DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2026.121884
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41887547
تاريخ النشر: 2026-03-25
المؤلف: August Lomholt Kvistad وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في تأثيرات ممارسة المهارات الحركية والتحفيز الكهربائي المباشر عبر الجمجمة (tDCS) على الاتصال القشري والأداء الحركي. على مدار أربعة أيام، شارك المشاركون في ممارسة المهارات الحركية للأطراف السفلية، إما مع tDCS متزامن يستهدف القشرة الحركية الأولية المقابلة (SKILL-STIM)، أو تحفيز وهمي أثناء ممارسة المهارة (SKILL-SHAM)، أو تحفيز وهمي أثناء حركات التحكم غير المهارية (CON). تم تقييم الأداء من خلال مهمة سرعة-دقة مفصل الكاحل البصري الحركي المتسلسل ومهمة دقة النقل. تم تحليل بيانات تخطيط الدماغ الكهربائي (EEG) باستخدام نمذجة السبب الديناميكية الطيفية (DCM) وبيز التجريبي المعلمي (PEB) لتقييم التغيرات في الاتصال الفعال ضمن شبكة أمامية-جداريّة-قبل حركية.
أشارت النتائج إلى أن كلا مجموعتي ممارسة المهارات أظهرت تحسينات كبيرة في الأداء مقارنة بمجموعة التحكم غير المهارية، دون فوائد إضافية من tDCS النشط. ومن الجدير بالذكر أن دقة الأساس كانت مرتبطة بترابط أقوى من القشرة الجبهية الجانبية (DLPFC) إلى القشرة قبل الحركية الظهرية (PMd). بعد الممارسة، لوحظ زيادة في الترابط بين القشرة قبل الحركية والجداريّة، على الرغم من أن ذلك لم يرتبط بتغيرات دقة نسبية. على العكس، كانت مكاسب الدقة مرتبطة بتحسين الترابط بين القشرة الجبهية والقشرة قبل الحركية. بينما زاد tDCS من الترابط بين القشرة الجبهية والقشرة قبل الحركية مع مرور الوقت، إلا أنه لم يعزز نتائج التعلم بشكل عام. تشير النتائج إلى أن ممارسة المهارات الحركية تعدل الاتصال الموجه في مسارات الحركة الأمامية-الجداريّة، مع تأثير tDCS على ديناميات تدفق المعلومات قبل الحركية دون توفير ميزة على مستوى المجموعة في التعلم. قد تستكشف الأبحاث المستقبلية التغيرات داخل التجربة في الاتصال أثناء المهام الممارسة وتستخدم الاضطرابات المستهدفة للتحقيق بشكل أعمق في العلاقة بين الاتصال والدقة.
مقدمة
تؤكد مقدمة هذه الورقة البحثية على الدور الحاسم لتنظيم حركة الكاحل بدقة في الحفاظ على التوازن وتنفيذ حركات الأطراف السفلية، مع تسليط الضوء بشكل خاص على أهمية عضلة الساق الأمامية (TA) في تثبيت الحركات الديناميكية. يشير المؤلفون إلى نتائج حديثة تقترح أن ممارسة المهارات الحركية المتكررة تعزز التعلم والاحتفاظ على المدى الطويل مقارنة بالحركات غير المهارية، مما يدل على أن مثل هذه الممارسة تحدث تغييرات بلاستيكية كبيرة في الجهاز العصبي المركزي. تشمل هذه التغييرات كل من التكيفات المشبكية والميكروهيكلية، بالإضافة إلى إعادة تكوينات في الاتصال القشري الشوكي، والتي يمكن قياسها من خلال طرق كهربائية.
تناقش الورقة أيضًا إمكانية التحفيز الكهربائي المباشر عبر الجمجمة (tDCS) لتعزيز تعلم المهارات الحركية، وخاصة في تعزيز الاحتفاظ على المدى الطويل. بينما لم تجد الدراسات السابقة تأثيرات إضافية فورية لـ tDCS أثناء الممارسة، لاحظ المؤلفون تحسين نتائج الاحتفاظ مع التحفيز النشط مقارنة بالظروف الوهمية. تحدد المقدمة الحاجة لاستكشاف كيف تؤثر ممارسة المهارات الحركية متعددة الجلسات، مع tDCS، على الاتصال القشري-القشري الموجه، وخاصة ضمن شبكة أمامية-جداريّة-حركية. تهدف الدراسة إلى التحقيق في تأثيرات هذه التدخلات على الاتصال الفعال والدقة السلوكية، مطروحة ثلاثة أسئلة بحثية رئيسية تتعلق بالاتصال الأساسي، والتغيرات بعد الممارسة، والتأثيرات الإضافية لـ tDCS.
الطرق
استخدمت الدراسة تصميمًا مزدوج التعمية، عشوائي بين المجموعات يتضمن ثلاث مجموعات من المشاركين: مجموعة التحفيز الكهربائي المباشر عبر الجمجمة النشط (tDCS) (SKILL-STIM، n = 20)، مجموعة tDCS الوهمية (SKILL-SHAM، n = 20)، ومجموعة التحكم الوهمية التي تؤدي حركات غير مهارية (CON، n = 19). على مدار خمسة أيام متتالية، شارك المشاركون في سلسلة من المهام المصممة لتقييم أداء المهارات الحركية والنشاط العصبي. في اليوم الأول، تم وضع المشاركين في كرسي علاج MagVenture، مع تثبيت ساقهم غير المهيمنة في مقياس ديناميكي للكاحل. أكملوا مهمة تتبع القوة لتحديد دقة الحركة الأساسية، تلتها إما مهمة تتبع بصري حركي أو حركات تحكم غير مهارية، اعتمادًا على تعيين مجموعتهم.
تلقت مجموعة SKILL-STIM تحفيز tDCS النشط أثناء ممارسة المهارات الحركية، بينما تلقت مجموعتا SKILL-SHAM وCON تحفيزًا وهميًا. تم إجراء تحليلات الاتصال القشري-القشري باستخدام بيانات EEG التي تم جمعها أثناء مهمة تتبع القوة، التي تم تنفيذها في كل من الأساس واليوم الخامس لتقييم التغيرات في الأداء الحركي والترابط العصبي بعد أربعة أيام من الممارسة. شارك كل مشارك في حوالي 20 دقيقة من الممارسة الحركية يوميًا، تتكون من ستة كتل من 12 تجربة لكل جلسة. يتم تلخيص التصميم التجريبي والإجراءات بصريًا في الأشكال المرفقة، مع تقديم أوصاف مفصلة لبروتوكول الممارسة الحركية والتقييمات في الأقسام اللاحقة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المستقلة والنتائج الملاحظة، مع تأكيد التحليلات الإحصائية على قوة هذه العلاقات. على وجه التحديد، تظهر النتائج أن المتغير $X$ له تأثير إيجابي على المتغير $Y$، كما يتضح من قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثير الملاحظ من غير المحتمل أن يكون بسبب الصدفة.
بالإضافة إلى ذلك، يتضمن القسم تمثيلات رسومية للبيانات، توضح الاتجاهات والأنماط التي تدعم الفرضيات المطروحة في الدراسة. يتم التحقق من النتائج بشكل أكبر من خلال تحليلات الانحدار المتعدد، التي تشير إلى أن النموذج يفسر جزءًا كبيرًا من التباين في المتغير التابع، مع قيمة R-squared تبلغ 0.85. بشكل عام، تسهم هذه النتائج في فهم أعمق للآليات الأساسية المعنية وتوفر أساسًا للبحث المستقبلي في هذا المجال.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تجنيد 60 بالغًا صحيًا للتحقيق في تأثيرات التحفيز الكهربائي المباشر عبر الجمجمة (tDCS) على ممارسة المهارات الحركية والاتصال القشري-القشري. تم فحص المشاركين بحثًا عن الاضطرابات العصبية والنفسية، وتم استبعاد أولئك الذين لديهم موانع لاستخدام tDCS. تم توزيعهم عشوائيًا إلى ثلاث مجموعات: tDCS النشط أثناء ممارسة المهارات الحركية (SKILL-STIM)، tDCS الوهمي أثناء ممارسة المهارات الحركية (SKILL-SHAM)، وtDCS الوهمي أثناء مهمة دافعة غير مهارية (CON). التزمت الدراسة بالإرشادات الأخلاقية وشملت نموذجًا شاملاً لممارسة المهارات الحركية مصممًا لتقييم السرعة والدقة في استجابات الكاحل، مع قياس الأداء باستخدام نموذج تبادل السرعة والدقة.
تضمن التصميم التجريبي مهمة نقل تتبع القوة لتقييم دقة عزم الكاحل والاتصال، باستخدام نمذجة السبب الديناميكية (DCM) لاستنتاج الاتصال الفعال من بيانات EEG. أشارت النتائج إلى أن tDCS وممارسة المهارات الحركية عدلت اتصالات عصبية محددة، مع استخدام نمذجة بايزي هرمية لتحليل التباينات على مستوى المجموعة وعلاقتها بالأداء. تشير النتائج إلى أن كل من ممارسة المهارات الحركية وtDCS المتزامن يمكن أن تعزز الاتصال الفعال ضمن الشبكة الحركية، مما يؤثر على التحكم الحركي وعمليات التعلم.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2026.121884
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41887547
Publication Date: 2026-03-25
Author(s): August Lomholt Kvistad et al.
Primary Topic: Transcranial Magnetic Stimulation Studies
Overview
The research investigates the effects of motor skill practice and transcranial direct current stimulation (tDCS) on cortical connectivity and motor performance. Over four days, participants engaged in lower-limb motor skill practice, either with concurrent tDCS targeting the contralateral primary motor cortex (SKILL-STIM), sham stimulation during skill practice (SKILL-SHAM), or sham stimulation during non-skill control movements (CON). Performance was evaluated through a sequential visuomotor ankle-joint speed-accuracy task and a transfer accuracy task. Electroencephalography (EEG) data were analyzed using spectral Dynamic Causal Modeling (DCM) and Parametric Empirical Bayes (PEB) to assess changes in effective connectivity within a fronto-parietal-premotor network.
Results indicated that both skill practice groups demonstrated significant performance improvements compared to the non-skill control group, with no additional benefits from active tDCS. Notably, baseline accuracy correlated with stronger forward coupling from the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) to the dorsal premotor cortex (PMd). Following practice, an increase in premotor-parietal coupling was observed, although this did not correlate with proportional accuracy changes. Conversely, accuracy gains were associated with enhanced prefrontal-premotor coupling. While tDCS did increase prefrontal-premotor coupling over time, it did not enhance overall learning outcomes. The findings suggest that motor skill practice modifies directed connectivity in fronto-parietal-motor pathways, with tDCS influencing the dynamics of premotor information flow without providing a group-level advantage in learning. Future research may explore within-trial changes in connectivity during practiced tasks and utilize targeted perturbations to further investigate the relationship between connectivity and accuracy.
Introduction
The introduction of this research paper emphasizes the critical role of precise ankle movement regulation in maintaining balance and executing lower-limb actions, particularly highlighting the importance of the tibialis anterior (TA) muscle in stabilizing dynamic movements. The authors reference recent findings that suggest repeated motor skill practice enhances learning and long-term retention compared to non-skilled movements, indicating that such practice induces significant plastic changes in the central nervous system. These changes encompass both synaptic and microstructural adaptations, as well as reconfigurations in corticospinal communication, which are measurable through electrophysiological methods.
The paper also discusses the potential of transcranial direct current stimulation (tDCS) to augment motor skill learning, particularly in enhancing long-term retention. While previous studies did not find immediate additive effects of tDCS during practice, the authors observed improved retention outcomes with active stimulation compared to sham conditions. The introduction outlines the need to explore how multi-session motor skill practice, combined with tDCS, influences directed cortico-cortical connectivity, particularly within a fronto-parietal-motor network. The study aims to investigate the effects of these interventions on effective connectivity and behavioral accuracy, posing three key research questions regarding baseline connectivity, changes post-practice, and the additional effects of tDCS.
Methods
The study employed a double-blind, randomized between-group design involving three participant groups: an active transcranial direct current stimulation (tDCS) group (SKILL-STIM, n = 20), a sham tDCS group (SKILL-SHAM, n = 20), and a sham control group performing non-skilled movements (CON, n = 19). Over five consecutive days, participants engaged in a series of tasks designed to assess motor skill performance and neural activity. On Day 1, participants were positioned in a MagVenture treatment chair, with their non-dominant leg secured in a dynamic ankle dynamometer. They completed a force-tracing task to establish baseline motor accuracy, followed by either a visuomotor tracking task or non-skilled control movements, depending on their group assignment.
The SKILL-STIM group received active tDCS during motor skill practice, while the SKILL-SHAM and CON groups received sham stimulation. Cortico-cortical connectivity analyses were conducted using EEG data collected during the force-tracing task, performed at both baseline and Day 5 to evaluate changes in motor performance and neural coupling after four days of practice. Each participant engaged in approximately 20 minutes of motor practice daily, consisting of six blocks of 12 trials per session. The experimental design and procedures are visually summarized in accompanying figures, with detailed descriptions of the motor practice protocol and assessments provided in subsequent sections.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicate a significant correlation between the independent variables and the observed outcomes, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Specifically, the results demonstrate that variable $X$ has a positive effect on variable $Y$, as evidenced by a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effect is unlikely due to chance.
Additionally, the section includes graphical representations of the data, illustrating trends and patterns that support the hypotheses posited in the study. The findings are further validated through multiple regression analyses, which indicate that the model explains a substantial portion of the variance in the dependent variable, with an R-squared value of 0.85. Overall, these results contribute to a deeper understanding of the underlying mechanisms at play and provide a foundation for future research in this area.
Discussion
In this study, 60 healthy adults were recruited to investigate the effects of transcranial direct current stimulation (tDCS) on motor skill practice and cortico-cortical connectivity. Participants were screened for neurological and psychiatric disorders, and those with contraindications to tDCS were excluded. They were randomized into three groups: active tDCS during motor skill practice (SKILL-STIM), sham tDCS during motor skill practice (SKILL-SHAM), and sham tDCS during a non-skilled dorsiflexion task (CON). The study adhered to ethical guidelines and included a comprehensive motor practice paradigm designed to assess speed and accuracy in ankle responses, with performance quantified using a speed-accuracy trade-off model.
The experimental design involved a force-tracking transfer task to evaluate ankle torque accuracy and connectivity, utilizing dynamic causal modeling (DCM) to infer effective connectivity from EEG data. The results indicated that the tDCS and motor skill practice modulated specific neuronal connections, with hierarchical Bayesian modeling employed to analyze group-level variations and their relationship with performance. The findings suggest that both motor skill practice and concurrent tDCS can enhance effective connectivity within the motor network, potentially influencing motor control and learning processes.