and 

anti-inflammatory effects (Delgado et al., 2004, Waschek 2013), and is up-regulated in neurons 

and immune cells after injury and/or inflammation (Armstrong 

et al

., 2004, Waschek 2013). 

O

wing to VIP’s versatile and widespread effects, it 

is presently difficult to pinpoint its possible 

role in Betz cells without additional functional assessments. However, the particularly  large 

size  of  Betz  cells  may  imply  unique  metabolic/  homeostatic  demands,  for  which  VIP  may 

contribute in terms of neuroprotective effects.  Betz cells, with their large body size and long 

myelinated  axons,  are  amongst  the  most  vulnerable  neurons  (Mattson  and  Magnus  2006), 

which are affected in ageing and motor neuron disease (Cleveland et al., 2001, Scheibel et al., 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

18 

 

1977,  Udaka  et  al.,  1986).  High  energy  requirement,  and  reliance  on  long  distance  axonal 

transport  along  with  a  large  cell  surface  area,  increases  exposure  to  undesirable  factors 

(Morrison et al., 1998), likely rendering Betz cells in need of extra regulatory protection. In 

line with this hypothesis, it has been shown that VIP mRNA has been induced in facial motor 

neurons  of  mice  following  application  of  an  inflammatory  stimulus  directly  to  the  nerve 

(Armstrong 

et al

., 2004). Moreover, the expression of PV in Betz cells (Szocsics et al., 2021, 

Preuss  &  Kaas  1996)  may  add  another  layer  of  protection  through  calcium  regulation. 

Consistently,  the  proportion  of  PV-containing  Betz  cells  decreases  with  age  in  humans 

(Szocsics et al., 2023), making them more susceptible to degeneration (Scheibel et al., 1977). 

VIP  induces  concentration-dependent  glycogenolysis  in  mouse  cortical  slices,  which  may 

indicate  a  possible  regulatory  mechanism  for  the  local  control  of  energy  metabolism 

(Magistretti et al., 1981). The presence of VIP in the largest pyramidal cells may also have a 

relationship  with  the  high  demands  of  these  cells  for  energy  substrate.  Such  hypothesis  is 

consistent with the maximal VIP staining in the largest pyramidal cells, which are located more 

medially  in  A4ab.  Whether  VIP  being  released  from  the  Betz  cells  along  with  the  other 

neurotransmitters or its functions are limited to the cytoplasm remains to be understood.  

4.2.VIP

+

 interneurons in the motor cortex 

VIP

+

 interneurons among the main subclasses of GABAergic neurons, being primarily located 

the  supragranular  layers  of  the  cortex  in  the  areas  examined  in  this  study,  similar  to 

observations  in  other  species  (

Gabbott  and  Bacon  1997;  Peters  et  al.,  1987; 

Prönneke  et  al 

2015; Tremblay et al., 2016, Kim et al.., 2017). VIP

neuronal density across cortical layers 

showed a sharp decline toward the white matter, with much fewer VIP

interneurons present in 

the  infragranular  layers.  Supra-  and  infragranular  VIP

+

  interneurons  may  have  different 

functional roles as the two populations are transcriptionally distinct in mice (Wu et al., 2022). 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

19 

 

Although the drop in the density of VIP

+

 inhibitory neurons in the infragranular layers was 

consistent in the three examined areas, the mean average density of VIP

+

 interneurons and their 

relative proportion to the total neuronal density were higher in the A4c compared to the areas 

A4a and A4b. This may reflect regional differences in network organisation for facial versus 

limb and body movements. Together with the differences in expression of VIP in Betz cells, 

this result further highlights the fact that functionally defined cortical areas are not necessarily 

homogeneous,  a  principle  which  has  been  demonstrated  in  terms  of  cellular  structure  (e.g. 

present results;  Ungerleider  and Desimone 1986), connections (e.g. Palmer and Rosa 2006; 

Rosa et al. 2009) and physiological properties (Yu et al. 2010; Yu and Rosa 2014). 

Our density estimates for VIP

+

 interneurons in the  motor cortex  (3,065-4,745/mm

3

) are 50-

100% higher than those in mouse motor cortex (Kim et al., 2017). Overall, we report a 5-7% 

contribution  of  VIP

+

  interneurons  to  the  neuronal  population  in  the  motor  cortex  in  the 

marmoset monkeys. B

ased on the 23% contribution of GABAergic interneurons in marmoset’s 

motor cortex (Bakken et al., 2021) and total neuronal density (Atapour et al., 2019), we estimate 

that VIP

+

 interneurons of the motor cortex constitute around 20-29% of the total interneuron 

population. These estimates are higher than those reported in several cortical areas of mice, 

which are around 11-15% of total GABAergic neurons (Gonchar et al., 2007, Pfeffer et al., 

2013,  Prönneke  et  al.,  2015;  Szadai  et  al.,  2022).  The  observed  morphologies  of  VIP

+

 

interneurons  in  the  marmoset  motor  cortex  were  similar  to  those  reported  in  other  species 

(Apicella et al., 2022; 

Gabbott and Bacon 1997, Markram et al., 2004

).  

Considering  the  soma  size  of  neurons,  the  arbitrary  fluorescence  intensities  in  the  VIP

interneurons were similar to the Betz cells, indicating a comparatively similar expression of 

VIP.  While  the  modes  of  connectivity  of  VIP

+

  interneurons  with  Betz  cells  remain  to  be 

elucidated,  current  literature  suggest  that  VIP

+

  interneurons  provide  inhibitory  inputs  to 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

20 

 

pyramidal neurons mainly through forming disinhibitory circuits (Pfeffer et al., 2013; Pi et al., 

2013, Lee et al., 2013). However direct inhibition of pyramidal neurons by this population has 

also been reported (Zhou et al., 2017; Garcia-Junco- Clemente et al. 2017; Yetman et al. 2019).  

The abundance of studies on VIP

+

 interneurons in rodents has shed lights on the specific roles 

of this neuronal population, which include motor integration (Lee et al., 2013; Fu et al., 2014; 

Yu et al., 2019) and gain control (Pi et al., 2013). However, we are far from attaining a similar 

understanding  about  their function in primates, where only limited studies  have been  made 

available (e.g. Benson et al., 1991; Gabbott and Bacon 1997; Ong & Garey, 1991).  

4.3. Conclusion 

The  distribution  of  VIP

+

  neurons  in  the  marmoset  motor  cortex  demonstrates  that  this 

neuropeptide  is  expressed  both  in  interneurons  and  large  pyramidal  cells  with  putative 

projections to the spinal cord (Betz cells). The specific distribution of VIP in Betz cells hints 

at a different set of functions for this neuropeptide, as well as differences in neuronal circuitry 

involved in generating and controlling different types of body movements. 

 

 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

21 

 

ACKNOWLEDGEMENTS

 

Funding was provided by the National Health and Medical Research Council to Marcello G. P. Rosa 

(APP1194206) and Nafiseh Atapour (APP2019011). The authors acknowledge the contributions of 

the Monash Micro Imaging facility for providing training and support for confocal imaging and the 

Monash Histology platform for slide scanning services.  

 

CONFLIC OF INTEREST STATMENT 

The authors have no conflicts of interest to declare. 

 

ORCID 

S. Teymornejad, 

https://orcid.org/0000-0002-9713-7518

 

K. H. Worthy, 

https://orcid.org/0000-0001-9539-9744

 

M.G. P. Rosa

https://orcid.org/0000-0002-6620-6285

 

N. Atapour

 

https://orcid.org/0000-0002-8773-9283

 

 

 

 

 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

22 

 

REFERENCES 

 

1.

 

Apicella, A. J., & Marchionni, I. (2022). VIP-Expressing GABAergic Neurons: Disinhibitory 
vs. Inhibitory Motif and Its Role in Communication Across Neocortical Areas. 

Frontiers in 

Cellular Neuroscience, 16

, 811484. doi:10.3389/fncel.2022.811484 

 

2.

 

Armstrong, B. D., Hu, Z., Abad, C., Yamamoto, M., Rodriguez, W. I., Cheng, J., Lee, M., 
Chhith, S., Gomariz, R. P., & Waschek, J. A. (2004). Induction of neuropeptide gene 
expression and blockade of retrograde transport in facial motor neurons following local 
peripheral nerve inflammation in severe combined immunodeficiency and BALB/C mice. 

Neuroscience, 129

(1), 93-99. doi: 10.1016/j.neuroscience.2004.06.085 

 

3.

 

Atapour, N., Majka, P., Wolkowicz, I. H., Malamanova, D., Worthy, K. H., & Rosa, M. G. P. 
(2019). Neuronal Distribution Across the Cerebral Cortex of the Marmoset Monkey 
(Callithrix jacchus). 

Cerebral Cortex, 29

(9), 3836

3863. 

https://doi.org/10.1093/cercor/bhy263 

 

4.

 

Atapour, N., Rosa, M. G. P., Bai, S., Bednarek, S., Kulesza, A., Saworska, G., Worthy, K. H., 
& Majka, P. (2024). Distribution of calbindin-positive neurons across areas and layers of the 
marmoset cerebral cortex. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/2024.01.05.574341 

 

5.

 

Atapour, N., Worthy, K. H., Lui, L. L., Yu, H. H., & Rosa, M. G. P. (2017). Neuronal 
degeneration in the dorsal lateral geniculate nucleus following lesions of primary visual 
cortex: comparison of young adult and geriatric marmoset monkeys. 

Brain Structure & 

Function

,

 222

(7), 3283

3293. https://doi.org/10.1007/s00429-017-1404-4 

 

6.

 

Bakken, T. E., Jorstad, N. L., Hu, Q., Lake, B. B., Tian, W., Kalmbach, B. E., Crow, M., 
Hodge, R. D., Krienen, F. M., Sorensen, S. A., Eggermont, J., Yao, Z., Aevermann, B. D., 

Aldridge, A. I., Bartlett, A., Bertagnolli, D., Casper, T., Castanon, R. G., Crichton, K., … 

Lein, E. S. (2021). Comparative cellular analysis of motor cortex in human, marmoset and 
mouse. 

Nature

598

(7879), 111

119. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03465-8 

 

7.

 

Benson, D. L., Isackson, P. J., & Jones, E. G. (1991). In situ hybridization reveals VIP 
precursor mRNA-containing neurons in monkey and rat neocortex. 

Brain Research. 

Molecular Brain Research

9

(1-2), 169

174. https://doi.org/10.1016/0169-328x(91)90145-n 

 

8.

 

Betz W. (1874). Anatomischer Nachweis zweier Gehirncentra. 

Zbl Med Wiss, 12

(578

580):594

599. 

 

9.

 

Brenneman, D. E., Nicol, T., Warren, D., & Bowers, L. M. (1990). Vasoactive intestinal 
peptide: a neurotrophic releasing agent and an astroglial mitogen. 

Journal of Neuroscience 

Research, 25

(3), 386

394. https://doi.org/10.1002/jnr.490250316 

 

10.

 

Burman, K. J., Palmer, S. M., Gamberini, M., Spitzer, M. W., & Rosa, M. G. (2008). 
Anatomical and physiological definition of the motor cortex of the marmoset monkey. 

The 

Journal of Comparative Neurology, 506

(5), 860

876. https://doi.org/10.1002/cne.21580 

 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

23 

 

11.

 

Burman, K. J., Bakola, S., Richardson, K. E., Reser, D. H., & Rosa, M. G. (2014). Patterns of 
cortical input to the primary motor area in the marmoset monkey. 

The Journal of 

Comparative Neurology

522

(4), 811

843. https://doi.org/10.1002/cne.23447 

 
12.

 

Cleveland, D. W., & Rothstein, J. D. (2001). From Charcot to Lou Gehrig: deciphering 
selective motor neuron death in ALS. Nature reviews. 

Neuroscience, 2

(11), 806

819. 

https://doi.org/10.1038/35097565 

 

13.

 

Delgado, M., Pozo, D., & Ganea, D. (2004). The significance of vasoactive intestinal peptide 
in immunomodulation. 

Pharmacological Reviews

56

(2), 249

290. 

https://doi.org/10.1124/pr.56.2.7 
 

14.

 

Ebbesen, C. L., Insanally, M. N., Kopec, C. D., Murakami, M., Saiki, A., & Erlich, J. C. 
(2018). More than Just a "Motor": Recent Surprises from the Frontal Cortex. 

The Journal of 

Neuroscience, 38

(44), 9402

9413. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1671-18.2018 

 

15.

 

Fu, Y., Tucciarone, J. M., Espinosa, J. S., Sheng, N., Darcy, D. P., Nicoll, R. A., Huang, Z. J., 
& Stryker, M. P. (2014). A cortical circuit for gain control by behavioral state. 

Cell, 156

(6), 

1139

1152. https://doi.org/10.1016/j.cell.2014.01.050 

 

16.

 

Gabbott, P. L., & Bacon, S. J. (1997). Vasoactive intestinal polypeptide containing neurones 
in monkey medial prefrontal cortex (mPFC): colocalisation with calretinin. 

Brain 

Research

744

(1), 179

184. https://doi.org/10.1016/s0006-8993(96)01232-2 

 

17.

 

Gallyas F. (1979). Silver staining of myelin by means of physical development. 

Neurological 

Research, 1

(2), 203

209. https://doi.org/10.1080/01616412.1979.11739553 

 

18.

 

Garcia-Junco-Clemente, P., Ikrar, T., Tring, E., Xu, X., Ringach, D. L., & Trachtenberg, J. T. 
(2017). An inhibitory pull-push circuit in frontal cortex. 

Nature Neuroscience

20

(3), 389

392. https://doi.org/10.1038/nn.4483 

 

19.

 

Gonchar, Y., Wang, Q., & Burkhalter, A. (2008). Multiple distinct subtypes of GABAergic 
neurons in mouse visual cortex identified by triple immunostaining. 

Frontiers in 

Neuroanatomy

1

, 3. https://doi.org/10.3389/neuro.05.003.2007 

 

20.

 

Hof, P. R., & Perl, D. P. (2002). Neurofibrillary tangles in the primary motor cortex in 
Guamanian amyotrophic lateral sclerosis/parkinsonism-dementia complex. 

Neuroscience 

Letters

328

(3), 294

298. https://doi.org/10.1016/s0304-3940(02)00523-2 

 

21.

 

Iwasaki, M., Akiba, Y., & Kaunitz, J. D. (2019). Recent advances in vasoactive intestinal 
peptide physiology and pathophysiology: focus on the gastrointestinal system. 

F1000Res, 8

doi:10.12688/f1000research.18039.1 

 

22.

 

Jacobs, B., Garcia, M. E., Shea-Shumsky, N. B., Tennison, M. E., Schall, M., Saviano, M. S., 
Tummino, T. A., Bull, A. J., Driscoll, L. L., Raghanti, M. A., Lewandowski, A. H., Wicinski, 
B., Ki Chui, H., Bertelsen, M. F., Walsh, T., Bhagwandin, A., Spocter, M. A., Hof, P. R., 
Sherwood, C. C., & Manger, P. R. (2018). Comparative morphology of gigantopyramidal 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

24 

 

neurons in primary motor cortex across mammals. 

The Journal of Comparative Neurology, 

526

(3), 496

536. https://doi.org/10.1002/cne.24349 

 

23.

 

Kim, Y., Yang, G. R., Pradhan, K., Venkataraju, K. U., Bota, M., García Del Molino, L. C., 
Fitzgerald, G., Ram, K., He, M., Levine, J. M., Mitra, P., Huang, Z. J., Wang, X. J., & Osten, 
P. (2017). Brain-wide Maps Reveal Stereotyped Cell-Type-Based Cortical Architecture and 
Subcortical Sexual Dimorphism. 

Cell, 171

(2), 456

469.e22. 

https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.09.020 

 

24.

 

Kondo, H., Tanaka, K., Hashikawa, T., & Jones, E. G. (1999). Neurochemical gradients along 
monkey sensory cortical pathways: calbindin-immunoreactive pyramidal neurons in layers II 
and III. 

The European Journal of Neuroscience, 11

(12), 4197

4203. 

https://doi.org/10.1046/j.1460-9568.1999.00844.x 

 

25.

 

Lee, S., Kruglikov, I., Huang, Z. J., Fishell, G., & Rudy, B. (2013). A disinhibitory circuit 
mediates motor integration in the somatosensory cortex. 

Nature Neuroscience, 16

(11), 1662

1670. https://doi.org/10.1038/nn.3544 

 

26.

 

Lemon R. N. (2008). Descending pathways in motor control. 

Annual Review of Neuroscience, 

31

, 195

218. https://doi.org/10.1146/annurev.neuro.31.060407.125547 

 

27.

 

Magistretti, P. J., Morrison, J. H., Shoemaker, W. J., Sapin, V., & Bloom, F. E. (1981). 
Vasoactive intestinal polypeptide induces glycogenolysis in mouse cortical slices: a possible 
regulatory mechanism for the local control of energy metabolism. 

Proceedings of the 

National Academy of Sciences of the United States of America, 78

(10), 6535

6539. 

https://doi.org/10.1073/pnas.78.10.6535 

 

28.

 

Majka, P., Bai, S., Bakola, S., Bednarek, S., Chan, J. M., Jermakow, N., Passarelli, L., Reser, 
D. H., Theodoni, P., Worthy, K. H., Wang, X. J., Wójcik, D. K., Mitra, P. P., & Rosa, M. G. 
P. (2020). Open access resource for cellular-resolution analyses of corticocortical connectivity 
in the marmoset monkey. 

Nature Communications, 11

(1), 1133. 

https://doi.org/10.1038/s41467-020-14858-0 

 

29.

 

Majka, P., Chaplin, T. A., Yu, H. H., Tolpygo, A., Mitra, P. P., Wójcik, D. K., & Rosa, M. G. 
(2016). Towards a comprehensive atlas of cortical connections in a primate brain: Mapping 
tracer injection studies of the common marmoset into a reference digital template. 

The 

Journal of Comparative Neurology, 524

(11), 2161

2181. https://doi.org/10.1002/cne.24023 

 

30.

 

Markram, H., Toledo-Rodriguez, M., Wang, Y., Gupta, A., Silberberg, G., & Wu, C. (2004). 
Interneurons of the neocortical inhibitory system. 

Nature Reviews. Neuroscience, 5

(10), 793

807. https://doi.org/10.1038/nrn1519  

 

31.

 

Matelli, M., Luppino, G., & Rizzolatti, G. (1985). Patterns of cytochrome oxidase activity in 
the frontal agranular cortex of the macaque monkey. 

Behavioural Brain Research

18

(2), 

125

136. https://doi.org/10.1016/0166-4328(85)90068-3 

 

32.

 

Mattson, M. P., & Magnus, T. (2006). Ageing and neuronal vulnerability. 

Nature Reviews. 

Neuroscience

7

(4), 278

294. https://doi.org/10.1038/nrn1886 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

25 

 

 

33.

 

Morrison, B. M., Hof, P. R., & Morrison, J. H. (1998). Determinants of neuronal vulnerability 
in neurodegenerative diseases. 

Annals of Neurology

44

(3 Suppl 1), S32

S44. 

https://doi.org/10.1002/ana.410440706 
 

34.

 

Ong, W. Y., & Garey, L. J. (1991). Ultrastructural characteristics of human adult and infant 
cerebral cortical neurons. 

Journal of Anatomy

175

, 79

104.

 

 

 

35.

 

Palmer, S. M., & Rosa, M. G. (2006). A distinct anatomical network of cortical areas for 
analysis of motion in far peripheral vision. 

The European journal of neuroscience

24

(8), 

2389

2405. https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.2006.05113.x 

 

36.

 

Paxinos G, Watson C, Petrides M, Rosa M., & Tokuno H. (2012). 

The marmoset brain in 

stereotaxic coordinates. 

Elsevier.  

 

37.

 

Pellegri, G., Magistretti, P. J., & Martin, J. L. (1998). VIP and PACAP potentiate the action 
of glutamate on BDNF expression in mouse cortical neurones. 

The European Journal of 

Neuroscience

10

(1), 272

280. https://doi.org/10.1046/j.1460-9568.1998.00052.x 

 

38.

 

Peters, A., Meinecke, D. L., & Karamanlidis, A. N. (1987). Vasoactive intestinal polypeptide 
immunoreactive neurons in the primary visual cortex of the cat. 

Journal of 

Neurocytology

16

(1), 23

38. https://doi.org/10.1007/BF02456695 

 

39.

 

Pfeffer, C. K., Xue, M., He, M., Huang, Z. J., & Scanziani, M. (2013). Inhibition of inhibition 
in visual cortex: the logic of connections between molecularly distinct interneurons. 

Nature 

Neuroscience

16

(8), 1068

1076. https://doi.org/10.1038/nn.3446 

 

40.

 

Pi, H. J., Hangya, B., Kvitsiani, D., Sanders, J. I., Huang, Z. J., & Kepecs, A. (2013). Cortical 
interneurons that specialize in disinhibitory control. 

Nature

503

(7477), 521

524. 

https://doi.org/10.1038/nature12676 

 

41.

 

Preuss, T. M., & Kaas, J. H. (1996). Parvalbumin-like immunoreactivity of layer V pyramidal 
cells in the motor and somatosensory cortex of adult primates. 

Brain Research

712

(2), 353

357. https://doi.org/10.1016/0006-8993(95)01531-0 
 

42.

 

Prönneke, A., Scheuer, B., Wagener, R. J., Möck, M., Witte, M., & Staiger, J. F. (2015). 
Characterizing VIP Neurons in the Barrel Cortex of VIPcre/tdTomato Mice Reveals Layer-
Specific Differences. 

Cerebral Cortex

25

(12), 4854

4868. 

https://doi.org/10.1093/cercor/bhv202 

 

43.

 

Rivara, C. B., Sherwood, C. C., Bouras, C., & Hof, P. R. (2003). Stereologic characterization 
and spatial distribution patterns of Betz cells in the human primary motor cortex. 

The 

Anatomical Record. Part A, Discoveries in Molecular, Cellular, and Evolutionary 
Biology

270

(2), 137

151. 

https://doi.org/10.1002/ar.a.10015

 

 

44.

 

Rosa, M. G., Palmer, S. M., Gamberini, M., Burman, K. J., Yu, H. H., Reser, D. H., Bourne, 
J. A., Tweedale, R., & Galletti, C. (2009). Connections of the dorsomedial visual area: 
pathways for early integration of dorsal and ventral streams in extrastriate cortex. 

The Journal 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

26 

 

of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience

29

(14), 4548

4563. 

https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0529-09.2009 

 

45.

 

Scheibel, M. E., Tomiyasu, U., & Scheibel, A. B. (1977). The aging human Betz 
cell. 

Experimental Neurology

56

(3), 598

609. https://doi.org/10.1016/0014-4886(77)90323-5 

 

46.

 

Seeley W. W. (2008). Selective functional, regional, and neuronal vulnerability in 
frontotemporal dementia. 

Current Opinion In neurology

21

(6), 701

707. 

https://doi.org/10.1097/WCO.0b013e3283168e2d 

 

47.

 

Spain, W. J., Schwindt, P. C., & Crill, W. E. (1991). Post-inhibitory excitation and inhibition 
in layer V pyramidal neurones from cat sensorimotor cortex. 

The Journal of Physiology

434

609

626. https://doi.org/10.1113/jphysiol.1991.sp018489 

 

48.

 

Szadai, Z., Pi, H. J., Chevy, Q., Ócsai, K., Albeanu, D. F., Chiovini, B., Szalay, G., Katona, 
G., Kepecs, A., & Rózsa, B. (2022). Cortex-wide response mode of VIP-expressing inhibitory 
neurons by reward and punishment. 

eLife

11

, e78815. https://doi.org/10.7554/eLife.78815 

 

49.

 

Szocsics, P., Papp, P., Havas, L., Lőke, J., & Maglóczky, Z. (2023). Interhemispheric 

differences of pyramidal cells in the primary motor cortices of schizophrenia patients 
investigated postmortem. 

Cerebral Cortex, 33

(13), 8179

8193. 

https://doi.org/10.1093/cercor/bhad107 

 

50.

 

Szocsics, P., Papp, P., Havas, L., Watanabe, M., & Maglóczky, Z. (2021). Perisomatic 
innervation and neurochemical features of giant pyramidal neurons in both hemispheres of the 
human primary motor cortex. 

Brain Structure & Function

226

(1), 281

296. 

https://doi.org/10.1007/s00429-020-02182-8 

 

51.

 

Tremblay, R., Lee, S., & Rudy, B. (2016). GABAergic Interneurons in the Neocortex: From 
Cellular Properties to Circuits. 

Neuron

91

(2), 260

292. 

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2016.06.033  

 

52.

 

Tsang, Y. M., Chiong, F., Kuznetsov, D., Kasarskis, E., & Geula, C. (2000). Motor neurons 
are rich in non-phosphorylated neurofilaments: cross-species comparison and alterations in 
ALS. 

Brain Research

861

(1), 45

58. https://doi.org/10.1016/s0006-8993(00)01954-5 

 

53.

 

Udaka, F., Kameyama, M., & Tomonaga, M. (1986). Degeneration of Betz cells in motor 
neuron disease. A Golgi study. 

Acta Neuropathologica

70

(3-4), 289

295.  

 

54.

 

Ungerleider LG, Desimone R. (1986). Projections to the superior temporal sulcus from the 
central and peripheral field representations of V1 and V2. 

J Comp Neurol

. 8;248(2):147-63. 

doi: 10.1002/cne.902480202.  
 

55.

 

Yu, H. H., & Rosa, M. G. (2014). Uniformity and diversity of response properties of neurons 
in the primary visual cortex: selectivity for orientation, direction of motion, and stimulus size 
from center to far periphery. 

Visual neuroscience

31

(1), 85

98. 

https://doi.org/10.1017/S0952523813000448 
 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint 

2024.01.22.576584v1.full-html.html
background image

27 

 

56.

 

Yu, H. H., Verma, R., Yang, Y., Tibballs, H. A., Lui, L. L., Reser, D. H., & Rosa, M. G. 
(2010). Spatial and temporal frequency tuning in striate cortex: functional uniformity and 
specializations related to receptive field eccentricity. 

The European journal of 

neuroscience

31

(6), 1043

1062. https://doi.org/10.1111/j.1460-

9568.2010.07118.x

https://doi.org/10.1007/BF00686086

 

 

57.

 

Vigneswaran, G., Kraskov, A., & Lemon, R. N. (2011). Large identified pyramidal cells in 
macaque motor and premotor cortex exhibit "thin spikes": implications for cell type 
classification. 

The Journal of Neuroscience

31

(40), 14235

14242. 

https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3142-11.2011 

 

58.

 

Vogt, C., & Vogt, O. (1919). 

Allgemeine ergebnisse unserer hirnforschung

. Verlag von 

Johann Ambrosius Barth. 

 

59.

 

Wallace, M. N., Tayebjee, M. H., Rana, F. S., Farquhar, D. A., & Nyong'o, A. O. (1996). 
Pyramidal neurones in pathological human motor cortex express nitric oxide 
synthase. 

Neuroscience Letters

212

(3), 187

190. https://doi.org/10.1016/0304-

3940(96)12809-3 

 

60.

 

Waschek J. A. (2013). VIP and PACAP: neuropeptide modulators of CNS inflammation, 
injury, and repair. 

British Journal of Pharmacology

169

(3), 512

523. 

https://doi.org/10.1111/bph.12181 

 

61.

 

Watanabe-Sawaguchi, K., Kubota, K., & Arikuni, T. (1991). Cytoarchitecture and intrafrontal 
connections of the frontal cortex of the brain of the hamadryas baboon (Papio 
hamadryas). 

The Journal of Comparative Neurology

311

(1), 108

133. 

https://doi.org/10.1002/cne.903110109 

 

62.

 

Worthy, K.H., Burman, K.J., and Rosa, M.G.P. (2017). Gallyas Silver Stain for Myelin. 
Melbourne,Australia: The Marmoset Brain Connectivity Atlas Project. Online. https:// 
doi.org/10.13140/RG.2.2.23807.76968. http://r.marmosetbrain.org/ Gallyasmethod.pdf.  

 

63.

 

Wu, J., Zhao, Z., Shi, Y., & He, M. (2022). Cortical VIP

+

 Interneurons in the Upper and 

Deeper Layers Are Transcriptionally Distinct. 

Journal of Molecular Neuroscience

72

(8), 

1779

1795. https://doi.org/10.1007/s12031-022-02040-8 

 

64.

 

Yetman, M. J., Washburn, E., Hyun, J. H., Osakada, F., Hayano, Y., Zeng, H., Callaway, E. 
M., Kwon, H. B., & Taniguchi, H. (2019). Intersectional monosynaptic tracing for dissecting 
subtype-specific organization of GABAergic interneuron inputs. 

Nature Neuroscience

22

(3), 

492

502. https://doi.org/10.1038/s41593-018-0322-y 

 

65.

 

Yu, J., Hu, H., Agmon, A., & Svoboda, K. (2019). Recruitment of GABAergic Interneurons 
in the Barrel Cortex during Active Tactile Behavior. 

Neuron

104

(2), 412

427.e4. 

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2019.07.027 

 

66.

 

Zhou, X., Rickmann, M., Hafner, G., & Staiger, J. F. (2017). Subcellular Targeting of VIP 
Boutons in Mouse Barrel Cortex is Layer-Dependent and not Restricted to 
Interneurons. 

Cerebral cortex, 27

(11), 5353

5368. https://doi.org/10.1093/cercor/bhx220 

.

CC-BY-ND 4.0 International license

perpetuity. It is made available under a

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in 

The copyright holder for this

this version posted January 22, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.22.576584

doi: 

bioRxiv preprint