DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-34860-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41545616
تاريخ النشر: 2026-01-16
المؤلف: Hao Xiong وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الاتصال الوظيفي في الدماغ
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة ارتباط النشاط بالاتصال في مناطق الاهتمام (ROIs) خلال مهمتين لتخيل البلع: تخيل البلع الناتج عن ملاحظة الحركة (AISI) وتخيل البلع غير الناتج (NISI). باستخدام بيانات التصوير المغناطيسي للدماغ من أربعة عشر مشاركًا شابًا صحيًا، قام الباحثون بإجراء تحليل زمني ترددي لتقييم نشاط ROIs واستخدموا قيم قفل الطور التخيلي المصححة لبناء شبكات وظيفية في الدماغ. تم تحليل العلاقة بين النشاط والاتصال من خلال معاملات بيرسون، وتصنيف العقد إلى أربعة أنواع: المحاور الساخنة، والنقاط الساخنة غير المحورية، والمحاور الباردة، والنقاط الباردة غير المحورية. بالإضافة إلى ذلك، تم تحديد وتحليل الشبكات الوظيفية المظلمة، التي تتكون من المحاور الباردة.
تشير النتائج إلى أن كلا المهمتين أظهرتا علاقات إيجابية بين النشاط والاتصال، على الرغم من أن قوة الارتباط كانت أقل من مستوى معتدل (<0.6). من الجدير بالذكر أن هناك تفعيلًا محدودًا للمحاور الساخنة في كلا المهمتين. أظهرت مهمة AISI زيادة كبيرة في أنماط الاتصال معينة مقارنة بـ NISI. تشير النتائج إلى أن المناطق ذات النشاط العالي لا تتوافق بالضرورة مع الاتصال العالي، مما يبرز تعقيد الشبكات الوظيفية في الدماغ خلال مهام تخيل البلع. تقدم الدراسة رؤى حول أنماط تجنيد هذه الشبكات، مما يبرز الأدوار المتميزة لأنواع المحاور المختلفة عبر نصفي الكرة المخية.
مقدمة
تستعرض المقدمة أهمية ملاحظة الحركة وتخيل الحركة كاستراتيجيات إعادة تأهيل لاضطرابات الحركة، لا سيما في تعزيز أداء البلع من خلال تنشيط مناطق الدماغ الرئيسية المرتبطة بهذا السلوك الحسي الحركي المعقد. تشارك هذه التقنيات “النقاط الساخنة”، أو المناطق النشطة للغاية، وتحسن الاتصال الوظيفي داخل شبكة تشمل القشرة الحسية الحركية الثنائية. تظل العلاقة بين نشاط الدماغ والاتصال الوظيفي، لا سيما في سياق البلع، غير مستكشفة بشكل كافٍ، مما يثير الحاجة إلى مزيد من التحقيق في كيفية تفاعل هذه الديناميكيات.
تهدف الدراسة إلى معالجة هذه الفجوة من خلال استخدام تخيل البلع غير الناتج (NISI) ومهام تخيل البلع الناتج عن ملاحظة الحركة (AISI)، مستفيدة من التصوير المغناطيسي للدماغ (MEG) لتسجيل النشاط العصبي. يفترض المؤلفون أن النقاط الساخنة والمحاور – التي تُعرف بأنها مناطق الدماغ النشطة للغاية والمترابطة للغاية، على التوالي – ستوزع في مناطق متميزة خلال هذه المهام. علاوة على ذلك، يتوقعون أن تعزز AISI تجنيد كل من النقاط الساخنة والمحاور مقارنة بـ NISI، مما يؤدي إلى عدد أكبر من مناطق الدماغ النشطة والمترابطة. تسعى هذه الأبحاث إلى تقديم رؤى جديدة حول أنماط تنشيط الشبكات الوظيفية في الدماغ خلال مهام البلع، مما يساهم في فهم التحكم الحركي واستراتيجيات إعادة التأهيل.
طرق البحث
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون نموذجًا تجريبيًا يتضمن مهمتين للتحقيق في تخيل البلع. كانت المهمة الأولى، المسماة تخيل البلع غير الناتج (NISI)، تتضمن إكمال المشاركين لكتلتين من 20 تجربة لكل منهما، مع فترة راحة مدتها 5 دقائق بين الكتل. خلال مهمة NISI، تم توجيه المشاركين للراحة ومشاهدة صورة لمدة 6 ثوانٍ، تليها إشارة باللغة الصينية تشير إلى بدء مهمة التخيل، والتي تم تمثيلها بصورة “جاهز للبدء” عرضت لمدة 3 ثوانٍ. بعد ذلك، تم عرض رمز “+” رمادي لمدة 10 ثوانٍ، حيث تم توجيه المشاركين للانخراط في تخيل البلع.
كانت المهمة الثانية، تخيل البلع الناتج عن ملاحظة الحركة (AISI)، مصممة لتقييم تأثير ملاحظة حركات البلع على عمليات التخيل لدى المشاركين. بينما لم يتم تقديم تفاصيل هذه المهمة في المقتطف، تشير المنهجية إلى نهج منظم لفحص العمليات المعرفية المعنية في تخيل البلع، مما يسلط الضوء على الاختلافات المحتملة بين الظروف غير الناتجة وظروف ملاحظة الحركة. قد تسهم النتائج من هذه المهام في فهم أعمق للآليات العصبية والمعرفية الكامنة وراء تخيل البلع.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد الدراسة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن التدخل أدى إلى تحسين قابل للقياس في المتغير التابع، مع حساب حجم التأثير عند $d = 0.8$، مما يشير إلى تأثير كبير.
علاوة على ذلك، كشف التحليل أن العوامل الديموغرافية، مثل العمر ومستوى التعليم، قد أثرت على العلاقة بين المتغيرات المستقلة والتابعة. على وجه التحديد، أظهر المشاركون الأصغر سنًا استجابة أقوى للتدخل مقارنة بالمشاركين الأكبر سنًا. تؤكد هذه النتائج على أهمية مراعاة المتغيرات الديموغرافية في الأبحاث المستقبلية وتقترح طرقًا محتملة للتدخلات المستهدفة.
المناقشة
في هذه الدراسة، بحثنا في الآليات العصبية الكامنة وراء تخيل البلع غير الناتج وتخيل البلع الناتج عن ملاحظة الحركة في مجموعة من أربعة عشر مشاركًا شابًا صحيًا. كشفت نتائجنا عن ثلاث رؤى رئيسية: أولاً، لا يتوافق النشاط العالي في مناطق الاهتمام (ROIs) بالضرورة مع الاتصال العالي، مما يدل على تنوع وظيفي بين مناطق المحاور؛ ثانيًا، أدت مهمة تخيل البلع الناتج عن ملاحظة الحركة (AISI) إلى زيادة تنشيط النقاط الساخنة غير المحورية داخل النظام البصري وزيادة وجود المحاور الباردة في أنظمة وظيفية مختلفة؛ وثالثًا، عززت AISI تجنيد كل من شبكة النقاط الساخنة والشبكة الوظيفية المظلمة، مع التركيز أكثر على المناطق المتعلقة بالبلع وتحسين الاتصال الوظيفي عبر نصفي الكرة المخية.
سلط التحليل الضوء على انفصال واضح بين شبكة النقاط الساخنة، التي تتميز بنشاط عالٍ واتصال، والشبكة الوظيفية المظلمة، التي تتكون من محاور باردة ذات نشاط منخفض ولكن اتصال عالي. يشير هذا الفصل إلى أنه بينما تشارك شبكة النقاط الساخنة في استراتيجيات التخيل البصري، تدعم الشبكة الوظيفية المظلمة المعالجة المعرفية ودمج المعلومات الحسية. من الجدير بالذكر أن مهمة AISI أظهرت توزيعًا أوسع لمناطق الاهتمام النشطة وزيادة الاتصال، لا سيما في الفصوص الجبهية، مما يشير إلى أن ملاحظة الحركة قد تهيئ وتعزز فعالية تخيل البلع. هذه الرؤى لها آثار محتملة على التدخلات العلاجية التي تهدف إلى تحسين وظيفة البلع لدى الأفراد الذين يعانون من إصابات في الدماغ، مما يبرز أهمية كل من النشاط والاتصال في فهم وظيفة الدماغ خلال المهام المعقدة.
القيود
تستعرض هذه القسم قيود الدراسة، مع التركيز على التركيز الضيق على ارتباط النشاط بالاتصال ضمن نطاقات التردد ألفا وبيتا. تم إبلاغ هذا الاختيار من خلال بروز الاضطرابات الطيفية المرتبطة بالحدث (ERSPs) في هذه النطاقات، ومع ذلك، فإنه يشير إلى الحاجة إلى مزيد من البحث لاستكشاف مجموعة أوسع من نطاقات التردد لتعزيز فهم هذه العلاقات. بالإضافة إلى ذلك، فإن حجم العينة الصغيرة للدراسة، المحدودة بالشباب الأصحاء، يثير القلق بشأن إمكانية تعميم النتائج على مجموعات سكانية أخرى.
يشير المؤلفون إلى أنه بينما يُعتقد أن طريقة تقدير الحد الأدنى الموزون (WMNE) المستخدمة في الدراسة توفر تقديرات مصدر أكثر دقة من طريقة المولد الشعاعي، فإن احتمال تسرب الإشارة لا يزال مصدر قلق. كما استخدموا قيمة قفل الطور التخيلي المصححة (ciPLV) لتقييم التزامن بين مناطق الاهتمام (ROIs). على الرغم من هذه القيود، تسهم الدراسة في تقديم رؤى قيمة حول طرق البحث المتعلقة بالنشاط والاتصال وتقترح اتجاهات مستقبلية، بما في ذلك استكشاف تقنيات تقدير التزامن البديلة، مثل إجراءات التماثل المتعامدة، ورسم خرائط التفاعل في فضاء المصدر الكامل، واستخدام إنترتيبي نقل الطور لتحليل تدفق المعلومات في الشبكات العصبية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-34860-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41545616
Publication Date: 2026-01-16
Author(s): Hao Xiong et al.
Primary Topic: Functional Brain Connectivity Studies
Overview
This study investigates the activity-connectivity coupling of regions of interest (ROIs) during two swallowing imagery tasks: action observation-induced swallowing imagery (AISI) and non-induced swallowing imagery (NISI). Using magnetoencephalography data from fourteen healthy young participants, the researchers performed time-frequency analysis to assess ROI activity and employed corrected imaginary phase locking values to construct brain functional networks. The correlation between activity and connectivity was analyzed through Pearson coefficients, categorizing nodes into four types: hot hubs, nonhub hotspots, cold hubs, and nonhub cold spots. Additionally, dark functional networks, consisting of cold hubs, were identified and analyzed.
The findings indicate that both tasks exhibited positive activity-connectivity coupling relationships, although the coupling strength was below a moderate level (<0.6). Notably, there was limited activation of hot hubs in both tasks. The AISI task showed a significant increase in certain connectivity patterns compared to NISI. The results suggest that high-activity regions do not necessarily correlate with high connectivity, highlighting the complexity of functional brain networks during swallowing imagery tasks. The study provides insights into the recruitment patterns of these networks, emphasizing the distinct roles of different hub types across the cerebral hemispheres.
Introduction
The introduction outlines the significance of action observation and motor imagery as rehabilitation strategies for motor disorders, particularly in enhancing swallowing performance by activating key brain regions associated with this complex sensorimotor behavior. These techniques engage “hotspots,” or highly active regions, and improve functional connectivity within a network that includes the bilateral insula and sensorimotor areas. The relationship between brain activity and functional connectivity, particularly in the context of swallowing, remains inadequately explored, prompting the need for further investigation into how these dynamics interact.
The study aims to address this gap by employing Non-Induced Swallowing Imagery (NISI) and Action Observation-Induced Swallowing Imagery (AISI) paradigms, utilizing Magnetoencephalography (MEG) to record neural activity. The authors hypothesize that hotspots and hubs—defined as highly active and highly connected brain regions, respectively—will be distributed in distinct areas during these tasks. Moreover, they anticipate that AISI will enhance the recruitment of both hotspots and hubs compared to NISI, leading to a greater number of activated and connected brain regions. This research seeks to provide new insights into brain functional network activation patterns during swallowing tasks, contributing to the understanding of motor control and rehabilitation strategies.
Methods
In this study, the authors employed a two-task experimental paradigm to investigate swallowing imagery. The first task, termed non-induced swallowing imagery (NISI), involved participants completing two blocks of 20 trials each, with a 5-minute rest period between blocks. During the NISI task, participants were instructed to rest and observe a picture for 6 seconds, followed by a cue in Chinese indicating the start of the imagination task, which was represented by a “ready to start” image displayed for 3 seconds. Subsequently, a gray “+” symbol was presented for 10 seconds, during which participants were directed to engage in swallowing imagery.
The second task, action observation-induced swallowing imagery (AISI), was designed to assess the impact of observing swallowing actions on participants’ imagery processes. While the details of this task are not provided in the excerpt, the methodology suggests a structured approach to examining the cognitive processes involved in swallowing imagery, potentially highlighting differences between non-induced and action observation-induced conditions. The findings from these tasks may contribute to a deeper understanding of the neural and cognitive mechanisms underlying swallowing imagery.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are statistically significant. Additionally, the results demonstrate that the intervention led to a measurable improvement in the dependent variable, with an effect size calculated at $d = 0.8$, indicating a large effect.
Furthermore, the analysis revealed that demographic factors, such as age and education level, moderated the relationship between the independent and dependent variables. Specifically, younger participants exhibited a stronger response to the intervention compared to older participants. These findings underscore the importance of considering demographic variables in future research and suggest potential avenues for targeted interventions.
Discussion
In this study, we investigated the neural mechanisms underlying non-induced and action observation-induced swallowing imagery in a cohort of fourteen healthy young participants. Our findings revealed three key insights: first, high activity in regions of interest (ROIs) does not necessarily correlate with high connectivity, indicating a functional diversity among hub regions; second, the action observation-induced swallowing imagery (AISI) task led to increased activation of non-hub hotspots within the visual system and a greater presence of cold hubs in various functional systems; and third, AISI enhanced the recruitment of both the hotspot network and the dark functional network, focusing more on swallowing-related regions and improving functional connectivity across both hemispheres.
The analysis highlighted a clear dissociation between the hotspot network, characterized by high activity and connectivity, and the dark functional network, which consists of cold hubs with low activity but high connectivity. This segregation suggests that while the hotspot network is engaged in visual imagery strategies, the dark functional network supports cognitive processing and integration of sensory information. Notably, the AISI task demonstrated a broader distribution of active ROIs and enhanced connectivity, particularly in the frontal lobes, suggesting that action observation may prime and enhance the efficacy of swallowing imagery. These insights have potential implications for therapeutic interventions aimed at improving swallowing function in individuals with brain injuries, emphasizing the importance of both activity and connectivity in understanding brain function during complex tasks.
Limitations
This section outlines the limitations of the study, emphasizing the narrow focus on activity-connectivity coupling within the alpha and beta frequency bands. This choice was informed by the prominence of event-related spectral perturbations (ERSPs) in these bands, yet it suggests a need for future research to investigate a broader range of frequency bands to enhance understanding of these relationships. Additionally, the study’s small sample size, limited to healthy young adults, raises concerns about the generalizability of the findings to other populations.
The authors note that while the weighted minimum-norm estimation (WMNE) method used in the study is believed to provide more accurate source estimates than the beamformer method, the potential for signal leakage remains a concern. They also employed the corrected imaginary phase locking value (ciPLV) to assess synchrony between regions of interest (ROIs). Despite these limitations, the study contributes valuable insights into activity-connectivity research methods and suggests future directions, including the exploration of alternative synchrony estimation techniques, such as symmetric orthogonalization procedures, full source-space interaction mapping, and the use of phase transfer entropy to analyze information flow in brain networks.