Anatomo-functional organization of the lateral part of primary motor and premotor cortices of the macaque monkey

Abstract

Le attuali conoscenze sulle diverse funzioni assolte dalle aree localizatte tra il solco arcuato inferiore e il solco centrale della scimmia sono prevalentemente basate su studi sperimentali focalizzati su ristretti settori corticali. Manca una visione generale sulla distribuzione delle proprietà funzionali di questa ampia regione e, soprattutto, abbiamo scarse informazioni sulla sua convessità laterale. In questo studio sono state utilizzate la microstimolazione intracorticale e la registrazione extracellulare dell’attività neuronale su due scimmie allo scopo di descrivere le proprietà funzionali generali dell’intera regione e la loro relazione con le diverse suddivisioni citoarchitettoniche di cui si compone, ovvero, le aree F1, F4 ed F5. I risultati mostrano che nella porzione caudale della regione registrata esiste un settore ventrale che attraversa i bordi anatomici tra F4 ed F1, caratterizzato da elevata eccitabilità elettrica, movimenti semplici di bocca, frequenti risposte somatosensoriali ma assenza di risposte visive, mentre la controparte dorsale delle stesse aree presenta soglie di stimolazione più alte, atti motori di braccio-mano e bocca e diversi tipi di risposte visive. Nella porzione rostrale della regione registrata, l’area F5c sembra ben caratterizzata sia dal punto di vista anatomico che funzionale, mostrando un drastico crollo dell’eccitabilità elettrica, spiccata specificità motoria per il tipo di prensione utilizzato per afferrare oggetti, e proprietà visive più complesse, come per esempio risposte di tipo “mirror”. Nel complesso, questi dati consentono di delineare alcune similarità funzionali tra la corteccia motoria frontale dell’uomo e della scimmia, suggerendo che i settori posteriori siano maggiormente coinvolti nell’organizzazione e controllo fine di atti motori diretti ad uno scopo e movimenti della bocca entro parti diverse dello spazio personale e peri-personale, mentre la corteccia premotoria ventrale rostrale possiede la capacità di sfruttare la conoscenza motoria dell’individuo ad un livello più astratto, consentendo l’emergere di funzioni socio-cognitive che potrebbero essere state importanti precursori per l’evoluzione del linguaggio umano.

The current knowledge on the different functions played by the areas comprised between the inferior arcuate and the central sulcus of the monkey is mainly based on experimental studies focused on restricted cortical sectors, and only few information is available about its lateral convexity. Here we carried out intracortical microstimulations (ICMS) and extracellular recordings of neuronal activity in the most lateral portion of the frontal motor and premotor cortex of two macaque monkeys, to the purpose of describing the functional properties of these regions and their relationship with the different cytoarchitectonic subdivisions, namely, area F1, F4 and F5. Results showed that in the caudal part of the recorded region there is a ventral sector encompassing the anatomic border between F4 and F1, which appears characterized by high electrical excitability, mouth simple movements, and absence of visual properties, while the dorsal counterpart of the same areas show higher stimulation thresholds, forelimb and mouth motor acts, and different types of visual properties. In the rostral part of the recorded region, area F5c appears to be well characterized from both the anatomical and functional point of view, showing a dramatic drop of cortical excitability, higher motor specificity for the type of grip, and more complex visual properties, such as mirror responses. Taken together, these data allow to trace some functional similarities between the monkey and the human frontal motor cortex, suggesting that the posterior sectors are more involved in the organization and fine control of goal directed motor acts and mouth movement within different part of the personal and peripersonal space, while the rostral ventral premotor cortex possesses the capacity to exploit the individual’s motor knowledge at a more abstract level, enabling the emergence of socio-cognitive functions which could have been important precursors for the evolution of human language.