DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0345075
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42008505
تاريخ النشر: 2026-04-20
المؤلف: Kelly Poretti وآخرون
الموضوع الرئيسي: التوازن، والمشي، والوقاية من السقوط
نظرة عامة
تدرس الدراسة كيف تؤثر الحمل المعرفي والقلق المرتبط بالسقوط على التوازن والتحكم الحركي، خاصة من خلال توزيع الأحمال على باطن القدم أثناء المشي في بيئات الواقع الافتراضي (VR). تم تعريض المشاركين الأصحاء (N = 16) لارتفاعات افتراضية متغيرة أثناء أداء مهام فردية وثنائية، مع قياس مستشعرات الحمل داخل الحذاء للأحمال الوسطى والجانبية والأمامية والخلفية. أشارت النتائج إلى أن القلق المرتبط بالسقوط دفع إلى توزيع أكثر وسطية للأحمال خلال 11% إلى 75% من مرحلة الوقوف وتحول خلفي عند نقطة ارتطام الكعب (0% إلى 4% من الوقوف). من الجدير بالذكر أن هذه التكيفات حدثت بشكل أساسي أثناء المشي في مهمة فردية عند ارتفاع افتراضي مرتفع، مما يشير إلى أن الأفراد يعدلون أنماط تحميلهم للتخفيف من التهديدات الجانبية للوضع عند التنقل في مسارات مقيدة.
في الختام، تسلط النتائج الضوء على أن المشي في بيئات الواقع الافتراضي المثيرة للقلق يؤدي إلى تكيفات محددة داخل الخطوة في تحميل باطن القدم، مع ميل نحو استراتيجيات محافظة لاستقرار مركز الكتلة (COM) والتحكم في مركز الضغط (COP). بينما تبدو هذه الاستجابات تكيفية لدى البالغين الأصحاء، تثير الدراسة تساؤلات حول استراتيجيات التحكم العصبي العضلي المستخدمة من قبل كبار السن أو أولئك الذين يعانون من إعاقات حركية، مما يشير إلى الحاجة إلى مزيد من البحث لاستكشاف هذه الديناميكيات وآثارها على تدخلات الوقاية من السقوط.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على أهمية الحفاظ على الاستقلالية في الشيخوخة، خاصة من خلال القدرة على أداء مهام متعددة، مثل المشي أثناء الانخراط في محادثة. تتطلب هذه المهام الثنائية كلاً من الموارد المعرفية والحركية، والتي تكون محدودة، مما يؤدي إلى تدهور الأداء، خاصة لدى كبار السن وأولئك الذين يعانون من إعاقات معرفية حركية. تشير الأبحاث إلى أن الحمل المعرفي يؤثر على أنماط المشي، مما يتسبب في تباطؤ الأفراد وتغيير خصائص خطواتهم، وهو ما يتفاقم في مراحل المشي الأقل استقرارًا. علاوة على ذلك، فإن تأثير القلق المرتبط بالسقوط على التوازن أثناء المشي أقل فهمًا، على الرغم من أنه قد ثبت أنه يحفز استجابات وقائية قد تعيق أداء المهام الديناميكية.
تهدف الدراسة إلى التحقيق في كيفية تأثير متطلبات المهام الثنائية والتهديدات الوضعية على التحكم في توازن الحركة، باستخدام مركز الضغط (COP) كمقياس رئيسي لتنظيم الأعصاب والعضلات. أشارت الأبحاث السابقة إلى أن القلق يمكن أن يحول الأحمال على باطن القدم ويغير استراتيجيات وضع القدم، ومع ذلك، لا تزال آثار الحمل المعرفي على هذه المعلمات غير مستكشفة إلى حد كبير. تسعى هذه الدراسة إلى سد هذه الفجوة من خلال فحص التفاعل بين الحمل المعرفي والتهديدات الوضعية على التحكم في التوازن بشكل منهجي، مع معالجة قيود الدراسات السابقة، مثل أحجام العينات الصغيرة وغياب القياسات الزمنية. يتم دعم البحث من خلال تمويل من إدارة الخدمات المجتمعية ووزارة الصحة والخدمات الإنسانية الأمريكية، من بين مصادر أخرى.
الطرق
ت outlines قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، وعينات بيولوجية، لضمان إمكانية إعادة إنتاج النتائج. تشمل المنهجية التقنيات المطبقة لجمع البيانات وتحليلها، مثل الاختبارات الإحصائية أو النماذج الحسابية، والتي تعتبر حاسمة للتحقق من النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم الظروف التجريبية، بما في ذلك الضوابط والمتغيرات، لتوفير سياق للنتائج التي تم الحصول عليها. بشكل عام، يعمل هذا القسم كدليل شامل لتكرار الدراسة وفهم العمليات الأساسية التي أدت إلى الاستنتاجات المستخلصة في البحث.
النتائج
في قسم النتائج، تقدم الدراسة معلومات ديموغرافية عن المشاركين، تتكون من 16 فردًا مع أغلبية من 12 امرأة، كما هو موضح في الجدول 1. يتم تقديم نتائج المشي الزمانية والمكانية في الملحق أ، تحديدًا في جدول البيانات التكميلية 1. بالإضافة إلى ذلك، تتوفر بيانات Loadsol ذات الصلة بالدراسة في الوثائق الداعمة، مما يشير إلى نهج شامل في تقديم البيانات وتحليلها.
المناقشة
في هذه الدراسة، استكشف المؤلفون كيف تؤثر المتطلبات المعرفية والتهديدات الوضعية على التحكم في التوازن أثناء المشي، خاصة في ظل ظروف القلق المرتبط بالسقوط التي تم محاكاتها من خلال الواقع الافتراضي (VR). قام المشاركون، الذين تتراوح أعمارهم بين 18 إلى 35 عامًا وخالٍ من الحالات التي تؤثر على الحركة، بأداء مهام المشي أثناء الانخراط في خطاب ارتجالي. أشارت النتائج إلى أن القلق المتزايد عند الارتفاعات المرتفعة أدى إلى تحولات كبيرة في توزيعات الأحمال على باطن القدم، مع ملاحظة تحول وسطي أثناء الدعم الفردي وتحول خلفي عند نقطة ارتطام الكعب. تشير هذه التكيفات إلى استراتيجية محافظة لتقليل حركة مركز الكتلة (COM) الجانبية، مما يعزز الاستقرار الوضعي.
كشفت التحليلات أنه بينما لم تؤثر المتطلبات المعرفية من المهمة الثنائية بشكل كبير على أنماط تحميل باطن القدم، أظهر المشاركون سرعات مشي أبطأ، وأطوال خطوات أقصر، وأوقات دعم مزدوج أطول في ظل ظروف القلق العالية. تعكس هذه الاستراتيجية الحذرة في المشي جهدًا للحفاظ على الاستقرار من خلال زيادة مدة الدعم المزدوج وتقليل انحرافات مركز الكتلة الديناميكية. تشير النتائج إلى أنه في ظل القلق المرتبط بالسقوط، يفضل الأفراد الاستقرار على أداء المهام المعرفية، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من البحث في كيفية عمل هذه الآليات لدى كبار السن أو أولئك الذين يعانون من إعاقات حركية. بشكل عام، تؤكد الدراسة على التفاعل المعقد بين الحمل المعرفي والقلق والتحكم في التوازن أثناء المشي، مع آثار لفهم مخاطر السقوط وتطوير تدخلات مستهدفة.
القيود
تقدم الدراسة رؤى قيمة حول تنظيم التوازن أثناء المشي المثير للقلق؛ ومع ذلك، يجب الاعتراف بعدة قيود. تتكون العينة فقط من 16 فردًا شابًا وصحيًا، مما يحد من قابلية تطبيق النتائج على كبار السن أو السكان الذين يعانون من إعاقات حركية، حيث قد تكون آثار القلق على المشي أكثر أهمية. إن استخدام مستشعرات الحمل داخل الحذاء، على الرغم من كونها محمولة وصالحة بيئيًا، قد قيدت الحساسية للاختلافات الفردية بسبب استخدام ثلاثة أزواج فقط من النعال وتسجيل الأحمال الرأسية في ثلاث مناطق منفصلة (الجزء الأمامي الأوسط والجانبي، والجزء الخلفي)، بدلاً من توفير خريطة ضغط باطن القدم المستمرة. قد يكون هذا النهج قد أعاق القدرة على التقاط توزيعات الضغط القصوى المحلية عبر سطح القدم بالكامل.
بالإضافة إلى ذلك، قد يكون السماح للمشاركين بارتداء أحذيتهم الخاصة، على الرغم من تعزيز قابلية التطبيق في العالم الحقيقي، قد أدخل تباينًا قد يؤثر على الحساسية. يحد تركيز الدراسة على حالة واحدة من المهام الثنائية التي تتضمن خطابًا ارتجاليًا من قابلية تعميم النتائج على أحمال معرفية أخرى، والتي يجب أن تتناولها الأبحاث المستقبلية. يهدف المؤلفون إلى دمج مراقبة الحمل على باطن القدم في إطار واقع افتراضي تجاري (VR) للمساعدة في تحديد مخاطر السقوط وتوجيه إعادة التأهيل للأفراد المعرضين للخطر. يجب أن تستخدم الدراسات المستقبلية طرق تحليل متقدمة، مثل تخطيط المعلمات الإحصائية (SPM)، لفهم أفضل للتحولات الزمنية في توزيعات الأحمال، خاصة في السكان الذين لديهم مخاطر أعلى للسقوط.
DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0345075
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42008505
Publication Date: 2026-04-20
Author(s): Kelly Poretti et al.
Primary Topic: Balance, Gait, and Falls Prevention
Overview
The study investigates how cognitive load and fall-related anxiety influence balance and locomotor control, particularly through the distribution of plantar loads during walking in virtual reality (VR) settings. Healthy participants (N = 16) were exposed to varying virtual elevations while performing single and dual tasks, with in-shoe load sensors measuring medial, lateral, anterior, and posterior loading. Results indicated that fall-related anxiety prompted a more medial load distribution during 11% to 75% of the stance phase and a posterior shift at heel strike (0% to 4% of stance). Notably, these adaptations occurred primarily during single-task walking at high virtual elevation, suggesting that individuals modify their loading patterns to mitigate lateral postural threats when navigating constrained pathways.
In conclusion, the findings highlight that walking in anxiety-inducing VR environments leads to specific within-step adaptations in plantar loading, with a tendency towards conservative strategies to stabilize the center of mass (COM) and control the center of pressure (COP). While these responses appear adaptive in healthy adults, the study raises questions about the neuromuscular control strategies employed by older adults or those with mobility impairments, indicating a need for further research to explore these dynamics and their implications for fall prevention interventions.
Introduction
The introduction highlights the importance of maintaining independence in aging, particularly through the ability to multitask, such as walking while engaging in conversation. This dual-tasking demands both cognitive and motor resources, which are limited, leading to performance decrements, especially in older adults and those with cognitive-motor impairments. Research indicates that cognitive load affects gait patterns, causing individuals to slow down and alter their step characteristics, which is exacerbated in less stable phases of walking. Furthermore, the impact of fall-related anxiety on balance during walking is less understood, although it has been shown to induce protective responses that may hinder dynamic task performance.
The study aims to investigate how dual-task demands and postural threats influence locomotor balance control, utilizing the center of pressure (COP) as a key measure of neuromuscular regulation. Previous research has indicated that anxiety can shift plantar loads and alter foot placement strategies, yet the effects of cognitive load on these parameters remain largely unexplored. This study seeks to fill this gap by systematically examining the interplay between cognitive load and postural threat on balance control, while also addressing limitations of prior studies, such as small sample sizes and lack of temporal measures. The research is supported by funding from the Administration for Community Living and the U.S. Department of Health and Human Services, among other sources.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the results. The methodology encompasses the techniques applied for data collection and analysis, such as statistical tests or computational models, which are crucial for validating the findings.
Additionally, the section may describe the experimental conditions, including controls and variables, to provide context for the results obtained. Overall, this section serves as a comprehensive guide for replicating the study and understanding the underlying processes that led to the conclusions drawn in the research.
Results
In the Results section, the study presents participant demographics, comprising 16 individuals with a majority of 12 women, as detailed in Table 1. The spatiotemporal gait outcomes are provided in Appendix A, specifically in Supplementary Data Table 1. Additionally, Loadsol data relevant to the study are accessible in the supporting documents, indicating a comprehensive approach to data presentation and analysis.
Discussion
In this study, the authors explored how cognitive demands and postural threats influence balance control during walking, particularly under conditions of fall-related anxiety simulated through virtual reality (VR). Participants, aged 18 to 35 and free from conditions affecting mobility, performed walking tasks while engaging in extemporaneous speech. The findings indicated that heightened anxiety at elevated heights led to significant shifts in plantar load distributions, with a medial shift observed during single support and a posterior shift at heel strike. These adaptations suggest a conservative strategy to minimize lateral center of mass (COM) motion, enhancing postural stability.
The analysis revealed that while cognitive demands from the dual-task did not significantly alter plantar loading patterns, participants exhibited slower gait speeds, shorter step lengths, and longer double support times under high anxiety conditions. This cautious gait strategy reflects an effort to maintain stability by increasing the duration of double support and reducing dynamic COM excursions. The results imply that under fall-related anxiety, individuals prioritize stability over cognitive task performance, highlighting the need for further research into how these mechanisms operate in older adults or those with mobility impairments. Overall, the study underscores the complex interplay between cognitive load, anxiety, and balance control during walking, with implications for understanding fall risk and developing targeted interventions.
Limitations
The study presents valuable insights into the regulation of balance during anxiety-inducing gait; however, several limitations must be acknowledged. The sample consisted solely of 16 young, healthy individuals, which restricts the applicability of the findings to older or mobility-impaired populations, where the effects of anxiety on gait may be more significant. The use of in-shoe load sensors, while portable and ecologically valid, limited sensitivity to individual differences due to the use of only three pairs of insoles and the recording of vertical loads in three discrete regions (medial and lateral forefoot, and rearfoot), rather than providing a continuous plantar pressure map. This approach may have hindered the ability to capture localized peak pressure distributions across the entire foot surface.
Additionally, allowing participants to wear their own walking shoes, although enhancing real-world applicability, may have introduced variability that could affect sensitivity. The study’s focus on a single dual-task condition involving extemporaneous speech limits the generalizability of the findings to other cognitive loads, which future research should address. The authors aim to integrate plantar load monitoring into a commercial virtual reality (VR) framework to assist in identifying fall risk and guiding rehabilitation for at-risk individuals. Future studies should employ advanced analytic methods, such as Statistical Parametric Mapping (SPM), to better understand temporal shifts in load distributions, particularly in populations with a higher risk of falls.