The representation of tool use in the monkey cerebral cortex. An fMRI study

Abstract

The representation of tool use in the monkey cerebral cortex. An fMRI study.

Though other species of primates also use tools, humans appear unique in their capacity to understand the causal relationship between tools and the result of their use. The present fMRI experiments are part of a comparative study, parallel experiments were carried out in humans. We scanned naive monkeys, and two monkeys trained to use tools, while they observed hand actions and actions performed using simple tools. In monkeys, the observation of an action, regardless of how performed, activated occipitotemporal, intraparietal, and ventral premotor cortex, bilaterally. In humans, the observation of actions done with simple tools yielded an additional, specific activation of a rostral sector of the left inferior parietal lobule (IPL). This latter site it was not observed in monkey IPL for any of the tool videos presented, even after monkeys had become proficient in using a rake or pliers through extensive training. In conclusion, while the observation of a grasping hand activated similar regions in humans and monkeys, an additional specific sector of IPL devoted to tool use has evolved in Homo sapiens, although tool-specific neurons might reside in the monkey grasping regions. These results shed new light on the changes of the hominid brain during evolution.

La rappresentazione dell’uso di strumenti nella corteccia cerebrale di scimmia. Uno studio di risonanza magnetica funzionale.

Sebbene altre specie di primati sono in grado di usare strumenti, l’uomo sembra essere unico nella sua capacità di comprendere quali siano le relazioni causali fra gli strumenti e il risultato ottenuto mediante il loro uso. I presenti esperimenti di risonanza magnetica funzionale sono parte di uno studio comparativo, esperimenti paralleli sono stati condotti sull’uomo. In questo studio sono state valutate le regioni corticali attivate durante l’osservazione di azioni eseguite con la mano e mediante l’utilizzo di strumenti sia in scimmie non addestrate che in scimmie addestrate all’utilizzo di strumenti. Nelle scimmie, l’osservazione di un’azione, a prescindere dall’effettore utilizzato, produceva l’attivazione delle cortecce occipitotemporale, intraparietale e premotoria ventrale. Nell’uomo, l’osservazione di azioni fatte con strumenti semplici produceva la specifica attivazione del settore anteriore del lobulo parietale inferiore di sinistra (IPL). Questo sito di attivazione non è stato riscontrato nel lobulo intraparietale inferiore della scimmia per nessuno dei video di strumenti presentati, anche dopo che la scimmia era stata addestrata all’utilizzo di un rastrello e di una pinza. In conclusione, mentre l’osservazione di un’azione di afferramento eseguita con la mano porta all’attivazione di regioni simili nell’uomo e nella scimmia, uno specifico settore di IPL dedicato all’utilizzo di strumenti si è sviluppato nell’Homo sapiens, sebbene neuroni specifici per l’uso di strumenti essere presenti nelle regioni coinvolte in azioni di afferramento della scimmia.