DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-39139-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41667562
تاريخ النشر: 2026-02-10
المؤلف: Yu Chin Lim وآخرون
الموضوع الرئيسي: التوازن، والمشي، والوقاية من السقوط
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تأثير التضاريس المائلة على التحكم في الوضعية لدى كبار السن من خلال فحص استجاباتهم القشرية للاهتزازات الأمامية. باستخدام تخطيط الدماغ الكهربائي (EEG)، تقارن الأبحاث الآليات العصبية لاستعادة التوازن بين عشرة من كبار السن وعشرة من البالغين الأصغر سناً خلال اهتزازات الميل والإفراج على منحدر. تكشف النتائج الرئيسية أن كبار السن يظهرون استجابات N100 متأخرة ومخفضة، وهي إمكانات مرتبطة بالحدث حاسمة، مقارنة بالبالغين الأصغر سناً، دون ملاحظة اختلافات كبيرة بين ظروف الخطوات وغير الخطوات. بالإضافة إلى ذلك، يظهر كبار السن تزامنًا مخفضًا لقوة ثيتا وبيتا بعد الاهتزاز، إلى جانب تغيرات في الاتصال الشبكي تتميز بمعاملات تجميع أعلى وكفاءة عالمية أكبر في نطاق ثيتا.
تشير النتائج إلى أن استجابة N100 تعكس بشكل أساسي اكتشاف عدم التوازن بدلاً من الإجراءات التصحيحية الحركية اللاحقة. تؤكد هذه الدراسة الأساس العصبي للتغيرات المرتبطة بالعمر في التعديلات الوضعية وتقترح أن هذه الاستجابات القشرية يمكن أن تكون مقاييس نتائج قيمة للتدخلات التي تهدف إلى تحسين التوازن في الفئات العمرية الأكبر. بشكل عام، تبرز النتائج أهمية مراعاة العوامل البيئية، مثل الميل، في فهم تعقيدات التحكم في الوضعية لدى الأفراد المسنين.
الطرق
في هذه الدراسة، تضمنت الإعدادات التجريبية حزام أمان ونظام حبال مزدوجة مصمم لتسهيل الاهتزازات الوضعية المسيطر عليها لدى المشاركين. بعد وضع أقطاب EEG، وقف المشاركون على منصة مائلة بزاوية 25°، مع ضبط توتر حبل الإفراج للسماح لهم بالميل للأمام بزاوية محددة مسبقًا تبلغ حوالي 25° من الأفقي، كما تم قياسه بواسطة مقياس ميل رقمي Laserliner. ضمنت هذه الإعدادات اتساق مركز الكتلة والدعم الأولي عبر المشاركين. تم وضع صليب تثبيت أمام المشاركين للحفاظ على التركيز خلال التجارب، التي صممت لمحاكاة تحديات التضاريس في العالم الحقيقي أثناء فحص الآليات القشرية للتعديل الوضعية.
تم تحفيز الاهتزازات بواسطة زر خفي يفصل مغناطيسًا كهربائيًا، مما يتسبب في تعثر المشاركين للأمام، مع وجود حزام أمان ثانوي لمنع السقوط. شارك المشاركون في حالتين: “غير خطوة”، حيث ظلوا مسترخين دون اتخاذ خطوات تصحيحية، و”خطوة”، حيث كان يُسمح لهم بخطوة تصحيحية واحدة باستخدام قدمهم المفضلة. تم عشوائية تسلسل الحالات، وتكونت كل حالة من خمسة كتل من خمس تجارب، بإجمالي 25 تجربة لكل حالة. تم مراقبة الامتثال لضمان الالتزام بتعليمات المهمة، وتم إجراء تجارب تعارف لتوضيح النموذج التجريبي. بالإضافة إلى ذلك، تم تضمين تجارب “التقاط” لتقليل الاستجابات التوقعية، وتم توفير فترات راحة لتقليل التعب.
النتائج
تلخص النتائج المقدمة في الجدول 1 الخصائص الديموغرافية لمشاركي الدراسة. تضمنت مجموعة البالغين الشباب 10 أفراد (7 ذكور و3 إناث) بمتوسط عمر 23.4 سنة (SD = 2.60). في المقابل، تتكون مجموعة البالغين الأكبر سناً من 10 مشاركين (6 ذكور و4 إناث) بمتوسط عمر 64.8 سنة (SD = 3.80). من الجدير بالذكر أن جميع كبار السن لم يظهروا أي علامات على ضعف إدراكي، كما يتضح من متوسط درجة تقييم مونتريال الإدراكي (MoCA) البالغ 26.4 (SD = 1.11).
المناقشة
تحققت الدراسة في الفروق المرتبطة بالعمر في الاستجابات القشرية للاهتزازات الوضعية، مع التركيز بشكل خاص على مكون N100 من إشارة EEG لدى البالغين الشباب وكبار السن خلال ظروف الخطوات وغير الخطوات. كشفت النتائج أن كبار السن أظهروا تأخيرات N100 أطول بشكل ملحوظ وسعات مخفضة مقارنة بالبالغين الأصغر سناً، مما يشير إلى تراجع محتمل في معالجة الأعصاب للمحفزات المتعلقة بالتوازن التي قد تسهم في زيادة خطر السقوط في هذه الفئة. من الجدير بالذكر أن غياب الفروق الكبيرة بين ظروف الخطوات وغير الخطوات يشير إلى أن مكون N100 مدفوع بشكل أساسي بإدخال حسي يتعلق بفقدان التوازن بدلاً من الاستجابات الحركية.
بالإضافة إلى ذلك، أظهر تحليل الاضطراب الطيفي المرتبط بالحدث (ERSP) أن البالغين الأصغر سناً أظهروا زيادات قوية في قوة ثيتا وبيتا بعد الاهتزاز، مما يعكس مشاركة قشرية أكبر، بينما أظهر كبار السن تغييرات في القوة مخفضة. أشار تحليل الشبكة إلى أن كبار السن كان لديهم معاملات تجميع أعلى وكفاءة عالمية أكبر في نطاق ثيتا بعد فترة وجيزة من الاهتزاز، مما قد يمثل آليات تعويضية للتعامل مع التحديات الوضعية. بشكل عام، تؤكد هذه النتائج على أهمية فهم الديناميات العصبية للتحكم في الوضعية لدى كبار السن، خاصة في البيئات الصعبة، وتبرز الحاجة إلى مزيد من البحث حول آثار مستويات النشاط البدني فيما يتعلق بالتغيرات المرتبطة بالعمر في التوازن والاستجابات العصبية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-39139-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41667562
Publication Date: 2026-02-10
Author(s): Yu Chin Lim et al.
Primary Topic: Balance, Gait, and Falls Prevention
Overview
This study investigates the impact of sloped terrain on postural control in older adults by examining their cortical responses to forward perturbations. Using electroencephalography (EEG), the research compares the neural mechanisms of balance recovery between ten older and ten younger adults during lean-and-release perturbations on a slope. Key findings reveal that older adults exhibit delayed and reduced N100 responses, a critical event-related potential, compared to younger adults, with no significant differences observed between stepping and non-stepping conditions. Additionally, older adults demonstrate diminished post-perturbation theta and beta power synchronization, alongside altered network connectivity characterized by higher clustering coefficients and greater global efficiency in the theta band.
The results suggest that the N100 response primarily reflects the detection of imbalance rather than the subsequent motor corrective actions. This study underscores the neural basis of age-related changes in postural adjustments and proposes that these cortical responses could serve as valuable outcome measures for interventions aimed at improving balance in older populations. Overall, the findings highlight the importance of considering environmental factors, such as slope, in understanding the complexities of postural control in aging individuals.
Methods
In this study, the experimental setup involved a safety harness and a double-rope system designed to facilitate controlled postural perturbations in participants. After EEG electrode placement, participants stood on a 25° inclined platform, with the tension of a release rope adjusted to allow them to lean forward to a predetermined angle of approximately 25° from the horizontal, as measured by a Laserliner digital inclinometer. This setup ensured uniformity in the center of mass and initial support across participants. A fixation cross was positioned in front of the participants to maintain focus during the trials, which were designed to simulate real-world terrain challenges while examining cortical mechanisms of postural adjustment.
The perturbations were triggered by a covert button that disengaged an electromagnet, causing participants to stumble forward, with a secondary safety harness preventing falls. Participants engaged in two conditions: ‘NonStep’, where they remained relaxed without taking corrective steps, and ‘Step’, where they were permitted one corrective step with their preferred foot. The sequence of conditions was randomized, and each condition consisted of five blocks of five trials, totaling 25 trials per condition. Compliance was monitored to ensure adherence to task instructions, and familiarization trials were conducted to clarify the experimental paradigm. Additionally, ‘catch’ trials were included to minimize anticipatory responses, and breaks were provided to reduce fatigue.
Results
The results presented in Table 1 summarize the demographic characteristics of the study participants. The young adult group included 10 individuals (7 males and 3 females) with a mean age of 23.4 years (SD = 2.60). In contrast, the older adult group consisted of 10 participants (6 males and 4 females) with a mean age of 64.8 years (SD = 3.80). Notably, all older adults demonstrated no signs of cognitive impairment, as indicated by a mean Montreal Cognitive Assessment (MoCA) score of 26.4 (SD = 1.11).
Discussion
The study investigated age-related differences in cortical responses to postural perturbations, specifically focusing on the N100 component of the EEG signal in young and older adults during stepping and non-stepping conditions. The findings revealed that older adults exhibited significantly longer N100 latencies and reduced amplitudes compared to younger adults, indicating a potential decline in the neural processing of balance-related stimuli that may contribute to increased fall risk in this population. Notably, the absence of significant differences between the stepping and non-stepping conditions suggests that the N100 component is primarily driven by sensory input related to balance loss rather than motor responses.
Additionally, event-related spectral perturbation (ERSP) analysis demonstrated that younger adults displayed robust increases in theta and beta power post-perturbation, reflecting greater cortical engagement, while older adults showed diminished power changes. Network analysis indicated that older adults had higher clustering coefficients and global efficiency in the theta band shortly after perturbation, which may represent compensatory mechanisms to address postural challenges. Overall, these results underscore the importance of understanding the neural dynamics of postural control in older adults, particularly in challenging environments, and highlight the need for further research on the implications of physical activity levels in relation to age-related changes in balance and neural responses.