Abstract The induction of large-scale plasticity in the adult brain should be key for recovery from severe damage of the central nervous system. Here, drastic motor recovery was observed after subhemisection spinal cord injury in macaques that received intensive training and cortical electrical stimulation. During recovery, movement-related activity increased in ipsilesional sensorimotor areas and functional connectivity from ipsilesional to contralesional areas was strengthened. Electrical stimulation applied widely across bilateral sensorimotor areas induced muscle twitches in affected and intact forelimbs. The interhemispheric inhibition observed before injury was switched to facilitation. Furthermore, massive re-routing occurred in corticospinal axons from the contralesional motor cortex. Such global disinhibition and massive plasticity would open the workspace for the reorganization of motor networks to recruit novel areas for recovery. One Sentence Summary Global disinhibition and corticospinal plasticity for drastic recovery after spinal cord injury in macaque monkeys.

Abstract Whether and how the interhemispheric pathway is involved in post-injury motor recovery is controversial. Unidirectional chemogenetic blockade of the interhemispheric pathway from the contralesional to ipsilesional premotor cortex impaired dexterous hand movements during the early recovery stage after lesioning the lateral corticospinal tract in macaques. Furthermore, electrocorticographical recording showed that the low frequency band activity of the ipsilesional premotor cortex around the movement onset was decreased by the blockade during the early recovery stage, while it was increased by blockade during the intact state and the late recovery stage. These results demonstrate that the action of the interhemispheric pathway changed from inhibition to facilitation, leading to the involvement of the ipsilesional sensorimotor cortex in hand movements during the early recovery stage. The present study offers new insights into the state-dependent role of the interhemispheric pathway and a therapeutic target in the early recovery stage after lesioning of the corticospinal tract.

Whether and how the non-lesional sensorimotor cortex is activated and contributes to post-injury motor recovery is controversial. Here, we investigated the role of interhemispheric pathway from the contralesional to ipsilesional premotor cortex in activating the ipsilesional sensorimotor cortex and promoting recovery after lesioning the lateral corticospinal tract at the cervical cord, by unidirectional chemogenetic blockade in macaques. The blockade impaired dexterous hand movements during the early recovery stage. Electrocorticographical recording showed that the low frequency band activity of the ipsilesional premotor cortex around movement onset was decreased by the blockade during the early recovery stage, while it was increased by blockade during the intact state and late recovery stage. These results demonstrate that action of the interhemispheric pathway changed from inhibition to facilitation, to involve the ipsilesional sensorimotor cortex in hand movements during the early recovery stage. The present study offers insights into the stage-dependent role of the interhemispheric pathway and a therapeutic target in the early recovery stage after lesioning of the corticospinal tract. Whether and how the non-lesional sensorimotor cortex contributes to the post-injury recovery are not fully understood. The authors, show that the interhemispheric pathway between the premotor cortices contributed to hand movements in early recovery after damage to the corticospinal tract in primates.