DOI: https://doi.org/10.3389/fnhum.2025.1709436
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41601608
تاريخ النشر: 2026-01-12
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: البحث في طب الأسنان وكوفيد-19
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تأثير تدريب المحاكاة اللمسية للواقع الافتراضي ثلاثي الأبعاد (3DVR) على الشبكات المعرفية في التعليم السني، وبشكل خاص في علاج جذور الأسنان. شملت الدراسة خمسة عشر طالبًا في طب الأسنان خضعوا لجلسة تدريب مدتها ساعة واحدة، وتم تقييم الاتصال الدماغي من خلال تخطيط الدماغ الكمي القياسي (qEEG) باستخدام طريقة swLORETA. لوحظت تغييرات كبيرة في نشاط الدماغ في نطاق تردد بيتا (18-24 هرتز)، وخاصة في المنطقة الجبهية اليسرى الجانبية، والجزيرة اليسرى، الحصين، وقشرة الزمن الوسطى القاعدية. أظهرت التقييمات النفسية العصبية، وبشكل خاص اختبار صنع المسارات (TMT)، تحسينًا في أداء الوظائف التنفيذية بعد التدريب، مع اختلافات ذات دلالة إحصائية (p < 0.05) في متوسط الوقت والدرجات. تشير النتائج إلى أن تدريب 3DVR-اللمسي يشرك بفعالية الأنماط المعرفية المتعلقة بالوظائف التنفيذية، والانتباه، والذاكرة، مما يبرز إمكانيته كأداة تعليمية مبتكرة في المناهج الدراسية لطب الأسنان. تؤكد الدراسة على فائدة swLORETA qEEG كنهج موضوعي جديد لقياس التغيرات المعرفية، مقدمة مزايا على تقنيات التصوير العصبي التقليدية مثل fMRI. تمهد هذه الدراسة التجريبية الطريق لأبحاث مستقبلية حول دمج محاكيات 3DVR-اللمسية في التعليم السني، داعية إلى استكشاف أعمق لتأثيراتها المعرفية والسلوكية ضمن الأطر الأكاديمية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التكامل المتزايد لتقنيات الواقع المعزز (AR)، والواقع الافتراضي (VR)، والواقع المختلط (MR) في التعليم، وخاصة في تعزيز تجارب التعلم. لقد أظهرت هذه التقنيات تحسين المهارات الحركية الدقيقة والمهارات النفسية الحركية، وتقليل القلق، وتعزيز الثقة بين المتعلمين. يوفر تدريب الواقع الافتراضي تجارب غامرة تعزز العمليات المعرفية، مما يسمح بالتدريب المتكرر على السيناريوهات التدريبية ودمج أفضل بين النظرية والممارسة. علاوة على ذلك، تشير الاستطلاعات إلى أن طلاب طب الأسنان يرون أن تدريب المحاكاة بالواقع الافتراضي مفيد للتحفيز، والتفكير النقدي، ومهارات اتخاذ القرار، بينما يسمح أيضًا بالتعلم بدون مخاطر من الأخطاء.
على الرغم من مزايا تقنيات الواقع الافتراضي، لا يزال التكامل في المناهج التعليمية غير مستكشف بشكل كاف، مع وجود أسئلة كبيرة حول فعاليتها مقارنة بأساليب التدريب التقليدية. تعتبر نقص طرق التقييم الموحدة لتقييم التأثيرات المعرفية لتدريب الواقع الافتراضي عائقًا رئيسيًا. تركز طرق التقييم الحالية بشكل أساسي على المهارات النفسية الحركية ومستويات المعالجة المعرفية، لكنها تكافح لتقييم الأنماط المعرفية المعقدة بفعالية. تقترح المقدمة أن تقنيات التصوير العصبي المتقدمة، مثل swLORETA qEEG، يمكن أن توفر رؤى قيمة حول استجابات الدماغ أثناء تدريب الواقع الافتراضي، مما يوفر تقييمًا أكثر موضوعية للعمليات المعرفية وقد يساعد في سد الفجوة البحثية بين الأساليب التعليمية التقليدية وتلك المعتمدة على التكنولوجيا.
طرق البحث
استخدمت الدراسة تصميمًا تجريبيًا تدخلًا لمجموعة واحدة قبل وبعد الاختبار لتقييم تأثير تدريب المحاكاة اللمسية للواقع الافتراضي ثلاثي الأبعاد (3DVR) على مهارات طلاب طب الأسنان ووظائفهم المعرفية. شارك ما مجموعه 15 طالبًا في السنة الرابعة والخامسة (7 نساء و8 رجال) بعد اختيارهم عشوائيًا من مجموعة أولية تضم 30 طالبًا. كانت معايير الإدراج تتطلب المشاركة الطوعية، وحالة السنة الأولى في طب الأسنان، وعدم وجود تدريب سابق مع محاكي 3DVR-اللمسي، بينما تضمنت معايير الاستبعاد تاريخًا من الأمراض العصبية واستخدام الأدوية مؤخرًا. شمل التدريب إعداد ثمانية تجاويف وصول لعلاج جذور الأسنان، وتم تقييم أداء المشاركين بناءً على الوقت الجراحي، ووقت الحفر، والدقة، ودرجات المحاكي.
تم جمع تسجيلات تخطيط الدماغ (EEG) من 19 موقعًا على فروة الرأس قبل وبعد جلسة تدريب واقع افتراضي مدتها ساعة واحدة لمراقبة التغيرات في نشاط الدماغ. تم تحليل البيانات باستخدام برنامج Neuroguide وطريقة swLORETA، مع التركيز على مؤشرات كهربائية فسيولوجية مختلفة عبر نطاقات التردد. بالإضافة إلى ذلك، أكمل المشاركون اختبار صنع المسارات (TMT A وB) لتقييم الوظائف التنفيذية، مع مقاييس تشمل وقت الإنجاز ومعدلات الأخطاء. تم إجراء التحليلات الإحصائية باستخدام منصة NeuroNavigator، التي دمجت معالجة البيانات والتصور، مما يضمن الدقة في تحديد الفروق المهمة قبل وبعد التدريب عند مستوى دلالة α = 0.05. تم إجراء إحصائيات وصفية لمقارنة نتائج TMT، مما يوفر رؤى حول التأثيرات المعرفية لتدريب الواقع الافتراضي على التحكم التنفيذي وسرعة المعالجة.
النتائج
تشير نتائج دراسة التصوير العصبي swLORETA qEEG إلى زيادة كبيرة في كل من القوة الطيفية المطلقة والنسبية عبر مناطق الدماغ المختلفة بعد إعداد تجويف لعلاج جذور الأسنان في بيئة واقع افتراضي (VR). بشكل ملحوظ، لوحظت أكبر التغييرات في نشاط الدماغ في نطاق تردد بيتا (18-24 هرتز)، وخاصة في المنطقة الجبهية اليسرى الجانبية، التي تشمل مناطق برودمان 10، 44، 45، 46، و47، بالإضافة إلى الجزيرة اليسرى والحصين. لوحظت تغييرات كبيرة إضافية في المناطق الزمنية القشرية الوسطى اليمنى واليسرى والمخيخ الأيمن، مما يبرز مشاركة هذه المناطق في الوظائف التنفيذية، والانتباه، والذاكرة.
علاوة على ذلك، كشفت الدراسة عن تحسينات ذات دلالة إحصائية في الاتصال الوظيفي والفعال داخل الشبكات العصبية المرتبطة بالوظائف التنفيذية، والانتباه، ومعالجة المكافآت بعد تدريب الواقع الافتراضي. أظهر التحليل زيادة ملحوظة في الاتصال وتبادل المعلومات بين مناطق الدماغ المعنية بشبكة الوظائف التنفيذية، وشبكة الانتباه البطنية، وشبكة الانتباه العاطفي، وشبكة المكافآت. ارتبطت التغيرات الكهربائية الموضوعية بتحسين الأداء النفسي العصبي، كما يتضح من الانخفاضات الكبيرة في أوقات الإنجاز لاختبار صنع المسارات (TMT) A وB، مما يدل على تحسين المرونة المعرفية والتحكم التنفيذي. تؤكد النتائج على فعالية تدريب الواقع الافتراضي في تسهيل التحسينات المعرفية، مع دلالة إحصائية (p < 0.05) لوحظت في كلا تقييمات TMT.
المناقشة
تبحث الدراسة الحالية في تأثير تدريب المحاكاة اللمسية للواقع الافتراضي ثلاثي الأبعاد (3DVR) على الشبكات المعرفية الوظيفية في علاج جذور الأسنان، باستخدام تصوير swLORETA qEEG. على الرغم من الاستخدام المتزايد لمحاكيات الواقع الافتراضي-اللمسية في التعليم الصحي، لا تزال الآليات التي يؤثر بها الواقع الافتراضي على الشبكات المعرفية غير مفهومة جيدًا. تسلط الدراسة الضوء على قيود المقاييس النفسية العصبية التقليدية في تقييم الوظائف المعرفية والسلوكية، وخاصة في السيناريوهات الواقعية، وتؤكد على الحاجة إلى تقنيات التصوير العصبي للتحقق من النتائج. تشير النتائج إلى تنشيط كبير في مناطق الدماغ الرئيسية، بما في ذلك القشرة الجبهية الجانبية والقشرة الحوفية، المرتبطة بالوظائف التنفيذية، والانتباه، والذاكرة. بشكل ملحوظ، تكشف الدراسة أن تدريب الواقع الافتراضي يعزز المهارات المعرفية مثل الاحتفاظ بالانتباه والمرونة المعرفية، بينما تشير أيضًا إلى أن الدماغ يدرك الواقع الافتراضي كتجربة داخلية بدلاً من كائن خارجي.
علاوة على ذلك، تشير النتائج إلى أن تدريب 3DVR يؤثر بشكل إيجابي على الاتصال الوظيفي داخل الشبكات المتصلة الداخلية، وخاصة تلك المعنية بالتحكم البصري المعرفي والوظائف التنفيذية. تعترف الدراسة بحدودها، بما في ذلك حجم العينة الصغيرة والقيود المنهجية، لكنها تؤكد على دورها الرائد في استكشاف تأثيرات تدريب الواقع الافتراضي على الهياكل الدماغية المعرفية. يُوصى بدمج طرق محاكاة 3DVR في المناهج التعليمية، حيث تقدم نهجًا جديدًا لتعزيز المهارات المعرفية في التعليم السني. يُشجع على إجراء أبحاث مستقبلية للتحقيق بشكل أكبر في تداعيات هذه النتائج ولتطوير نماذج تعلم شخصية تتضمن تدريب الواقع الافتراضي-اللمسي.
DOI: https://doi.org/10.3389/fnhum.2025.1709436
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41601608
Publication Date: 2026-01-12
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Dental Research and COVID-19
Overview
This research investigates the impact of 3D virtual reality (3DVR) haptic simulation training on cognitive networks in dental education, specifically in endodontics. The study involved fifteen dental students who underwent a one-hour training session, with brain connectivity assessed through standardized quantitative electroencephalography (qEEG) using the swLORETA method. Significant changes in brain activity were noted in the beta frequency range (18-24 Hz), particularly in the left frontal dorsolateral area, left insula, hippocampus, and mediobasal temporal cortex. Neuropsychological assessments, specifically the Trail Making Test (TMT), indicated improved executive function performance post-training, with statistically significant differences (p < 0.05) in average time and scores. The findings suggest that 3DVR-haptic training effectively engages cognitive modalities related to executive functions, attention, and memory, highlighting its potential as an innovative educational tool in dental curricula. The study emphasizes the utility of swLORETA qEEG as a novel, objective approach for measuring cognitive changes, offering advantages over traditional neuroimaging techniques like fMRI. This pilot study lays the groundwork for future research into the integration of 3DVR-haptic simulators in dental education, advocating for a deeper exploration of their cognitive and behavioral impacts within academic settings.
Introduction
The introduction highlights the growing integration of augmented reality (AR), virtual reality (VR), and mixed reality (MR) technologies in education, particularly in enhancing learning experiences. These technologies have been shown to improve manual dexterity and psychomotor skills, reduce anxiety, and foster confidence among learners. VR training offers immersive experiences that enhance cognitive processes, allowing for repeated practice of training scenarios and better integration of theory and practice. Furthermore, surveys indicate that dental students perceive VR simulation training as beneficial for motivation, critical thinking, and decision-making skills, while also allowing for risk-free learning from mistakes.
Despite the advantages of VR technologies, the integration into educational curricula remains underexplored, with significant questions about their efficacy compared to traditional training methods. A major barrier is the lack of standardized assessment methods to evaluate the cognitive effects of VR training. Current evaluation methods primarily focus on psychomotor skills and cognitive processing levels, but they struggle to assess complex cognitive modalities effectively. The introduction suggests that advanced neuroimaging techniques, such as swLORETA qEEG, could provide valuable insights into brain responses during VR training, offering a more objective assessment of cognitive processes and potentially bridging the research gap between conventional and technology-based educational approaches.
Methods
The study employed a one-group pretest-posttest interventional experimental design to assess the effects of training with a 3D virtual reality (3DVR) haptic simulator on dental students’ skills and cognitive functions. A total of 15 fourth- and fifth-year dental students (7 women and 8 men) participated after being randomly selected from an initial pool of 30. Inclusion criteria mandated voluntary participation, first-year dentistry status, and no prior training with a 3DVR-haptic simulator, while exclusion criteria included a history of neurological disease and recent medication use. The training involved eight endodontic access cavity preparations, and participants’ performance was evaluated based on surgical time, drilling time, accuracy, and simulator scoring.
Electroencephalography (EEG) recordings were collected from 19 scalp locations before and after a one-hour VR training session to monitor changes in brain activity. The data were analyzed using the Neuroguide software and the swLORETA method, focusing on various electrophysiological markers across frequency bands. Additionally, participants completed the Trail Making Test (TMT A and B) to evaluate executive functions, with metrics including completion time and error rates. Statistical analyses were conducted using the NeuroNavigator platform, which integrated data processing and visualization, ensuring accuracy in identifying significant differences pre- and post-training at a significance level of α = 0.05. Descriptive statistics were performed to compare TMT results, providing insights into the cognitive effects of the VR training on executive control and processing speed.
Results
The results of the neuroimaging swLORETA qEEG study indicate a significant increase in both absolute and relative spectral power across various brain regions following the preparation of an endodontic cavity in a virtual reality (VR) environment. Notably, the most pronounced changes in brain activity were observed in the beta frequency range (18-24 Hz), particularly in the left frontal dorsolateral region, encompassing Brodmann areas 10, 44, 45, 46, and 47, as well as the left insula and hippocampus. Additional significant changes were noted in the right and left medial temporoparietal areas and the right cerebellum, highlighting the involvement of these regions in executive functions, attention, and memory.
Moreover, the study revealed statistically significant enhancements in functional and effective connectivity within neural networks associated with executive functions, attention, and reward processing following VR training. The analysis demonstrated a marked increase in connectivity and information exchange among brain areas involved in the Executive Function Network, Ventral Attention Network, Emotional Attention Network, and Reward Network. Objective electrophysiological changes correlated with improved neuropsychological performance, as evidenced by significant reductions in completion times for the Trail Making Test (TMT) A and B, indicating enhanced cognitive flexibility and executive control. The results underscore the efficacy of VR training in facilitating cognitive improvements, with statistical significance (p < 0.05) observed in both TMT assessments.
Discussion
The present study investigates the impact of 3D virtual reality (3DVR) haptic-based simulation training on functional brain cognitive networks in endodontics, utilizing swLORETA qEEG neuroimaging. Despite the increasing use of VR-haptic simulators in health education, the mechanisms by which VR influences cognitive networks remain poorly understood. The study highlights the limitations of traditional neuropsychological scales in assessing cognitive and behavioral functioning, particularly in real-world scenarios, and emphasizes the need for neuroimaging techniques to validate findings. The results indicate significant activation in key brain regions, including the dorsolateral prefrontal cortex and limbic lobe, which are associated with executive functions, attention, and memory. Notably, the study reveals that VR training enhances cognitive skills such as attention retention and cognitive flexibility, while also indicating that the brain perceives VR as an internal experience rather than an external object.
Furthermore, the findings suggest that 3DVR training positively influences functional connectivity within intrinsic connective networks, particularly those involved in cognitive visual control and executive functions. The study acknowledges its limitations, including a small sample size and methodological constraints, but asserts its pioneering role in exploring the effects of VR training on cognitive brain structures. The integration of 3DVR simulation methods into educational curricula is recommended, as it offers a novel approach to enhancing cognitive skills in dental education. Future research is encouraged to further investigate the implications of these findings and to refine personalized learning models that incorporate VR-haptic training.