Reaching to grasp movement is thought to rely upon two independent brain pathways. The dorsomedial one is involved in reaching while the dorsolateral one is dealing with grasping. However, some recent evidences suggested that the dorsomedial pathway might participate in grasp movement. Therefore, it is important to investigate whether PMd is involved in grasp planning, and if participating, what kind of role PMd played in grasp planning. In this study, two macaques monkeys were trained to grasp same object by instructing or freely choosing one of two grips, power grip or hook grip. A 96-channel microelectrode array was implanted to collect the population activity of PMd in each subject. Both single unit activity and population activity were analyzed. We found that nearly 21.0% and 26.8% units in PMd of two monkeys displayed grip selectivity during gesture planning in both instructing or freely choosing conditions. These units exhibit selectivity for different gestures when facing the identical visual stimuli (freely choosing condition). At the same time, similar activity patterns are displayed for the same gesture when faced with different selection strategies (freely choosing condition vs. instructing condition). These results show that some neurons of PMd are mainly involved in the hand shape preparation and have no obvious relationship with external visual stimuli and selection strategies.

Summary Goal-directed behaviors involve distributed brain networks. The small size of the mouse brain makes it amenable to manipulations of neural activity dispersed across brain areas, but existing optogenetic methods serially test a few brain regions at a time, which slows comprehensive mapping of distributed networks. Laborious operant conditioning training required for most experimental paradigms exacerbates this bottleneck. We present an autonomous workflow to survey the involvement of brain regions at scale during operant behaviors in mice. Naïve mice living in a home-cage system learned voluntary head-fixation (>1 hour/day) and performed difficult decision-making tasks, including contingency reversals, for 2 months without human supervision. We incorporated an optogenetic approach to manipulate activity in deep brain regions through intact skull during home-cage behavior. To demonstrate the utility of this approach, we tested dozens of mice in parallel unsupervised optogenetic experiments, revealing multiple regions in cortex, striatum, and superior colliculus involved in tactile decision-making.