Neuronal activity of the ventral premotor cortex during whole-body navigation in the freely-moving monkey

Abstract

Diversi studi hanno dimostrato che la corteccia premotoria dei primati non umani gioca un ruolo cruciale non solo nell'organizzazione del movimento, ma anche nelle trasformazioni sensomotorie, nella codifica di azioni dirette ad uno scopo e nella rappresentazione dello spazio peripersonale. In questo studio abbiamo analizzato l'attività neuronale dell'area ventrale premotoria F4 registrata su scimmia libera durante la navigazione spaziale e le interazioni all'interno di un ambiente (NeuroEthoRoom-NER). Diversi studi condotti su specie diverse hanno dimostrato la presenza di una sintonizzazione spaziale allocentrica dei neuroni al di fuori delle strutture ippocampale-entorinali, suggerendo che la codifica della posizione del corpo nello spazio è molto più distribuita nel cervello di quanto si pensasse in precedenza. L'obiettivo principale di questo studio è consistito nel fornire una descrizione preliminare e una valutazione della possibile relazione dell'attività neurale della corteccia premotoria con i parametri spaziali e cinematici della scimmia che si muove liberamente, nonché valutare possibili modulazioni dell'attività neuronale durante la navigazione spaziale. Abbiamo studiato l'attività neuronale a livello di popolazione, indagando la presenza di eventuali modulazioni rispetto alla posizione spaziale della scimmia e alla sua distanza dalle pareti della NER. L’ analisi preliminare ha mostrato che, a livello di popolazione, i neuroni registrati dall'area premotoria ventrale F4 non sembrano mostrare modulazione legata alla posizione spaziale della scimmia e alla sua distanza dalle pareti. Tuttavia, considerate le limitazioni del set di dati utilizzati in questo studio, l’approccio utilizzato potrebbe comunque fornire evidenze più robuste e convincenti sulla possibile modulazione spaziale dell'attività neuronale nella corteccia premotoria ventrale in scimmie libere.

Several studies have demonstrated that non-human primates’ premotor cortex (PM) plays a crucial role not only in organizing movement, but also in sensorimotor transformations, encoding of goal-directed actions and representation of the peripersonal space. In this study we investigated the neuronal activity of the ventral premotor area F4 recorded from unrestrained monkeys during spatial navigation and unconstrained interactions within an environment (NeuroEthoRoom - NER) equipped with food and non-food items. Indeed, several studies carried out on different species have shown the presence of allocentric spatial tuning of neurons outside the hippocampal-entorhinal structures, suggesting that encoding of body position in space is much more distributed in the brain than previously thought. The main goal of this study consisted in providing a preliminary description and assessment of the possible relationship of the neural activity of the premotor cortex with the spatial and kinematic parameters of the freely moving monkey, as well as to assess the possible modulations of neuronal activity during spatial navigation. We studied neuronal population activity, investigating the presence of possible modulations of neuronal activity with respect to the monkey’s spatial position and the monkey’s distance from the walls of the NER. Preliminary data analysis provides a proof-of-concept for the technical feasibility of this approach but did not show evidence of neuronal modulations in area F4 linked to the monkey’s spatial position or the distance of monkey’s head from the walls of the room during spontaneous navigation. Due to the limited data set considered in this study, this approach may provide in future studies more robust and conclusive evidence on the possible spatial modulation of neuronal activity in the ventral premotor cortex of freely moving monkeys.