DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-93321-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40195410
تاريخ النشر: 2025-04-07
المؤلف: Xiangyuan Chen وآخرون
الموضوع الرئيسي: التوازن، والمشي، والوقاية من السقوط
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة آثار برنامج تدريب تاي تشي تشوان (TCC) لمدة 9 أسابيع على الوظيفة التنفيذية (EF)، وتناسق تنشيط العضلات في الأطراف السفلية الثنائية، والتوازن الديناميكي على ساق واحدة، وقوة الاتصال الوظيفي (FC) في كبار السن. أظهرت الأبحاث السابقة فوائد TCC للتوازن والوظيفة الإدراكية، لكن الآليات المحددة التي تكمن وراء هذه التحسينات لا تزال غير مستكشفة بشكل كاف. تشير النتائج إلى أن المشاركين في مجموعة TCC أظهروا تحسينات ملحوظة في اختبار توازن Y (YBT)، مما يدل على تحسين التناسق في التوازن الديناميكي على ساق واحدة وتقليل الجانبية في تنشيط العضلات في الأطراف السفلية. بالإضافة إلى ذلك، ارتبط تدريب TCC بتقوية FC بين المناطق الدماغية ذات الصلة أثناء أداء YBT، فضلاً عن تقليل الجانبية في متوسط قوة FC الدماغ بين المهام.
كشفت النتائج أيضًا أن تدريب TCC أدى إلى انخفاض كبير في زمن رد الفعل أثناء مهام EF وزيادة في تركيز الهيموغلوبين المؤكسد في القشرة الجبهية. مقارنة بالمشي السريع (BW)، وُجد أن TCC أكثر فعالية في تعزيز الوظيفة العصبية العضلية، مما يشير إلى أن نموذج تدريب التكامل الحسي المتعدد الخاص به يعزز التنسيق المحسن وتعاون الشبكة الدماغية. بشكل عام، تستنتج الدراسة أن TCC يعزز بشكل كبير التوازن الديناميكي، والتنسيق العصبي العضلي، وتناسق FC في كبار السن، مما يعزز التحكم الحركي وأداء المهام. قد تكون هذه التحسينات مرتبطة بتأثيرات TCC الإيجابية على أحجام المادة الرمادية (GM) والمادة البيضاء (WM)، مما يشير إلى تحسين القابلية العصبية وتكوين اتصالات عصبية جديدة تتعلق بالتحكم الحركي. وبالتالي، يظهر TCC كإجراء تمرين قيم لتحسين جودة الحياة لدى كبار السن.
الطرق
استخدمت الدراسة تصميمًا مزدوج التعمية لضمان الموضوعية في تقييم آثار تدخلين تدريبيين بدنيين – تاي تشي تشوان (TCC) والمشي السريع (BW) – على الوظائف الإدراكية والبدنية لدى المشاركين المسنين. قبل أسبوع من التدخل، خضع المشاركون لتقييمات أساسية، بما في ذلك تقييم مونتريال الإدراكي (MoCA) لفحص الإدراك واستبيان النشاط البدني الدولي – الشكل القصير (IPAQ-SF) لتقييم مستويات نشاطهم البدني. كانت جلسات التدريب، التي أجريت خمس مرات في الأسبوع على مدى تسعة أسابيع، تتطلب من المشاركين الحفاظ على شدة تدريب تتراوح بين 60-70% من معدل ضربات القلب الأقصى، المحسوب كـ $220 – \text{العمر}$.
مارست مجموعة TCC نظامًا مبسطًا من 24 شكلًا تحت إشراف محترف، بينما شاركت مجموعة BW في جلسات المشي المعدلة للسرعة والشدة بواسطة مدرب. بدأت كل جلسة بإحماء لمدة 5 دقائق، تلتها 30-40 دقيقة من التدريب المعني، وانتهت بتمارين الاسترخاء. لضمان الاتساق وتقليل أخطاء القياس، تم إجراء جميع التقييمات بواسطة نفس المقيم، وتم توجيه المشاركين لتجنب ممارسة التمارين البدنية العادية والحفاظ على عاداتهم الغذائية المعتادة طوال فترة الدراسة. تم إبلاغ تصميم التدخل من خلال الأبحاث السابقة التي تشير إلى أن فترة تدريب مدتها تسعة أسابيع كافية لتحقيق تحسينات ملحوظة في كل من الصحة البدنية والإدراكية بين كبار السن.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى وجود اختلافات كبيرة في الأداء وتنشيط العضلات خلال اختبار Y-Balance (YBT) عبر مجموعات مختلفة. في وضع الساق اليمنى، كشفت ANOVA ثنائية الاتجاه عن فرق كبير في الدرجة المركبة (CS) بين المجموعات (F group = 5.118، P = 0.007)، مع مقارنات بعد الاختبار تظهر أن مجموعة TCC تفوقت على مجموعة التحكم (P < 0.05). لوحظت نتائج مماثلة في وضع الساق اليسرى (F group = 6.588، P = 0.002)، حيث أظهرت كل من مجموعتي TCC و BW تحسينات ملحوظة في CS مقارنة بمجموعة التحكم. من الجدير بالذكر أن تأثيرات التفاعل الكبيرة وُجدت بين المجموعة والوقت لكلتا الساقين، مما يشير إلى أن مجموعتي TCC و BW تحسنتا من الاختبار المسبق إلى الاختبار اللاحق (F group*time = 4.706، P = 0.01). بالإضافة إلى ذلك، كشفت تحليل قيم تخطيط كهربائية العضلات المتكاملة المنضبطة (iEMG) عن اختلافات كبيرة في أنماط تنشيط العضلات. بالنسبة للساق الداعمة اليمنى، أظهرت مجموعة TCC قيم iEMG المنضبطة أعلى لعضلة الفاستوس اللاتيراليس (VL) مقارنة بمجموعة التحكم (P = 0.049)، كما لوحظت اختلافات كبيرة أيضًا لعضلة البايسبس فيمورس (BF) (F group = 8.004، P = 0.001). أظهر وضع الساق اليسرى اتجاهات مماثلة، مع زيادات كبيرة في قيم iEMG المنضبطة لـ VL في مجموعة TCC (P = 0.008). علاوة على ذلك، أشارت نتائج مؤشر التنسيق (CCI) إلى تحسينات كبيرة في كلتا الساقين لمجموعة TCC مقارنة بمجموعة التحكم (F group = 9.315، P = 0.001 للساق اليمنى؛ F group = 7.483، P = 0.001 للساق اليسرى). فيما يتعلق بنشاط الدماغ، قامت الدراسة بتقييم التغيرات في تركيز أكسجة الهيموغلوبين (HbO) في القشرة الجبهية الظهرية الجانبية (DLPFC) أثناء المهام الإدراكية. بينما لم يتم العثور على اختلافات كبيرة بين المجموعات في مهمة ستروب، لوحظت زيادة كبيرة في تركيز HbO في DLPFC لمجموعة TCC من الاختبار المسبق إلى الاختبار اللاحق (F time = 4.053، P = 0.046). كشفت تحليل الاتصال الوظيفي (FC) عن زيادات كبيرة في قوة FC بين عدة مناطق دماغية خلال YBT، خاصة لمجموعة TCC، مما يشير إلى تحسين التنسيق العصبي المرتبط بتحسين أداء التوازن. بشكل عام، تشير هذه النتائج إلى أن تدخل TCC يؤثر بشكل إيجابي على كل من الأداء البدني وأنماط تنشيط الأعصاب أثناء مهام التوازن.
المناقشة
فحصت الدراسة آثار برنامج تدريب تاي تشي تشوان (TCC) ووزن الجسم (BW) لمدة 9 أسابيع على الوظيفة التنفيذية (EF)، والتوازن الديناميكي على ساق واحدة، وتناسق تنشيط العضلات، والاتصال الوظيفي (FC) في كبار السن. تم تعيين 90 مشاركًا عشوائيًا إلى ثلاث مجموعات: TCC، BW، ومجموعة التحكم. أشارت النتائج الرئيسية إلى أن مجموعة TCC أظهرت انخفاضات كبيرة في أوقات رد الفعل (RTs) في كل من مهام ستروب و2-back، جنبًا إلى جنب مع زيادة التنشيط في القشرة الجبهية الظهرية الجانبية (DLPFC). كما أظهرت مجموعة BW تحسينات في RTs في مهمة 2-back لكنها لم تظهر تغييرات كبيرة في مهام التحكم المثبط مقارنة بـ TCC. علاوة على ذلك، أدى تدريب TCC إلى تحسين التوازن الديناميكي على ساق واحدة وتقليل الجانبية في تنشيط العضلات وقوة FC بين مناطق الدماغ، مما يشير إلى تحسين التنسيق العصبي العضلي وتناسق الدماغ.
تسلط الدراسة الضوء على أن أنماط الحركة الفريدة لـ TCC والانخراط الإدراكي أثناء الممارسة تؤدي إلى تحسينات أكبر في التوازن وEF مقارنة بـ BW. من المحتمل أن يساهم تركيز TCC على التنسيق، والإحساس الحركي، والتكامل الإدراكي الحركي في تأثيراته المتفوقة على وظيفة الدماغ وثبات التوازن. تشير النتائج إلى أن TCC لا يحسن القدرات البدنية فحسب، بل يعزز أيضًا القابلية العصبية والاتصال، مما يجعله تدخلًا مفيدًا لتحسين جودة الحياة لدى كبار السن. بالمقابل، لم يحقق BW، رغم فعاليته في بعض جوانب الوظيفة الإدراكية والبدنية، نفس مستوى التحسين في التوازن وتناسق الدماغ كما فعل TCC.
القيود
تسلط قيود هذه الدراسة الضوء على عدة مجالات للبحث المستقبلي. من الجدير بالذكر أن التحقيق لم يميز بين آثار تدخلات التمارين عبر مجموعات عمرية مختلفة بين كبار السن، مما قد يؤدي إلى استجابات مختلفة. يجب أن تهدف الدراسات المستقبلية إلى استكشاف هذه الاختلافات المرتبطة بالعمر لتوفير فهم أكثر دقة لتأثيرات التمارين.
بالإضافة إلى ذلك، قد تظهر الطرق المستخدمة لقياس الاتصال الوظيفي للدماغ (FC) تباينًا في الحساسية والخصوصية بين الأفراد، مما قد يهدد دقة النتائج. لمعالجة ذلك، يمكن أن تستفيد الأبحاث المستقبلية من دمج بيانات الشبكة الوظيفية الديناميكية للدماغ التي تم جمعها عبر طيف الأشعة تحت الحمراء القريب الوظيفي (fNIRS) خلال الحالات النشطة مع بيانات الحالة الراحة من تقنيات التصوير العصبي عالية الدقة، مثل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI). سيسهل هذا النهج المدمج تحليلًا أكثر شمولاً لتدخلات التمارين على الشبكات الدماغية والمرونة العصبية. علاوة على ذلك، سيسمح تمديد مدة فترات التدخل في الدراسات المستقبلية بتقييم شامل للتأثيرات طويلة الأمد للتمارين على وظيفة الدماغ.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-93321-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40195410
Publication Date: 2025-04-07
Author(s): Xiangyuan Chen et al.
Primary Topic: Balance, Gait, and Falls Prevention
Overview
This study investigates the effects of a 9-week Tai Chi Chuan (TCC) training program on executive function (EF), bilateral lower limb muscle activation symmetry, single-leg dynamic balance, and brain functional connectivity (FC) strength in older adults. Previous research has established the benefits of TCC for balance and cognitive function, but the specific mechanisms underlying these improvements remain underexplored. The findings indicate that participants in the TCC group exhibited significant enhancements in the Y-balance Test (YBT), demonstrating improved symmetry in single-leg dynamic balance and reduced laterality in lower limb muscle activation. Additionally, TCC training was associated with strengthened FC among relevant brain regions during YBT performance, as well as reduced laterality in average brain FC strength between tasks.
The results further revealed that TCC training led to a significant decrease in reaction time during EF tasks and an increase in oxygenated hemoglobin concentration in the prefrontal cortex. Compared to brisk walking (BW), TCC was found to be more effective in enhancing neuromuscular function, suggesting that its multisensory integration training model fosters improved coordination and brain network collaboration. Overall, the study concludes that TCC significantly enhances dynamic balance, neuromuscular coordination, and FC symmetry in older adults, promoting motor control and task performance. These improvements may be linked to TCC’s positive effects on gray matter (GM) and white matter (WM) volumes, indicating enhanced neural adaptability and the formation of new neural connections related to motor control. Thus, TCC emerges as a valuable exercise intervention for improving the quality of life in older adults.
Methods
The study employed a double-blind design to ensure objectivity in evaluating the effects of two physical training interventions—Tai Chi Chuan (TCC) and Brisk Walking (BW)—on cognitive and physical functions in elderly participants. One week prior to the intervention, participants underwent baseline assessments, including the Montreal Cognitive Assessment (MoCA) for cognitive screening and the International Physical Activity Questionnaire-Short Form (IPAQ-SF) to evaluate their physical activity levels. The training sessions, conducted five times a week over nine weeks, required participants to maintain a training intensity of 60-70% of their maximum heart rate, calculated as $220 – \text{age}$.
The TCC group practiced a 24-form simplified TCC regimen under professional guidance, while the BW group engaged in walking sessions adjusted for speed and intensity by a coach. Each session began with a 5-minute warm-up, followed by 30-40 minutes of the respective training, and concluded with relaxation exercises. To ensure consistency and minimize measurement errors, all assessments were conducted by the same evaluator, and participants were instructed to avoid regular physical exercise and maintain their usual dietary habits throughout the study. The intervention’s design was informed by previous research indicating that a nine-week training period is sufficient to yield significant improvements in both physical and cognitive health among older adults.
Results
The results of the study indicate significant differences in performance and muscle activation during the Y-Balance Test (YBT) across different groups. In the right leg stance, a two-way ANOVA revealed a significant difference in the composite score (CS) among the groups (F group = 5.118, P = 0.007), with post-hoc comparisons showing that the TCC group outperformed the control group (P < 0.05). Similar findings were observed for the left leg stance (F group = 6.588, P = 0.002), where both the TCC and BW groups demonstrated significant improvements in CS compared to the control group. Notably, significant interaction effects were found between group and time for both legs, indicating that the TCC and BW groups improved from pre-test to post-test (F group*time = 4.706, P = 0.01). Additionally, the analysis of normalized integrated electromyography (iEMG) values revealed significant differences in muscle activation patterns. For the right supporting leg, the TCC group exhibited higher normalized iEMG values for the vastus lateralis (VL) compared to the control group (P = 0.049), and significant differences were also noted for the biceps femoris (BF) (F group = 8.004, P = 0.001). The left leg stance showed similar trends, with significant increases in normalized iEMG values for the VL in the TCC group (P = 0.008). Furthermore, the coordination index (CCI) results indicated significant improvements in both legs for the TCC group compared to the control group (F group = 9.315, P = 0.001 for the right leg; F group = 7.483, P = 0.001 for the left leg). In terms of brain activity, the study assessed changes in hemoglobin oxygenation (HbO) concentration in the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) during cognitive tasks. While no significant differences were found among groups in the Stroop task, a significant increase in HbO concentration was observed in the DLPFC for the TCC group from pre-test to post-test (F time = 4.053, P = 0.046). The functional connectivity (FC) analysis revealed significant increases in FC strength between several brain regions during the YBT, particularly for the TCC group, indicating enhanced neural coordination associated with improved balance performance. Overall, these findings suggest that the TCC intervention positively influences both physical performance and neural activation patterns during balance tasks.
Discussion
The study examined the effects of a 9-week Tai Chi Chuan (TCC) and Body Weight (BW) training program on executive function (EF), single-leg dynamic balance, muscle activation symmetry, and functional connectivity (FC) in older adults. A total of 90 participants were randomly assigned to three groups: TCC, BW, and a control group. Key findings indicated that the TCC group showed significant reductions in reaction times (RTs) in both the Stroop and 2-back tasks, alongside increased activation in the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC). The BW group also demonstrated improved RTs in the 2-back task but did not show significant changes in inhibitory control tasks compared to TCC. Furthermore, TCC training resulted in enhanced single-leg dynamic balance and reduced laterality in muscle activation and FC strength between brain regions, suggesting improved neuromuscular coordination and brain symmetry.
The study highlights that TCC’s unique movement patterns and cognitive engagement during practice lead to greater enhancements in balance and EF compared to BW. TCC’s emphasis on coordination, proprioception, and cognitive-motor integration likely contributes to its superior effects on brain function and balance stability. The findings suggest that TCC not only improves physical capabilities but also fosters neural adaptability and connectivity, making it a beneficial intervention for enhancing the quality of life in older adults. In contrast, BW, while effective for some aspects of cognitive and physical function, did not achieve the same level of improvement in balance and brain symmetry as TCC.
Limitations
The limitations of this study highlight several areas for future research. Notably, the investigation did not differentiate the effects of exercise interventions across various age groups among older adults, which may yield differing responses. Future studies should aim to explore these age-related variations to provide a more nuanced understanding of exercise impacts.
Additionally, the methods employed to measure brain functional connectivity (FC) may exhibit variability in sensitivity and specificity among individuals, potentially compromising result accuracy. To address this, future research could benefit from integrating dynamic brain functional network data collected via functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) during active states with resting-state data from higher-resolution neuroimaging techniques, such as functional magnetic resonance imaging (fMRI). This combined approach would facilitate a more comprehensive analysis of exercise interventions on brain networks and neural plasticity. Furthermore, extending the duration of intervention periods in future studies would allow for a thorough evaluation of the long-term effects of exercise on brain function.