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.

Abstract Successful reach-to-grasp movements necessitate the integration of both object location and grip type information. However, how these two types of information are encoded in a single brain region and to what extend they interact with each other, remain largely unknown. We designed a novel experimental paradigm that sequentially prompted reach and grasp cues to monkeys and recorded neural activity in the dorsal premotor cortex (PMd) to investigate how the encoding structures change and interact during arm reaching and hand grasping movements. This paradigm required monkeys to retain the first prompted cue when the second one arrived, and integrate both to accomplish a final goal movement. PMd neurons represented both reach and grasp to similar extend, yet the encodings were not independent. Upon the arrival of second cue, PMd continued to encode the first cue, albeit with a significantly altered structure, as evidenced by more than half of the neurons displaying incongruent modulation. At a population level, the encoding structure formed a distinct subspace that differed from, but was not entirely orthogonal to, the original one. Employing canonical correlation analysis, we identified a subspace that consistently preserved the encoding of the initial cue, potentially serving as a mechanism for downstream brain regions to extract coherent information. Furthermore, this shared subspace comprised a diverse population of neurons, including both congruent and incongruent units. these findings support the argument that reach and grasp information are interactively integrated within PMd, with a shared subspace likely underpinning a consistent encoding framework.