Human local field potentials in motor and non-motor brain areas encode upcoming movement direction
Les potentiels de champ local dans les régions motrices et non motrices du cerveau humain encodent la direction à venir du mouvement.
Résumé
Limb movement direction can be inferred from local field potentials in motor cortex during movement execution. Yet, it remains unclear to what extent intended hand movements can be predicted from brain activity recorded during movement planning. Here, we set out to probe the directional-tuning of oscillatory features during motor planning and execution, using a machine learning framework on multi-site local field potentials (LFPs) in humans. We recorded intracranial EEG data from implanted epilepsy patients as they performed a four-direction delayed center-out motor task. Fronto-parietal LFP low-frequency power predicted hand-movement direction during planning while execution was largely mediated by higher frequency power and low-frequency phase in motor areas. By contrast, Phase-Amplitude Coupling showed uniform modulations across directions. Finally, multivariate classification led to an increase in overall decoding accuracy (>80%). The novel insights revealed here extend our understanding of the role of neural oscillations in encoding motor plans.
La direction des mouvements des membres peut être déduite des potentiels de champ local dans le cortex moteur lors de l'exécution du mouvement. Cependant, dans quelle mesure les mouvements de la main prévus peuvent être prédits à partir de l'activité cérébrale enregistrée pendant la planification du mouvement demeure incertain. Ici, nous avons cherché à examiner l'accord directionnel des caractéristiques oscillatoires pendant la planification et l'exécution motrice, en utilisant un cadre d'apprentissage automatique sur les potentiels de champ local (LFP) multi-sites chez l'homme. Nous avons enregistré des données d'EEG intracrânien chez des patients épileptiques implantés alors qu'ils réalisaient une tâche de réponse motrice différée dans quatre directions à partir du centre. La puissance des basses fréquences en provenance des LFP fronto-pariétaux a permis de prédire la direction des mouvements de la main pendant la planification, tandis que l'exécution était en grande partie médiée par la puissance des hautes fréquences et la phase des basses fréquences dans les sites moteur. En revanche, le couplage phase-amplitude a montré des modulations uniformes à travers les différentes directions. Enfin, la classification multivariée a conduit à une augmentation globale de la précision du décodage (>80%). Ces résultats approfondissent notre compréhension du rôle des oscillations neuronales dans le codage de la planification motrice.
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