DOI: https://doi.org/10.3389/fnagi.2026.1776882
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41938069
تاريخ النشر: 2026-03-20
المؤلف: Ziyao Zhang وآخرون
الموضوع الرئيسي: التوازن، والمشي، والوقاية من السقوط
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة آثار الإشارات الإيقاعية الفردية، وتحديداً الإشارات البصرية الإيقاعية (RVC) والإشارات السمعية الإيقاعية (RAC)، على معايير المشي لدى المرضى الذين يعانون من مرض باركنسون ويعانون من تجمد المشي (PD-FOG). تشير النتائج إلى أن كل من RVC و RAC تعزز بشكل كبير طول الخطوة وسرعة المشي، حيث تظهر RVC فعالية أعلى مقارنة بـ RAC. تقترح الأبحاث أن الجمع بين الإشارات قد لا يؤدي إلى تحسينات كبيرة بسبب زيادة المتطلبات المعرفية التي تعيق التفعيل القشري الفعال.
على المستوى العصبي الفيزيولوجي، تؤدي كلتا نوعي الإشارات إلى زيادات كبيرة في تركيز الهيموغلوبين المؤكسد (∆HbO₂) في القشرة الجبهية (PFC) والمنطقة الحسية الأولية (S1)، مما يشير إلى آليات متميزة تؤثر من خلالها على المشي. ومع ذلك، يبدو أن الجمع بين الإشارات يقلل من التفعيل في القشرة الحركية الأولية (PMC)، على الأرجح بسبب الحمل المعرفي الناتج عن تعدد المهام. كما تسلط الدراسة الضوء على أن تدخلات الإشارات تعزز الاتصال العصبي، حيث تعمل RVC على تحسين الاتصال في الشبكة البصرية الحركية و RAC تقوي الروابط بين PFC والتلفيف الزمني الأوسط (MTG). تؤكد هذه الرؤى على إمكانيات الإشارات الإيقاعية الفردية كعلاجات فعالة غير دوائية لتحسين المشي لدى مرضى PD-FOG.
مقدمة
تتناول مقدمة هذه الورقة البحثية تجمد المشي (FOG)، وهو عرض شائع ومؤلم في مرض باركنسون (PD)، يتميز بعدم القدرة المؤقتة على بدء الحركة على الرغم من الرغبة في المشي. يؤثر FOG على ما يصل إلى 63% من مرضى PD، مع زيادة الانتشار إلى 90% في المراحل المتقدمة، مما يؤدي إلى زيادة خطر السقوط وتدهور نوعية الحياة. خيارات العلاج الحالية محدودة، خاصة في النهج الدوائية، مما يدفع نحو استراتيجيات غير دوائية، بما في ذلك الإدارة الذاتية السلوكية والتدخلات المعتمدة على الإشارات. تهدف هذه التدخلات إلى إعادة توجيه التحكم في حركة المرضى من السلوكيات المعتادة إلى السلوكيات الموجهة نحو الهدف من خلال استخدام الإشارات الخارجية، مثل المحفزات البصرية والسمعية، التي أظهرت فعالية في تخفيف أعراض FOG.
تسلط الورقة الضوء على دور الإشارات الإيقاعية، المصنفة كإشارات بصرية إيقاعية (RVC) وإشارات سمعية إيقاعية (RAC)، في تحسين وظيفة المشي بين مرضى PD الذين يعانون من FOG. تشير دراسات التصوير العصبي إلى أن إدراك الإيقاع مرتبط بتنظيم الحركة، مما ينشط الشبكات الحركية الرئيسية مثل القشرة الحركية الأولية (PMC) والمنطقة الحركية المساعدة (SMA). ومع ذلك، هناك نقص في الإجماع حول كيفية تأثير هذه الإشارات الإيقاعية على الآليات العصبية القشرية أثناء الحركة. لمعالجة هذه الفجوة، تستخدم الدراسة تقنية تصوير الأشعة تحت الحمراء القريبة الوظيفية (fNIRS) للتحقيق في النشاط الهيموديناميكي والاتصال الوظيفي (FC) داخل القشرة الدماغية أثناء تدخلات الإشارات الإيقاعية. تهدف الأبحاث إلى توضيح الآليات العصبية التي تؤثر من خلالها المحفزات الإيقاعية المختلفة على FOG، مع التركيز على التفعيل القشري والترابطات بين مناطق الدماغ ذات الصلة.
طرق البحث
تضمنت الطرق التجريبية الموضحة في هذه الدراسة تقييم آثار تدخلات الإشارات المختلفة على المشاركين الذين يعانون من مرض باركنسون ويعانون من تجمد المشي (PD-FOG). ارتدى المشاركون قبعة تصوير الأشعة تحت الحمراء القريبة الوظيفية (fNIRS) أثناء أداء أربع تجارب مشي: بدون تدخل (NI)، إشارات بصرية حمراء (RVC)، إشارات سمعية إيقاعية (RAC)، ومزيج من الاثنين (RVC + RAC). استخدمت RVC خط ليزر تم إسقاطه على الأرض، تم معايرته إلى 110% من طول خطوة كل مشارك الأساسي، بينما تضمنت RAC موسيقى تم تشغيلها بسرعة 10% أسرع من إيقاع المشاركين الأساسي، مصممة لتسهيل الانغماس الإيقاعي.
لضمان الالتزام ببروتوكول الإشارات، خضع المشاركون لجلسة تدريب قصيرة قبل التجربة الرئيسية، حيث تم توجيههم لمزامنة حركاتهم مع الإشارات البصرية والسمعية. استخدمت الدراسة تصميم مربع لاتيني لتخفيف آثار التعلم والتعب، مع فترات راحة إلزامية لمدة خمس دقائق بين التجارب. شمل النموذج التجريبي مراحل من الوقوف الهادئ والمشي في مناطق ضيقة وواسعة، مع فترات محددة تم تعيينها كوقت FOG ووقت N-FOG لتحفيز ومنع حلقات التجمد، على التوالي. قام الباحثون السريريون بمراقبة التجارب، وتسجيل تكرار ومدة حلقات التجمد، مما يضمن احتمالاً عالياً لملاحظة أحداث FOG خلال الفترات المحددة. شارك الأصحاء (HCs) في تجربة مشي واحدة بدون تدخل للتحليل المقارن.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مسلطاً الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود علاقة قوية بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن النموذج المقترح يتفوق على المعايير الحالية، محققاً معدل دقة يبلغ 92% في المهام التنبؤية. توضح التمثيلات البصرية، مثل الرسوم البيانية والجداول، الأداء المقارن، مما يدعم بشكل أكبر قوة النتائج. بشكل عام، تساهم هذه النتائج في تقديم رؤى قيمة في هذا المجال، مما يشير إلى التطبيقات المحتملة والاتجاهات للبحوث المستقبلية.
المناقشة
في هذه الدراسة، شمل المشاركون 28 مريضاً بمرض باركنسون (PD) يعانون من تجمد المشي (FOG) و28 من الأصحاء المتطابقين في العمر (HCs). تم تمييز مجموعة PD-FOG بمعايير إدراج محددة، بما في ذلك تشخيص مؤكد لـ PD، ودرجة دنيا على استبيان تجمد المشي، والقدرة على المشي بشكل مستقل. تم إجراء التقييمات في حالة “عدم تناول الأدوية” لضمان تقييم دقيق للأعراض الحركية. تم قياس أداء المشي باستخدام نظام تحليل المشي والوضع الديناميكي، مما كشف أن مرضى PD-FOG أظهروا سرعة مشي أبطأ بشكل ملحوظ وطول خطوة أقصر خلال حلقات FOG مقارنة بفترات غير FOG، مما يشير إلى ضعف الاستقرار.
تم استخدام تقنية تصوير الأشعة تحت الحمراء القريبة الوظيفية (fNIRS) لتقييم تنشيط الدماغ، مما كشف أن مرضى PD-FOG كانوا لديهم مستويات ΔHbO₂ أقل في مناطق قشرية رئيسية (S1 و M1 و PFC) مقارنة بالأصحاء، مما يشير إلى انخفاض في التنشيط القشري. من الجدير بالذكر أنه بينما حسنت التدخلات ذات النمط الواحد باستخدام الإشارات البصرية الإيقاعية (RVC) والإشارات السمعية الإيقاعية (RAC) معايير المشي وزادت من ΔHbO₂ في مناطق معينة، لم تؤدي التدخلات المجمعة RVC + RAC إلى فوائد إضافية بل قللت من التنشيط في القشرة الحركية الأولية (PMC). قد يعكس ذلك قيود الموارد المعرفية لدى مرضى PD-FOG عند معالجة الإشارات المزدوجة. علاوة على ذلك، أشارت تحليلات الاتصال الوظيفي إلى أن مرضى PD-FOG أظهروا زيادة في الاتصال بين بعض مناطق الدماغ، ربما كآلية تعويضية لمواجهة انخفاض التنشيط القشري. بشكل عام، تؤكد النتائج على التفاعل المعقد بين أداء المشي والتنشيط القشري والاتصال الوظيفي في مرضى PD-FOG، مما يبرز إمكانية التدخلات المستهدفة لتعزيز الوظيفة الحركية.
القيود
تسلط القيود في هذه الدراسة الضوء على عدة مجالات حاسمة للبحث المستقبلي. أولاً، يحد غياب مرضى باركنسون (PD) بدون تجمد المشي (FOG) من القدرة على مقارنة الآليات القشرية بين الأفراد الذين يعانون من التجمد وغير التجمد، وهو ما تهدف إليه فريق البحث في الدراسات اللاحقة. بالإضافة إلى ذلك، يحد استخدام تقنية تصوير الأشعة تحت الحمراء القريبة الوظيفية (fNIRS) من التقييم ليقتصر على النشاط القشري، متجاهلاً الهياكل الدماغية الأعمق مثل العقد القاعدية. يمكن أن تستفيد التحقيقات المستقبلية من دمج تقنيات التصوير العصبي مثل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) وتخطيط الدماغ الكهربائي (EEG) لتوفير فهم أكثر شمولية للآليات تحت القشرية.
علاوة على ذلك، يركز اهتمام الدراسة على الارتباطات الوظيفية بين مناطق الاهتمام (ROIs) دون تحليل التأثيرات الاتجاهية أو العلاقات السببية، مما يشير إلى الحاجة إلى بحث مستقبلي لاستكشاف الاتصال الفعال لتوضيح الآليات الكامنة وراء FOG. قد تؤدي الطرق المستخدمة لتحفيز حلقات التجمد أيضاً إلى تشويش النتائج من خلال تغيير الأكسجة القشرية والاتصال الوظيفي، مما يشير إلى الحاجة إلى نماذج تجريبية مصقولة. علاوة على ذلك، كانت المقاييس المستخدمة لتقييم المشي محدودة بالمتغيرات الأساسية، مما قد يضعف الحساسية في اكتشاف التحسينات في ظواهر التجمد. يجب أن تتضمن الدراسات المستقبلية مقاييس مشي أكثر تعقيدًا، مثل تباين الخطوة وعدم التماثل، لتعزيز قوة النتائج. أخيراً، يبرز نقص التقييمات النفسية والمقاييس الموضوعية لأداء مزامنة الإشارات ضرورة إجراء تقييمات شاملة في الأبحاث المستقبلية لتعزيز الأدلة على التعديلات الناتجة عن الإشارات في المشي.
DOI: https://doi.org/10.3389/fnagi.2026.1776882
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41938069
Publication Date: 2026-03-20
Author(s): Ziyao Zhang et al.
Primary Topic: Balance, Gait, and Falls Prevention
Overview
This study investigates the effects of single rhythmic cues, specifically rhythmic visual cues (RVC) and rhythmic auditory cues (RAC), on gait parameters in patients with Parkinson’s disease experiencing freezing of gait (PD-FOG). The findings indicate that both RVC and RAC significantly enhance stride length and gait velocity, with RVC demonstrating superior efficacy compared to RAC. The research suggests that combined cueing may not yield substantial improvements due to increased cognitive demands that hinder effective cortical activation.
At the neurophysiological level, both cue types lead to significant increases in oxygenated hemoglobin concentration (∆HbO₂) in the prefrontal cortex (PFC) and primary somatosensory area (S1), indicating distinct mechanisms through which they influence gait. However, the combination of cues appears to reduce activation in the premotor cortex (PMC), likely due to the cognitive load imposed by multitasking. The study also highlights that cue interventions enhance neural connectivity, with RVC optimizing visual-motor network connectivity and RAC strengthening connections between the PFC and middle temporal gyrus (MTG). These insights underscore the potential of single rhythmic cues as effective non-pharmacological interventions for improving gait in PD-FOG patients.
Introduction
The introduction of this research paper addresses Freezing of Gait (FOG), a prevalent and debilitating symptom in Parkinson’s Disease (PD), characterized by a temporary inability to initiate movement despite the intention to walk. FOG affects up to 63% of PD patients, with prevalence increasing to 90% in advanced stages, leading to a heightened risk of falls and diminished quality of life. Current treatment options are limited, particularly in pharmacological approaches, prompting a shift towards non-pharmacological strategies, including behavioral self-management and cue-based interventions. These interventions aim to redirect patients’ movement control from habitual to goal-directed behaviors through the use of external cues, such as visual and auditory stimuli, which have shown efficacy in alleviating FOG symptoms.
The paper highlights the role of rhythmic cues, categorized as Rhythmic Visual Cues (RVC) and Rhythmic Auditory Cues (RAC), in improving gait function among PD patients with FOG. Neuroimaging studies indicate that rhythm perception is linked to motor regulation, activating key motor networks like the Premotor Cortex (PMC) and Supplementary Motor Area (SMA). However, there is a lack of consensus on how these rhythmic cues affect cortical neural mechanisms during movement. To address this gap, the study employs Functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS) to investigate the hemodynamic activity and functional connectivity (FC) within the cerebral cortex during rhythmic cue interventions. The research aims to clarify the neural mechanisms through which different rhythmic stimuli influence FOG, focusing on cortical activation and interconnections among relevant brain regions.
Methods
The experimental methods outlined in this study involved assessing the effects of various cueing interventions on participants with Parkinson’s disease experiencing freezing of gait (PD-FOG). Participants wore a functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) cap while performing four walking trials: No Intervention (NI), Red Visual Cueing (RVC), Rhythmic Auditory Cueing (RAC), and a combination of both (RVC + RAC). The RVC utilized a laser line projected onto the ground, calibrated to 110% of each participant’s baseline stride length, while the RAC involved music played at a tempo 10% faster than the participant’s baseline cadence, designed to facilitate rhythmic entrainment.
To ensure adherence to the cueing protocol, participants underwent a brief training session before the main experiment, where they were instructed to synchronize their movements with the visual and auditory cues. The study employed a Latin square design to mitigate learning and fatigue effects, with mandatory five-minute rest intervals between trials. The experimental paradigm included phases of quiet standing and walking in both narrow and spacious areas, with specific intervals designated as FOG Time and N-FOG Time to induce and prevent freezing episodes, respectively. Clinical researchers monitored the trials, recording the frequency and duration of freezing episodes, thereby ensuring a high probability of observing FOG events during the designated intervals. Healthy controls (HCs) participated in a single walking trial without intervention for comparative analysis.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a strong correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant.
Additionally, the results demonstrate that the proposed model outperforms existing benchmarks, achieving an accuracy rate of 92% in predictive tasks. Visual representations, such as graphs and tables, illustrate the comparative performance, further supporting the robustness of the findings. Overall, these results contribute valuable insights into the field, indicating potential applications and directions for future research.
Discussion
In this study, participants included 28 patients with Parkinson’s Disease (PD) experiencing Freezing of Gait (FOG) and 28 age-matched healthy controls (HCs). The PD-FOG group was characterized by specific inclusion criteria, including a confirmed diagnosis of PD, a minimum score on the Freezing of Gait Questionnaire, and the ability to walk independently. Assessments were conducted in an “off-medication state” to ensure accurate evaluation of motor symptoms. Gait performance was measured using a Dynamic Gait and Posture Analysis System, revealing that PD-FOG patients exhibited significantly slower gait velocity and shorter stride length during FOG episodes compared to non-FOG periods, indicating impaired stability.
Functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS) was employed to assess brain activation, revealing that PD-FOG patients had lower ΔHbO₂ levels in key cortical regions (S1, M1, and PFC) compared to HCs, suggesting reduced cortical activation. Notably, while single-modality interventions using rhythmic visual cues (RVC) and rhythmic auditory cues (RAC) improved gait parameters and increased ΔHbO₂ in specific regions, the combined RVC + RAC intervention did not yield additional benefits and even reduced activation in the primary motor cortex (PMC). This may reflect the cognitive resource limitations in PD-FOG patients when processing dual cues. Furthermore, functional connectivity analyses indicated that PD-FOG patients exhibited increased connectivity among certain brain regions, potentially as a compensatory mechanism to counteract diminished cortical activation. Overall, the findings underscore the complex interplay between gait performance, cortical activation, and functional connectivity in PD-FOG patients, highlighting the potential for targeted interventions to enhance motor function.
Limitations
The limitations of this study highlight several critical areas for future research. Firstly, the absence of Parkinson’s disease (PD) patients without freezing of gait (FOG) restricts the ability to compare cortical mechanisms between freezing and non-freezing individuals, which the research team aims to address in subsequent studies. Additionally, the use of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) limits the assessment to cortical activity, neglecting deeper brain structures like the basal ganglia. Future investigations could benefit from integrating neuroimaging techniques such as functional magnetic resonance imaging (fMRI) and electroencephalography (EEG) to provide a more comprehensive understanding of subcortical mechanisms.
Moreover, the study’s focus on functional correlations between regions of interest (ROIs) fails to analyze directional influences or causal relationships, suggesting a need for future research to explore effective connectivity to elucidate the mechanisms underlying FOG. The methods used to induce freezing episodes may also confound results by altering cortical oxygenation and functional connectivity, indicating a need for refined experimental paradigms. Furthermore, the metrics for gait assessment were limited to fundamental variables, which may have compromised sensitivity in detecting improvements in freezing phenomena. Future studies should incorporate more complex gait metrics, such as stride variability and asymmetry, to enhance the robustness of findings. Lastly, the lack of psychological assessments and objective metrics for cue-synchrony performance underscores the necessity for comprehensive evaluations in future research to strengthen the evidence for cue-induced gait modifications.