DOI: https://doi.org/10.3389/fnagi.2025.1748274
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41601592
تاريخ النشر: 2026-01-12
المؤلف: Daghan Piskin وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الاتصال الوظيفي في الدماغ
نظرة عامة
تدرس الدراسة تأثير الألعاب النشطة على تعقيد إشارات الدماغ لدى كبار السن، وهو عامل مرتبط بالتدهور المعرفي والتكيف العصبي. شارك ثمانية وعشرون من كبار السن الأصحاء في تدخل ألعاب نشطة لمدة 4 أسابيع، حيث تم تسجيل تخطيط الدماغ الكهربائي (EEG) في حالة الراحة وأثناء اللعب. تم تقييم تعقيد إشارات الدماغ باستخدام الإنتروبيا متعددة المقاييس عبر 64 مقياس زمني.
أشارت النتائج إلى تغييرات كبيرة في تعقيد إشارات الدماغ في حالة الراحة بعد التدخل، مع انخفاضات في المقاييس الدقيقة وزيادات في المقاييس الخشنة في مناطق دماغية مختلفة، مما يشير إلى تحول نحو ملف دماغي أصغر سناً. أثناء اللعب، لوحظ انخفاض واسع في الإنتروبيا بحلول منتصف التدخل، خاصة في المقاييس الخشنة، مع انخفاض صافي من ما قبل إلى ما بعد التدخل. تشير هذه النتائج إلى أن الألعاب النشطة قد تعزز من قدرات المعالجة العصبية لدى كبار السن، مما قد يعاكس التدهور العصبي المرتبط بالعمر ويعزز من شيخوخة الدماغ الصحية.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة التأثير الكبير للتدهورات المعرفية والبدنية المرتبطة بالعمر على الاستقلالية وجودة الحياة لدى كبار السن. تقدم فرضية “فقدان التعقيد”، التي تقترح أن الشيخوخة تؤدي إلى تدهور التنوع المعقد في الأنظمة الفسيولوجية، وخاصة داخل الجهاز العصبي. يؤدي هذا التدهور إلى أنماط نشاط عصبي مبسطة تحد من قدرة الدماغ على معالجة المعلومات والسلوك التكيفي. تسلط الورقة الضوء على فائدة الإنتروبيا متعددة المقاييس (MSE) كطريقة لتقييم هذه التغيرات في الديناميات العصبية، كاشفة عن نمط محدد من زيادة الإنتروبيا في المقاييس الزمنية الدقيقة وانخفاض الإنتروبيا في المقاييس الخشنة لدى كبار السن، مما يدل على تحول نحو المعالجة المحلية وانهيار في بنية الشبكة المتكاملة.
تؤكد المقدمة أيضًا على إمكانية التدخلات، وخاصة التمارين البدنية والألعاب النشطة، لتعزيز الوظيفة المعرفية من خلال تعزيز التواصل العصبي على المدى الطويل. قد تعزز الألعاب النشطة، التي تجمع بين النشاط البدني والتحديات المعرفية، من المرونة العصبية وتقوي الشبكات العصبية المتضررة في الشيخوخة. على الرغم من النتائج الواعدة بشأن تأثيرات الألعاب النشطة على نشاط EEG والأداء المعرفي، لا تزال التأثيرات العصبية على تعقيد الدماغ غير مستكشفة بشكل كافٍ. الهدف الرئيسي من الدراسة الحالية هو التحقيق فيما إذا كان تدخل ألعاب نشطة لمدة 4 أسابيع يمكن أن يغير التعقيد العالمي لإشارات الدماغ في حالة الراحة عبر مقاييس زمنية متعددة، مع تقييم ديناميات تعقيد الدماغ أثناء اللعب لفهم أفضل للتكيف المعرفي لدى كبار السن.
الطرق
استخدمت الدراسة تصميم تدخل أحادي الذراع قبل وبعد لتقييم التغيرات في تعقيد إشارات الدماغ لدى كبار السن بعد تدخل ألعاب نشطة لمدة 4 أسابيع. تم الحصول على البيانات من دراسة تدخل أكبر، مع الالتزام بإرشادات TREND للتقارير الشفافة. تضمن التدخل 12 جلسة تدريب على مدى أربعة أسابيع، حيث شارك المشاركون في ثلاث جلسات مدتها 45 دقيقة في الأسبوع، تم إجراؤها بشكل فردي لضمان الاتساق والدعم.
تم جمع بيانات EEG في نقاط زمنية محددة: تم تسجيل EEG في حالة الراحة خلال الجلسات 1 (قبل التدخل) و12 (بعد التدخل)، بينما تم جمع بيانات EEG أثناء اللعب من الجلسات 1 و6 (منتصف التدخل) و12. لعب المشاركون لعبتين نشطتين، Puzzle وFox، بمستويات صعوبة متفاوتة، مع توازن ترتيب شروط اللعبة لتخفيف تأثيرات الترتيب. بالإضافة إلى ذلك، قامت الدراسة بقياس التغيرات في الوظيفة البدنية باستخدام مقياس التوازن والحركة المجتمعية (CBMS) وتتبعت مقاييس الأداء داخل اللعبة، بما في ذلك الوقت المطلوب لإكمال المهام.
النتائج
تشير النتائج إلى تحسينات كبيرة في النتائج السلوكية، مما يؤكد فعالية الألعاب النشطة في تعزيز الوظيفة البدنية واكتساب المهارات بين المشاركين. بشكل ملحوظ، كان هناك زيادة في درجات مقياس التوازن والحركة المجتمعية (CBMS)، مما يعكس تحسين التوازن والحركة. يتماشى هذا مع الأدبيات الحالية التي تدعم الألعاب النشطة كوسيلة فعالة لتحسين الوظيفة البدنية وتقليل خطر السقوط لدى كبار السن (Donath et al., 2016; Fang et al., 2020; Pacheco et al., 2020). تشير التحليلات التلوية الحديثة إلى أن كبار السن المستقلين يمكنهم أيضًا تحقيق مكاسب ملحوظة في الحركة من خلال الألعاب النشطة (Suleiman-Martos et al., 2022).
استهدفت الألعاب النشطة المحددة المستخدمة، مثل لعبة Fox ولعبة Puzzle، مهارات التوازن الديناميكي الضرورية للحركة المجتمعية. من المحتمل أن تكون لعبة Fox، التي تضمنت خطوات جانبية تفاعلية، قد دربت أنماط الحركة ذات الصلة بالمهام الواقعية مثل التهرب الجانبي، بينما أكدت لعبة Puzzle على تغيير الوزن والحفاظ على قاعدة دعم مستقرة—وهي مكونات رئيسية غالبًا ما تتأثر لدى كبار السن (Hatzitaki et al., 2009; de Vries et al., 2014). بالإضافة إلى ذلك، قدمت المتطلبات المعرفية لهذه الألعاب، التي تتطلب معالجة بصرية مكانية واتخاذ قرارات جنبًا إلى جنب مع التنفيذ الحركي، تدريبًا متكاملًا على المهارات المعرفية والحركية، وهو مفيد بشكل خاص لكبار السن (Herold et al., 2018). تشير التحسينات العامة في مقاييس الأداء داخل اللعبة إلى التكيف الناجح مع المهام، من المحتمل أن تعززها الطبيعة الجذابة لبيئة الألعاب النشطة (Maillot et al., 2012; Stojan and Voelcker-Rehage, 2019).
المناقشة
فحصت الدراسة تأثيرات تدخل ألعاب نشطة لمدة 4 أسابيع على تعقيد إشارات الدماغ لدى كبار السن الأصحاء، باستخدام تحليل الإنتروبيا متعددة المقاييس (MSE) لبيانات EEG التي تم جمعها في حالة الراحة وأثناء اللعب. تألفت المجموعة من 28 من كبار السن ذوي الأداء العالي، وأدى التدخل إلى تحسينات كبيرة في كل من الأداء البدني ومقاييس الأداء داخل اللعبة. بشكل ملحوظ، كشفت تحليل EEG في حالة الراحة عن انخفاض في التعقيد على المقاييس الدقيقة وزيادة في التعقيد على المقاييس الخشنة عبر المناطق الدماغية الجبهية والوسطى والخلفية، مما يشير إلى تحول نحو ملف عصبي أكثر تكيفًا على عكس التغيرات المرتبطة بالعمر النموذجية. تشير هذه الزيادة في الإنتروبيا على المقاييس الخشنة إلى تعزيز التواصل العصبي على المدى الطويل، والذي يرتبط بأداء معرفي أفضل، بينما قد يعكس الانخفاض في الإنتروبيا على المقاييس الدقيقة تقليل الضوضاء العصبية المحلية.
على النقيض من ذلك، أثناء اللعب، أظهر تعقيد إشارات الدماغ انخفاضًا ملحوظًا، خاصة من ما قبل إلى منتصف التدخل، مما يدل على انتقال نحو الكفاءة العصبية مع تزايد إلمام المشاركين بالمهام. يتماشى هذا الانخفاض في التعقيد مع فرضية الكفاءة العصبية، مما يشير إلى أنه مع اكتساب المهارات، يحتاج الدماغ إلى موارد أقل لتحقيق مستويات الأداء. تسلط التغيرات الملحوظة الضوء على الطبيعة الديناميكية لتعقيد الدماغ، الذي يتغير بين حالات الراحة والانخراط في المهام، مما يبرز إمكانية الألعاب النشطة لتعزيز كل من التحسينات البدنية والمعرفية لدى كبار السن. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن التدخل لا يعزز فقط القدرات البدنية ولكن أيضًا يعدل الديناميات الدماغية بطريقة مفيدة.
القيود
تسلط قسم القيود الضوء على عدة قيود منهجية يجب أخذها في الاعتبار عند تفسير نتائج الدراسة. أولاً، يحد المدة القصيرة للتدخل الذي استمر 4 أسابيع دون تقييمات متابعة من القدرة على استخلاص استنتاجات بشأن التأثيرات طويلة الأمد للتدخل (Lampit et al., 2014; Ngandu et al., 2015). بالإضافة إلى ذلك، يحد نقص مجموعة التحكم من الاستنتاجات السببية، حيث أنه من المستحيل استبعاد تأثير العوامل غير المحددة مثل الاختبار المتكرر. ينبغي أن تشمل الأبحاث المستقبلية مجموعات تحكم نشطة وسلبية لعزل التأثيرات المحددة للتدخل بشكل أفضل (Boot et al., 2013; Stanmore et al., 2017).
علاوة على ذلك، يمنع غياب التقييمات المعرفية بعد التدخل تحديد ما إذا كانت الألعاب النشطة قد أدت إلى تحسينات معرفية قابلة للقياس (Gheysen et al., 2018). بينما تشير التحسينات في مقاييس الأداء داخل اللعبة والتغيرات الكبيرة في الإنتروبيا أثناء اللعب إلى مكاسب معرفية محتملة (Müller et al., 2025)، كانت العينة تتكون من كبار السن الأصحاء نسبيًا، مما قد يحد من تعميم النتائج على مجموعات أكثر تنوعًا أو سريرية (Zhao et al., 2020). كما كانت التحليلات مقصورة على لعبة واحدة، مما قد يقلل من تقدير التأثيرات الأوسع للألعاب النشطة. علاوة على ذلك، قد تؤثر طرق المعالجة المسبقة المستخدمة في الدراسة، على الرغم من أنها راسخة، على قيم الإنتروبيا، مما يستدعي مزيدًا من البحث لتحسين أفضل الممارسات (Puglia et al., 2022). أخيرًا، تظل تفسير الإنتروبيا في المهام المتنقلة مؤقتة، حيث أن الأدلة الحالية تستمد أساسًا من النماذج المعرفية (Sleimen-Malkoun et al., 2015; Cnudde et al., 2021). ينبغي أن تهدف الدراسات المستقبلية إلى فترات تدخل أطول، تشمل تقييمات متابعة، وتلاعب منهجي في خصائص اللعبة لتعزيز فهم تأثيرات الألعاب النشطة على الوظيفة المعرفية في الفئات العمرية المتقدمة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fnagi.2025.1748274
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41601592
Publication Date: 2026-01-12
Author(s): Daghan Piskin et al.
Primary Topic: Functional Brain Connectivity Studies
Overview
The study investigates the impact of exergaming on brain signal complexity in older adults, a factor linked to cognitive decline and neural adaptivity. Twenty-eight healthy older adults participated in a 4-week exergaming intervention, during which electroencephalography (EEG) was recorded at rest and during gameplay. The complexity of brain signals was assessed using multiscale entropy across 64 time scales.
Results indicated significant changes in resting-state brain signal complexity post-intervention, with reductions at fine scales and increases at coarse scales in various brain regions, suggesting a shift towards a younger brain profile. During gameplay, a widespread decline in entropy was observed by mid-intervention, particularly at coarse scales, with a net reduction from pre- to post-intervention. These findings imply that exergaming may enhance neural processing capabilities in older adults, potentially counteracting age-related neural decline and promoting healthier brain aging.
Introduction
The introduction of the paper discusses the significant impact of age-related cognitive and physical declines on the independence and quality of life of older adults. It introduces the “loss-of-complexity” hypothesis, which suggests that aging leads to a degradation of complex variability in physiological systems, particularly within the nervous system. This degradation results in simplified neural activity patterns that limit the brain’s capacity for information processing and adaptive behavior. The paper highlights the utility of Multiscale Entropy (MSE) as a method to assess these changes in neural dynamics, revealing a specific pattern of increased entropy at fine temporal scales and decreased entropy at coarser scales in older adults, indicative of a shift towards localized processing and a breakdown in integrated network architecture.
The introduction further emphasizes the potential of interventions, particularly physical exercise and exergaming, to enhance cognitive function by promoting long-range neural communication. Exergaming, which combines physical activity with cognitive challenges, may foster neuroplasticity and strengthen compromised neural networks in aging. Despite promising findings regarding the effects of exergaming on EEG activity and cognitive performance, the neurophysiological impacts on brain complexity remain underexplored. The primary aim of the current study is to investigate whether a 4-week exergame intervention can alter global resting-state brain complexity across multiple time scales, while also assessing the dynamics of brain complexity during gameplay to better understand cognitive adaptability in older adults.
Methods
The study employed a single-arm pre-post intervention design to assess changes in brain signal complexity in older adults following a 4-week exergame intervention. Data were sourced from a larger intervention study, adhering to the TREND guidelines for transparent reporting. The intervention consisted of 12 training sessions over four weeks, with participants engaging in three 45-minute sessions per week, conducted individually to ensure consistency and support.
EEG data were collected at specific time points: resting-state EEG was recorded during sessions 1 (pre-intervention) and 12 (post-intervention), while gameplay EEG data were gathered from sessions 1, 6 (mid-intervention), and 12. Participants played two exergames, Puzzle and Fox, at varying difficulty levels, with the order of game conditions counterbalanced to mitigate order effects. Additionally, the study measured changes in physical function using the Community Balance and Mobility Scale (CBMS) and tracked in-game performance metrics, including time required to complete tasks.
Results
The results indicate significant improvements in behavioral outcomes, affirming the efficacy of exergaming in enhancing physical function and skill acquisition among participants. Notably, there was an increase in the Community Balance and Mobility Scale (CBMS) scores, reflecting enhanced balance and mobility. This aligns with existing literature that supports exergaming as an effective intervention for improving physical function and reducing fall risk in older adults (Donath et al., 2016; Fang et al., 2020; Pacheco et al., 2020). Recent meta-analyses suggest that even independent older adults can experience measurable mobility gains through exergaming (Suleiman-Martos et al., 2022).
The specific exergames utilized, such as the Fox game and the Puzzle game, targeted dynamic balance skills essential for community mobility. The Fox game, which involved reactive lateral stepping, likely trained motor patterns relevant to real-world tasks like lateral dodging, while the Puzzle game emphasized weight shifting and maintaining a stable base of support—key components often impaired in older adults (Hatzitaki et al., 2009; de Vries et al., 2014). Additionally, the cognitive demands of these games, which required visuospatial processing and decision-making alongside motor execution, provided integrated cognitive-motor training that is particularly beneficial for older adults (Herold et al., 2018). The overall improvements in in-game metrics suggest successful adaptation to the tasks, likely enhanced by the engaging nature of the exergame environment (Maillot et al., 2012; Stojan and Voelcker-Rehage, 2019).
Discussion
The study examined the effects of a 4-week exergame intervention on brain signal complexity in healthy older adults, utilizing multiscale entropy (MSE) analysis of EEG data collected at rest and during gameplay. The cohort consisted of 28 high-functioning older adults, and the intervention led to significant improvements in both physical performance and in-game metrics. Notably, resting-state EEG analysis revealed a decrease in fine-scale complexity and an increase in coarse-scale complexity across frontal, central, and posterior brain regions, suggesting a shift towards a more adaptive neural profile contrary to typical age-related changes. This increase in coarse-scale entropy indicates enhanced long-range neural communication, which is associated with better cognitive performance, while the decrease in fine-scale entropy may reflect reduced local neural noise.
In contrast, during gameplay, brain signal complexity exhibited a pronounced decrease, particularly from pre-to mid-intervention, indicating a transition towards neural efficiency as participants became more familiar with the tasks. This reduction in complexity aligns with the neural efficiency hypothesis, suggesting that as skills are acquired, the brain requires fewer resources to achieve performance levels. The observed changes underscore the dynamic nature of brain complexity, which varies between resting and task-engaged states, highlighting the potential of exergames to foster both physical and cognitive improvements in older adults. Overall, the findings suggest that the intervention not only enhances physical capabilities but also modulates brain dynamics in a beneficial manner.
Limitations
The section on limitations highlights several methodological constraints that should be considered when interpreting the study’s findings. Firstly, the short duration of the 4-week intervention without follow-up assessments limits the ability to draw conclusions regarding the long-term effects of the intervention (Lampit et al., 2014; Ngandu et al., 2015). Additionally, the lack of a control group restricts causal inferences, as it is impossible to rule out the influence of non-specific factors such as repeated testing. Future research should include both passive and active control groups to better isolate the specific effects of the intervention (Boot et al., 2013; Stanmore et al., 2017).
Moreover, the absence of post-intervention cognitive assessments prevents the determination of whether exergaming led to measurable cognitive improvements (Gheysen et al., 2018). While improvements in in-game performance metrics and significant entropy changes during gameplay suggest potential cognitive gains (Müller et al., 2025), the sample comprised relatively healthy older adults, which may limit the generalizability of the findings to more diverse or clinical populations (Zhao et al., 2020). The analysis was also restricted to a single game, potentially underestimating the broader impacts of exergaming. Furthermore, the preprocessing methods used in the study, while established, may influence entropy values, necessitating further research to refine best practices (Puglia et al., 2022). Lastly, the interpretation of entropy in mobile tasks remains tentative, as existing evidence primarily derives from cognitive paradigms (Sleimen-Malkoun et al., 2015; Cnudde et al., 2021). Future studies should aim for longer intervention periods, include follow-up assessments, and systematically manipulate game characteristics to enhance understanding of exergaming’s effects on cognitive function in aging populations.