DOI: https://doi.org/10.3389/fneur.2025.1521687
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40589995
تاريخ النشر: 2025-06-16
المؤلف: Jun He وآخرون
الموضوع الرئيسي: التوازن، والمشي، والوقاية من السقوط
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تأثير التحكم في الوضع والتداخل المعرفي على النشاط القشري أثناء مهام التوازن لدى المرضى الذين يعانون من السكتة الدماغية فوق الجافية. باستخدام تقنية الطيف الضوئي القريب من الأشعة تحت الحمراء الوظيفية (fNIRS)، قام الباحثون بقياس النشاط القشري في القشرة الحسية الحركية (SMC) والقشرة الحركية الأولية (PMC) والقشرة الجبهية (PFC) بين 30 مريض سكتة دماغية شاركوا في مهام وضعية فردية (PST) ومهام معرفية فردية (CST) ومهام مزدوجة وضعية-معرفية (DT). أظهرت النتائج أن CST أثار نشاطًا أكبر في SMC غير المتأثر وPMC الثنائي مقارنةً بـ PST، بينما أدى DT إلى زيادة النشاط في SMC وPMC الثنائيين مقارنةً بـ PST. ومن الجدير بالذكر أنه لم يتم ملاحظة فرق كبير بين DT وCST، مما يشير إلى وجود سقف محتمل للنشاط في مرضى السكتة الدماغية.
أشارت تحليل الارتباط إلى أن النشاط القشري أثناء مهام التوازن يرتبط إيجابيًا بكل من القدرة على التوازن والأداء المعرفي. تستنتج الدراسة أن الحمل المعرفي يميل إلى إثارة نشاط قشري أكبر، مما يشير إلى أن مرضى السكتة الدماغية قد يكون لديهم احتياطي محدود من الموارد لتخصيصها أثناء سيناريوهات المهام المزدوجة. تعزز هذه الأبحاث فهم قدرات المهام المزدوجة لدى مرضى السكتة الدماغية وتبرز الحاجة إلى مزيد من التحقيقات في استراتيجيات إعادة التأهيل التي تعزز أداء المهام المزدوجة، بما في ذلك استكشاف مهام وضعية أكثر تحديًا وتداخلات معرفية متنوعة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على انتشار اضطرابات التوازن بشكل كبير لدى مرضى السكتة الدماغية، حيث تصل النسب إلى 87.5%. على الرغم من أن بعض المرضى يحققون تعافيًا وظيفيًا في الأطراف السفلية، إلا أنهم غالبًا ما يستمرون في مواجهة ضعف في التحكم في تمايل الجسم وعدم التماثل في الوضع، مما يؤدي إلى تقليل الفعالية الذاتية وزيادة الخوف من السقوط. لا تعيق هذه التحديات أداء المهام اليومية فحسب، بل تؤثر أيضًا سلبًا على جودة الحياة، مما يعقد إعادة اندماجهم في الحياة المجتمعية. يتم التأكيد على التحديات المزدوجة للتحكم في الوضع والتداخل المعرفي، حيث قد يواجه مرضى السكتة الدماغية صعوبات مع الأحمال المعرفية التي تؤدي إلى تدهور أدائهم الحركي.
تشير الورقة إلى أنه بينما ركزت دراسات المهام المزدوجة (DT) بشكل أساسي على المشي، هناك حاجة ملحة لتقييم التحكم في الوضع أثناء المهام المزدوجة، نظرًا لأن الحفاظ على وضعية مستقرة هو أساس المشي. أظهرت الأبحاث السابقة أن مرضى السكتة الدماغية يظهرون زيادة في التمايل وعدم التماثل في الوزن أثناء مهام الوقوف البسيطة، مما يشير إلى زيادة الطلبات الانتباهية بسبب التداخل المعرفي الحركي. يتم اقتراح إدخال تقنية الطيف الضوئي القريب من الأشعة تحت الحمراء الوظيفية (fNIRS) كأداة لقياس النشاط القشري أثناء مهام التوازن، مع التركيز على مناطق الدماغ مثل القشرة الجبهية (PFC) والقشرة الحركية الأولية (PMC)، والتي تتورط في التحكم المعرفي والتخطيط الحركي، على التوالي. تهدف الدراسة إلى استكشاف أنماط النشاط في هذه المناطق أثناء ظروف المهام المزدوجة، مما يعزز فهم التفاعل بين التوازن والمعرفة لدى مرضى السكتة الدماغية ويعطي معلومات حول التدخلات المستقبلية.
الطرق
في هذه الدراسة، استخدم الباحثون تصميمًا تجريبيًا منظمًا لتقييم التوازن من خلال ثلاث مهام متميزة: مهمة وضعية فردية (PST) ومهمة معرفية فردية (CST) ومهمة مزدوجة وضعية-معرفية (DT). بدأ المشاركون في وضعية مستقيمة ومريحة وتم توجيههم للحفاظ على هذا الوضع أثناء تنفيذ المهام. في PST، قام المشاركون بتعديل أطرافهم السفلية من وضعية الأقدام المتباعدة إلى وضعية الأقدام المتقاربة، مع التركيز على الحفاظ على محاذاة قريبة من كعوبهم وأصابع أقدامهم، مع التأكيد على استخدام الجانب غير المتأثر للانتقالات الأكثر أمانًا.
تضمنت CST قيام المشاركين بأداء عمليات طرح متسلسلة من 7 من رقم مختار عشوائيًا بين 200 و300 أثناء الوقوف مع الأقدام المتباعدة، مع إعطاء الأولوية للدقة على السرعة. سجل الفاحص العدد الإجمالي للاستجابات وعدد الإجابات الصحيحة. في DT، نفذ المشاركون نفس مهمة الطرح ولكن مع أقدامهم متقاربة، مما سمح بتقييم الحمل المعرفي أثناء الاستقرار الوضعي. حسبت الدراسة الدقة وتكلفة المهمة المزدوجة باستخدام صيغة محددة، والتي لم يتم توضيحها في النص المقدم. يهدف هذا الإطار المنهجي إلى توضيح التفاعل بين التحكم المعرفي والوضعي في مهام التوازن.
النتائج
يقدم قسم النتائج خصائص المشاركين، كما هو موضح في الجدول 1. من الجدير بالذكر أن جميع المشاركين أكملوا بنجاح مهام التوازن الموضحة في الدراسة، مما يدل على مستوى عالٍ من الكفاءة والانخراط في البروتوكول التجريبي. من المهم أنه لم يتم الإبلاغ عن أي أحداث سلبية، بما في ذلك السقوط، مما يشير إلى أن التدخلات أو المهام كانت آمنة لجميع المشاركين المعنيين.
المناقشة
في هذه الدراسة، بحث الباحثون أنماط النشاط القشري لدى مرضى السكتة الدماغية أثناء مهام التوازن المختلفة التي تضمنت أحمالًا معرفية. تم تجنيد 30 مريض سكتة دماغية، مع الالتزام بمعايير إدراج واستبعاد محددة، وتم تقييم قدراتهم على التوازن باستخدام مقياس توازن بيرغ (BBS) واختبار التوازن الديناميكي والثابت. أظهرت النتائج أن أداء مهمة معرفية أثناء الحفاظ على التحكم في الوضع (CST) أدى إلى نشاط أعلى في القشرة الحركية الإضافية (SMC) والقشرة الحركية الأولية (PMC) مقارنةً بمهمة التحكم في الوضع فقط (PST). ومن الجدير بالذكر أن حالة المهمة المزدوجة (DT) لم تؤدي إلى نشاط أكبر بشكل ملحوظ مقارنةً بـ CST، مما يشير إلى وجود تأثير سقف محتمل في النشاط القشري بين مرضى السكتة الدماغية.
أشارت تحليلات الارتباط إلى أن قدرات التوازن الأفضل كانت مرتبطة بزيادة النشاط في SMC وPMC أثناء PST، بينما كان الأداء المعرفي مرتبطًا إيجابيًا بالنشاط في مناطق الدماغ المختلفة أثناء CST وDT. وهذا يشير إلى أن مرضى السكتة الدماغية قد يفضلون التحكم في الوضع على المهام المعرفية، مما يعكس استراتيجية تعويضية للحفاظ على التوازن. تستنتج الدراسة أن التداخل المعرفي أثناء مهام التوازن يتطلب نشاطًا دماغيًا أكثر اتساعًا من مجرد زيادة متطلبات التحكم في الوضع، مما يبرز أهمية فهم قدرات المهام المزدوجة في إعادة تأهيل السكتة الدماغية. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على تحسين تمارين إعادة التأهيل لتعزيز أداء المهام المزدوجة واستكشاف تأثيرات صعوبات المهام المتنوعة.
القيود
كشفت الدراسة التي تحقق في استخدام تقنية الطيف الضوئي القريب من الأشعة تحت الحمراء الوظيفية (fNIRS) لتقييم النشاط القشري لدى مرضى السكتة الدماغية أثناء التحكم في الوضع المزدوج عن عدة قيود. أولاً، كان حجم العينة صغيرًا نسبيًا، مما قد يؤثر على موثوقية النتائج. بالإضافة إلى ذلك، على الرغم من وجود ارتباط محتمل بين النشاط الدماغي وأداء التوازن، فإن المنهجية الحالية لا تسمح بتقييم هذه العلاقة عبر مهام التوازن المختلفة بسبب التباين الكبير في مركز ثقل المرضى أثناء التغيرات الوضعية. تعيق هذه القيود القدرة على قياس أداء التوازن بشكل فعال.
علاوة على ذلك، لم تفرق الدراسة بين استراتيجيات المهام التي استخدمها المرضى في مراحل التعافي من السكتة الدماغية المزمنة مقابل الحادة، مما قد يؤثر على النتائج. تقنية fNIRS محدودة بطبيعتها في قياس النشاط القشري ولا يمكنها التقاط المشاركة الكافية للهياكل الأعمق مثل المخيخ، الذي يلعب دورًا حيويًا في التوازن. تهدف الأبحاث المستقبلية إلى تضمين مجموعة أكبر من المرضى في المرحلة المزمنة وإجراء تحليلات فرعية لاستكشاف التباينات بسبب تقدم المرض. بالإضافة إلى ذلك، سيساهم دمج التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) في تعزيز فهم أنماط النشاط في الهياكل تحت القشرية، مع التركيز بشكل خاص على التفاعلات بين المناطق القشرية والمخيخية أثناء التحديات الوضعية. من المتوقع أن يوفر هذا النهج متعدد الوسائط فهمًا أكثر شمولاً للآليات العصبية الفسيولوجية المعنية في التحكم في توازن المهام المزدوجة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fneur.2025.1521687
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40589995
Publication Date: 2025-06-16
Author(s): Jun He et al.
Primary Topic: Balance, Gait, and Falls Prevention
Overview
This study investigates the impact of postural control and cognitive interference on cortical activation during balance tasks in patients with supratentorial stroke. Using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS), the researchers measured cortical activation in the sensorimotor cortex (SMC), premotor cortex (PMC), and prefrontal cortex (PFC) among 30 stroke subjects engaged in postural single tasks (PST), cognitive single tasks (CST), and postural-cognitive dual tasks (DT). The findings revealed that CST elicited greater activation in the unaffected SMC and bilateral PMC compared to PST, while DT resulted in increased activation in the bilateral SMC and PMC relative to PST. Notably, no significant difference was observed between DT and CST, indicating a potential activation ceiling in stroke patients.
The correlation analysis indicated that cortical activation during balance tasks positively correlated with both balance ability and cognitive performance. The study concludes that cognitive load tends to provoke greater cortical activation, suggesting that stroke patients may have a limited reserve of resources to allocate during dual-tasking scenarios. This research enhances the understanding of dual-tasking capabilities in stroke patients and highlights the need for further investigations into rehabilitation strategies that optimize dual-task performance, including the exploration of more challenging postural tasks and varied cognitive interferences.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant prevalence of balance disorders in stroke patients, with rates reaching up to 87.5%. Despite some patients achieving functional recovery in lower extremities, they often continue to experience impaired body sway control and postural asymmetries, leading to reduced self-efficacy and an increased fear of falling. These challenges not only hinder daily task performance but also adversely affect the quality of life, complicating their reintegration into community life. The dual challenges of postural control and cognitive interference are emphasized, as stroke patients may struggle with cognitive loads that further deteriorate their motor performance.
The paper notes that while dual-task (DT) studies have predominantly focused on walking, there is a critical need to assess dual-task postural control, given that maintaining a stable stance is foundational for walking. Previous research has shown that stroke patients exhibit increased sway and weight-bearing asymmetry during simple standing tasks, indicating heightened attentional demands due to cognitive-motor interference. The introduction of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) as a tool to measure cortical activation during balance tasks is proposed, with a focus on brain regions such as the prefrontal cortex (PFC) and premotor cortex (PMC), which are implicated in cognitive control and motor planning, respectively. The study aims to explore the activation patterns in these regions during dual-task conditions, thereby enhancing understanding of the interplay between balance and cognition in stroke patients and informing future interventions.
Methods
In this study, the researchers employed a structured experimental design to assess balance through three distinct tasks: postural single task (PST), cognitive single task (CST), and postural-cognitive dual task (DT). Participants began in an upright, comfortable stance and were instructed to maintain this position while executing the tasks. In the PST, subjects adjusted their lower limbs from a feet-apart to a feet-together position, focusing on maintaining close alignment of their heels and toes, with an emphasis on using the unaffected side for safer transitions.
The CST involved participants performing serial subtractions of 7 from a randomly selected number between 200 and 300 while standing with feet apart, prioritizing accuracy over speed. The examiner recorded the total number of responses and the number of correct answers. In the DT, participants executed the same subtraction task but with their feet together, allowing for the assessment of cognitive load during postural stability. The study calculated accuracy and dual task cost using a specified formula, which was not detailed in the provided text. This methodological framework aims to elucidate the interplay between cognitive and postural control in balance tasks.
Results
The results section presents the characteristics of the participants, detailed in Table 1. Notably, all subjects successfully completed the balancing tasks outlined in the study, indicating a high level of competence and engagement with the experimental protocol. Importantly, there were no adverse events reported, including falls, suggesting that the interventions or tasks were safe for all participants involved.
Discussion
In this study, the researchers investigated the cortical activation patterns of stroke patients during various balance tasks that included cognitive loads. A total of 30 stroke subjects were recruited, adhering to specific inclusion and exclusion criteria, and their balance abilities were assessed using the Berg Balance Scale (BBS) and the Balance SD Dynamic and Static Balance Test. The findings revealed that performing a cognitive task while maintaining postural control (CST) resulted in higher activation in the supplementary motor cortex (SMC) and primary motor cortex (PMC) compared to a postural control task alone (PST). Notably, the dual-task condition (DT) did not elicit significantly greater activation than the CST, suggesting a potential ceiling effect in cortical activation among stroke patients.
Correlation analyses indicated that better balance abilities were associated with increased activation in the SMC and PMC during the PST, while cognitive performance was positively correlated with activation in various brain regions during the CST and DT. This suggests that stroke patients may prioritize postural control over cognitive tasks, reflecting a compensatory strategy to maintain balance. The study concludes that cognitive interference during balance tasks requires more extensive brain activation than merely increasing postural control demands, highlighting the importance of understanding dual-tasking capabilities in stroke rehabilitation. Future research should focus on optimizing rehabilitation exercises to enhance dual-task performance and explore the effects of varying task difficulties.
Limitations
The study investigating the use of functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS) to assess cortical activation in stroke patients during dual-task postural control revealed several limitations. Firstly, the sample size was relatively small, which may affect the reliability of the findings. Additionally, while there is a potential correlation between brain activation and balance performance, the current methodology does not allow for the assessment of this relationship across different balance tasks due to the significant variability in patients’ center of gravity during postural changes. This limitation hinders the ability to quantify balance performance effectively.
Moreover, the study did not differentiate between task strategies employed by patients in chronic versus subacute phases of stroke recovery, which could influence outcomes. The fNIRS technique is inherently limited to measuring cortical activation and cannot adequately capture the involvement of deeper structures such as the cerebellum, which plays a critical role in balance. Future research aims to include a larger cohort of chronic phase patients and perform subgroup analyses to explore variations due to disease progression. Additionally, the integration of functional magnetic resonance imaging (fMRI) will enhance the understanding of activation patterns in subcortical structures, particularly focusing on the interactions between cortical and cerebellar regions during postural challenges. This multimodal approach is expected to provide a more comprehensive understanding of the neurophysiological mechanisms involved in dual-task balance control.