Abstract What happens once a cortical territory becomes functionally redundant? We addressed brain and behavioural adaptations for the intact hand in individuals with a missing hand. Previous studies reported increased ipsilateral activity in the somatosensory territory of the missing hand (i.e., remapping) in acquired amputees, but not in individuals with a congenitally missing hand (one-handers). It is unclear whether remapping in amputees involves recruiting more neural resources to support the intact hand, and whether such activity is increased in tasks that demand greater motor control. We investigated sensorimotor learning and neural representation of the intact hand in one-handers and amputees using a multi-finger configuration task, as well as univariate and multivariate fMRI. We found that ipsilateral activity increased with motor demand - but only in the amputees group. However, these changes did not reflect behavioural differences. The representation of the finger configurations, as revealed by multivariate analysis, was stronger in amputees and closer to the typical representation found in controls’ contralateral hand territory, compared to one-handers. This collaborative contra-ipsilateral activity may reflect the intact hand’s efference copy. One-handers struggled to learn difficult finger configurations, but this did not translate to differences in univariate or multivariate activity relative to controls. Together with a supplementary structural white matter analysis, our results suggest that enhanced activity in the missing hand territory may not reflect intact hand function. Instead, we suggest that plasticity is more restricted than generally assumed and may depend on the availability of homologous pathways acquired early in life. Significant Statement We studied whether brain resources in the missing-hand territory support demanding intact hand motor control in people who were born with one hand or lost a hand later in life. We found that amputees had increased activity in the brain area used for the missing hand, but no improvement in the performance of their intact hand. This collaborative contra-ipsilateral activity may reflect the intact hand’s efference copy. One-handers showed slight deficits while learning to perform complex motor movements, but no brain activity differences in the missing hand territory, compared to controls. Our results suggest that brain plasticity is limited and may depend on early life experiences.

Accumulating behavioural and neurophysiological evidence suggests that upper-limb control relies on contributions from both cortical and subcortical motor circuits, with cortical inputs providing fine-finger function and subcortical inputs providing the ability for gross movements, respectively. During recovery of function after stroke, the relative contributions from these pathways may shift. Here we propose that mirror movements that appear after stroke provide a non-invasive assay through which relative contributions from cortical and subcortical pathways towards hand recovery can be studied. We hypothesized that mirror movements, like hand function, are generated by summed contributions from cortical and subcortical pathways, and suggest that subcortical contributions should be characterized by a broad recruitment of fingers, while cortical contributions primarily recruit the homologous finger in the passive hand. In a longitudinal stroke recovery study (Xu et al., 2016), we quantified mirror movements and paretic hand function in 53 stroke patients in the year following unilateral stroke. Mirror movements in the non-paretic hand were exaggerated early after damage (week 2), with paretic finger presses broadly recruiting multiple fingers in the non-paretic hand. On average, however, mirroring in homologous fingers was 1.76 times larger than in non-homologous fingers. Over the year, mirroring in the non-paretic hand progressively normalized with a time-course that mimicked that for the fine-finger deficits in the paretic hand. In comparison, during non-paretic finger presses, the homologous component of mirroring in the paretic hand was reduced early after stroke (week 2) but progressively normalized. Altogether, we conclude that the pattern of mirror movements across homologous and non-homologous fingers reflect the summed contributions of both cortical and subcortical systems, and we discuss the implications of our results towards hand recovery after stroke.

Hand and finger movements are mostly controlled through crossed corticospinal projections from the contralateral hemisphere. During unimanual movements, activity in the contralateral hemisphere is increased while the ipsilateral hemisphere is suppressed below resting baseline. Despite this suppression, unimanual movements can be decoded from ipsilateral activity alone. This indicates that ipsilateral activity patterns represent parameters of ongoing movement, but the origin and functional relevance of these representations is unclear. Here, we asked whether human ipsilateral representations are caused by active movement, or whether they are driven by sensory input. Participants alternated between performing single finger presses and having fingers passively stimulated, while we recorded brain activity using high field (7T) functional imaging. We contrasted active and passive finger representations in sensorimotor areas of ipsilateral and contralateral hemispheres. Finger representations in the contralateral hemisphere were equally strong under passive and active conditions, highlighting the importance of sensory information in feedback control. In contrast, ipsilateral finger representations were stronger during active presses. Furthermore, the spatial distribution of finger representations differed between hemispheres: the contralateral hemisphere showed the strongest finger representations in Brodmann area 3a and 3b, while the ipsilateral hemisphere exhibited stronger representations in premotor and parietal areas. This suggests that finger representations in the two hemispheres have different origins: contralateral representations are driven by both active movement and sensory stimulation, whereas ipsilateral representations are mainly engaged during active movement. This suggests that a possible contribution of the ipsilateral hemisphere lies in movement planning, rather than in the dexterous feedback control of the movement.

Cortical reorganization has been suggested as mechanism for recovery after stroke. It has been proposed that a form of cortical reorganization (changes in functional connectivity between brain areas) can be assessed with resting-state fMRI. Here we report the largest longitudinal data-set in terms of overall sessions in 19 patients with subcortical stroke and 11 controls. Patients were imaged up to 5 times over one year. We found no evidence for post-stroke cortical reorganization despite substantial behavioral recovery. These results could be construed as questioning the value of resting-state imaging. Here we argue instead that they are consistent with other emerging reasons to challenge the idea of motor recovery-related cortical reorganization post-stroke when conceived as changes in connectivity between cortical areas.

Loss of hand function after stroke is a major cause of long-term disability. Hand function can be partitioned into strength and independent control of fingers (individuation). Here we developed a novel paradigm, which independently quantifies these two aspects of hand function, to track hand recovery in 54 patients with hemiparesis over the first year after their stroke. Most recovery of both strength and individuation occurred in the first three months after stroke. Improvement in strength and individuation were tightly correlated up to a strength level of approximately 60% of the unaffected side. Beyond this threshold, further gains in strength were not accompanied by improvements in individuation. Any observed improvements in individuation beyond the 60% threshold were attributable instead to a second independent stable factor. Lesion analysis revealed that damage to the hand area in motor cortex and the corticospinal tract (CST) correlated more with individuation than with strength. CST involvement correlated with individuation even after factoring out the strength-individuation correlation. The most parsimonious explanation for these behavioral and lesion-based findings is that most strength recovery, along with some individuation, can be attributed to descending systems other than the CST, whereas further recovery of individuation is CST dependent. (Note: Jing Xu and Naveed Ejaz contributed equally to this work.)

How is the primary motor cortex (M1) organized to control fine finger movements? We investigated the population activity in M1 for single finger flexion and extension, using 7T functional magnetic resonance imaging (fMRI) in human participants, and compared these results to the neural spiking patterns recorded in monkeys performing the identical task. fMRI activity patterns were distinct for movements of different fingers, but quite similar for flexion and extension of the same finger. In contrast, spiking patterns in monkeys were quite distinct for both fingers and directions, similar to what was found for muscle activity patterns in humans. Given that fMRI reflects predominantly input and recurrent activity, these results suggest an architecture in which neural populations that control flexion or extension of the same finger receive similar inputs and interact tightly with each other, but produce distinct outputs.

Automatic cyberbullying detection in social media is increasingly vital due to the integral role of social networks in people's lives and the severe impact of cyberbullying. Cyberbullying involves intentional, repetitive, aggressive behaviour to harm others online. Among Urdu-speaking communities worldwide, it is common to use Urdu, Roman Urdu, and English in social media conversations. Existing research and detection methods overlook these linguistic dynamics and fail to address cyberbullying across these languages comprehensively. Additionally, there is no dataset in Urdu and Roman Urdu covering the repetition and intent to harm components of cyberbullying. This research addresses this gap by developing and annotating a comprehensive dataset capturing linguistic variations in cyberbullying instances across Urdu, Roman Urdu, and English, incorporating all aspects of cyberbullying. Besides proposing a dataset, a framework for detecting cyberbullying has been proposed. The framework classifies text messages as aggressive or non-aggressive and introduces novel quantitative measures for repetition and the level of intent to cause harm. The proposed framework classifies cyberbullying by applying thresholds to measures of aggression, repetition, and intent to harm, integrating all three aspects. Results show aggression detection using fine-tuned m-BERT and MuRIL, incorporating measures of repetition and intent to harm on the proposed dataset. Additionally, experiments are conducted to demonstrate the impact of repetition and intent to harm on cyberbullying classification. The best results on the dataset are achieved using fine-tuned MuRIL with a precision of 0.93, recall of 0.92, and an F-measure of 0.92 by incorporating quantitative measures of repetition and intent to harm.

Automatic movie genre detection is vital for improving content recommendations, user experiences, and organization. Multi-label generation detection assigns multiple labels to a movie and recognizes a movie's diverse themes. Although there are many existing methods for generating multiple genre labels from movies but do not provide comprehensive analysis and visual depiction. This work introduces GenVis, a visualization system that provides a better understanding of multi-label genres extracted from movie trailers. The system initially uses text and visual features to classify trailers and assign multiple genre labels and probabilities. Next, GenVis provides four visualization views: a video view for trailer observation, an overall genre view for getting insights into genre distribution, a genre timeline view for temporal genre evolution, and finally, a genre flow summary for more focused genre analysis. The system allows users to pause the frames, sort the results, and process multiple videos. The multi-label classification is rigorously evaluated using MSE, cross-entropy loss, precision, recall, F1-score metrics, achieving high accuracy, and demonstrating strong genre correlations with notable precision in effectively classifying and distinguishing movie genres. Additionally, a user evaluation for visualization evaluation demonstrated the effectiveness and intuitive usability of GenVis with a high overall rating of 4.25 out of 5.0.