DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2026.121954
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42034235
تاريخ النشر: 2026-04-24
المؤلف: Eleonora Arrigoni وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات علم النفس العصبي والسلوكي
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في التفاعل الديناميكي بين المنطقة الحركية الإضافية (SMA) والتجاعيد الجبهية السفلية اليمنى (rIFG) أثناء إعداد وتنفيذ الحركة، خاصة استجابةً للإشارات السياقية. باستخدام التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) وتخطيط الدماغ الكهربائي (EEG) في مهام Go/No-Go مع احتمالات أهداف متغيرة، تكشف الدراسة أن الاتصال في نطاق ألفا في rIFG يزداد في السياقات التي يتم فيها حجب الاستجابات الحركية بشكل متكرر، بينما تظهر SMA نمطًا معكوسًا بالقرب من بدء الهدف. بالإضافة إلى ذلك، يرتبط الاتصال في نطاق بيتا بالتحكم الاستباقي، حيث يزداد عندما تكون احتمالية الحركة منخفضة. تشير هذه النتائج إلى أن SMA و rIFG تظهران أدوارًا تكاملية، حيث تعزز SMA جاهزية الحركة ويدعم rIFG التحكم المثبط، مما يعدل تفاعلاتهما بناءً على المتطلبات السياقية.
تؤكد الدراسة على أهمية الديناميات التذبذبية الخاصة بالتردد في تسهيل الاستجابات الحركية المرنة. تقترح أن نشاط نطاق ألفا في rIFG مرتبط بالتحكم الانتباهي واكتشاف السياق، بينما تعتبر تفاعلات SMA في نطاق ألفا حاسمة لتكييف جاهزية الحركة. على العكس، يوازن الاتصال في نطاق بيتا في SMA بين إعداد الحركة والاحتواء، مع exerting rIFG تحكمًا مثبطًا أوسع. بشكل عام، تؤكد الأبحاث على أهمية منظور قائم على الشبكة لفهم كيفية دمج الدماغ للمعلومات التنبؤية لتحسين المخرجات الحركية، مع تداعيات على الاضطرابات التي تؤثر على تخطيط الحركة والتحكم فيها.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الدور الحاسم لتوقع الحركة في تمكين الدماغ من التنبؤ والاستعداد للأحداث القادمة، وهو أمر حيوي للاستجابات الحركية السريعة والمنسقة. تسلط الضوء على مشاركة المناطق الجبهية والمناطق الحركية الأولية، وخاصة المنطقة الحركية الإضافية (SMA) والتجاعيد الجبهية السفلية اليمنى (IFG)، في تعديل نشاط قشرة الحركة بناءً على الأفعال المتوقعة. يشكل هذا التعديل نظام “فرامل/مسارع” يسهل الاستجابات السريعة والدقيقة لمحفزات الحركة. تشير الورقة إلى دراسات مختلفة حددت إمكانيات مرتبطة بالأحداث التوقعية (ERPs) مرتبطة بالأداء السلوكي ومتأثرة بالمعلومات السياقية، خاصة في نماذج Go/No-Go.
يشير المؤلفون إلى أن SMA تؤثر على المخرجات الحركية من خلال إسقاطات إلى القشرة الحركية الأولية (M1)، مما يؤثر على أوقات الاستجابة، بينما يمكن أن يمارس IFG الأيمن تأثيرات مثبطة على M1، خاصة عندما يكون التحكم المعرفي ضروريًا. تذكر المقدمة أيضًا دراسة سابقة استكشفت الاتصال في SMA باستخدام التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة وتخطيط الدماغ الكهربائي (TMS-EEG)، كاشفة عن تغييرات ديناميكية في الاتصال بين SMA وIFG أثناء إعداد الحركة. تهدف الدراسة الحالية إلى التحقيق في الديناميات بين المناطق SMA وIFG أثناء إعداد الحركة والاحتواء، مع فرضية أن التزامن الطوري بعيد المدى للاهتزازات العصبية هو آلية رئيسية للتكيف السلوكي المرن استجابةً للمتطلبات السياقية. سيقوم المشاركون بأداء مهمة بصرية حركية Go/No-Go بينما يتم تقييم الاتصال الوظيفي في نطاقات ألفا وبيتا في نقاط زمنية مختلفة.
الطرق
في هذه الدراسة، شارك المشاركون في مهمة Go/No-Go مصممة لتقييم تأثيرات تكرار التجارب على إعداد الحركة. شمل التصميم التجريبي حالتين: Go-Frequent (75% Go، 25% No-Go) وGo-Rare (25% Go، 75% No-Go). لتقليل التحيزات المحتملة من التعلم الإدراكي أو استمرار المهمة، تم تعيين المشاركين عشوائيًا إلى واحدة من الحالتين، مما أسفر عن مجموعتين متوازنتين من 14 مشاركًا لكل منهما، مع ضمان تمثيل متساوٍ للجنسين للتحكم في الاختلافات المتعلقة بالجنس في أنماط إعداد الحركة (Bianco et al., 2020).
تضمن الإعداد التجريبي جلوس المشاركين بشكل مريح في وضع شبه مائل، على بعد 114 سم من شاشة كمبيوتر بحجم 20 بوصة. تم توجيههم للاستجابة باستخدام إصبع السبابة في اليد اليمنى على فأرة الكمبيوتر. تضمنت الدراسة جلستين تسجيل، كل منهما تستمر حوالي ساعتين و30 دقيقة، تفصل بينهما فترة لا تقل عن 48 ساعة. كانت الاختلافات الوحيدة بين الجلستين هي موقع إدارة التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS)، إما في المنطقة الحركية الإضافية اليسرى (SMA) أو التجاعيد الجبهية السفلية اليمنى (IFG). قبل المهمة الرئيسية، أكمل المشاركون جلسة تدريب للتعرف على المحفزات البصرية وتعليمات المهمة، تلتها تسجيل TMS-EEG أثناء مهمة Go/No-Go (Bianco et al., 2023).
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى وجود اختلافات كبيرة في أوقات الاستجابة (RTs) والدقة بين مجموعتي Go-Frequent وGo-Rare. كشفت التحليلات الإحصائية لـ log10(RTs) عن تأثير رئيسي كبير لـ “المجموعة” (F(1, 25.9) = 4.81، p = .037)، حيث استجابت مجموعة Go-Frequent بشكل أسرع (2.67 ± 0.01 ثانية) من مجموعة Go-Rare (2.71 ± 0.01 ثانية). بالإضافة إلى ذلك، لوحظ تأثير رئيسي كبير لـ “SOA” (F(2, 14951.7) = 62.74، p < .001)، حيث كانت RTs متشابهة عند SOAs -700 مللي ثانية و-300 مللي ثانية، ولكنها كانت أعلى بشكل كبير عند SOA +200 مللي ثانية (2.7 ± 0.01 ثانية). على الرغم من أن التفاعل بين "المجموعة" و"هدف TMS" كان كبيرًا (F(1, 25.6) = 5.74، p = .02)، لم تسفر المقارنات اللاحقة عن اختلافات كبيرة. فيما يتعلق بالدقة، أدت جميع المشاركين فوق 90% من التجارب الصحيحة، مما يشير إلى انخراط عالٍ في المهمة. وُجد تأثير رئيسي كبير لـ "المجموعة" (χ²(1) = 22.22، p < .001)، حيث حققت مجموعة Go-Rare دقة أعلى (98 ± 1%) مقارنةً بمجموعة Go-Frequent (91.6 ± 1.7%). كانت التفاعلات بين "SOA" X "هدف TMS" (χ²(2) = 7.49، p = .024) و"المجموعة" X "SOA" X "هدف TMS" (χ²(2) = 7.99، p = .02) أيضًا كبيرة، على الرغم من أن المقارنات اللاحقة لم تكشف عن اختلافات كبيرة. بشكل عام، تشير هذه النتائج إلى أن عضوية المجموعة وSOA تؤثر بشكل كبير على كل من أوقات الاستجابة والدقة في المهمة.
المناقشة
في هذه الدراسة، شارك 28 متطوعًا صحيًا يميني اليد في مهمة Go/No-Go معدلة للتحقيق في رد الفعل القشري أثناء إعداد الحركة وبدءها باستخدام التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) وتخطيط الدماغ الكهربائي (EEG). تم تقسيم المشاركين إلى مجموعتين بناءً على تكرار تجارب Go، حيث شهدت مجموعة Go-Frequent 75% من تجارب Go بينما شهدت مجموعة Go-Rare 75% من تجارب No-Go. تم إدارة TMS إما قبل أو بعد المحفز البصري لتقييم التأثيرات على الاتصال الدماغي، مع التركيز بشكل خاص على المنطقة الحركية الإضافية اليسرى (SMA) والتجاعيد الجبهية السفلية اليمنى (IFG). التزمت الدراسة بالمعايير الأخلاقية وضمنت سلامة المشاركين من خلال الفحص الشامل والموافقة المستنيرة.
أشارت النتائج إلى وجود اختلافات كبيرة في أنماط الاتصال في نطاقات ألفا وبيتا بين المجموعتين أثناء تجارب الإعداد. أظهرت مجموعة Go-Frequent اتصالًا مستقرًا مع المناطق الجبهية والجدارية، بينما أظهرت مجموعة Go-Rare زيادة في الاتصال مع المناطق الجبهية الجدارية مع اقتراب المحفز. من الجدير بالذكر أن SMA اليسرى حافظت على اتصال كبير مع IFG اليمنى طوال المرحلة التحضيرية في مجموعة Go-Rare، مما يشير إلى حالة استعداد مرتفعة لاحتواء الحركة. كشفت التحليلات الإحصائية عن تفاعلات كبيرة بين المجموعة، وتزامن بدء المحفز (SOA)، ومنطقة الدماغ، مما يبرز الديناميات العصبية المختلفة المرتبطة بمطالب المهمة المتنوعة. تسهم هذه النتائج في فهمنا للآليات العصبية التي تكمن وراء إعداد الحركة ودور الاتصال القشري في تعديل سلوك الاستجابة.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2026.121954
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42034235
Publication Date: 2026-04-24
Author(s): Eleonora Arrigoni et al.
Primary Topic: Neural and Behavioral Psychology Studies
Overview
This research investigates the dynamic interplay between the supplementary motor area (SMA) and the right inferior frontal gyrus (rIFG) during action preparation and execution, particularly in response to contextual cues. Using Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) and electroencephalography (EEG) in Go/No-Go tasks with varying target probabilities, the study reveals that α-band connectivity in the rIFG increases in contexts where motor responses are frequently withheld, while the SMA shows a reversed pattern near target onset. Additionally, β-band connectivity is associated with proactive inhibition, increasing when the likelihood of action is low. These findings suggest that the SMA and rIFG exhibit complementary roles, with the SMA enhancing motor readiness and the rIFG supporting inhibitory control, thereby modulating their interactions based on contextual demands.
The study emphasizes the importance of frequency-specific oscillatory dynamics in facilitating flexible motor responses. It proposes that α-band activity in the rIFG is linked to attentional control and context detection, while the SMA’s α-band interactions are crucial for adapting motor readiness. Conversely, β-band connectivity in the SMA balances motor preparation and inhibition, with the rIFG exerting broader inhibitory control. Overall, the research underscores the significance of a network-based perspective in understanding how the brain integrates predictive information to optimize motor outputs, with implications for disorders affecting motor planning and control.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the critical role of action anticipation in enabling the brain to predict and prepare for upcoming events, which is vital for timely and coordinated motor responses. It highlights the involvement of prefrontal and premotor regions, particularly the supplementary motor area (SMA) and the right inferior frontal gyrus (IFG), in modulating motor cortex activity based on anticipated actions. This modulation forms a “break/accelerator” system that facilitates quick and accurate responses to action triggers. The paper references various studies that have identified anticipatory event-related potentials (ERPs) linked to behavioral performance and influenced by contextual information, particularly in Go/No-Go paradigms.
The authors note that the SMA influences motor output through projections to the primary motor cortex (M1), affecting response times, while the right IFG can exert inhibitory effects on M1, particularly when cognitive control is necessary. The introduction also mentions a previous study that explored SMA connectivity using Transcranial Magnetic Stimulation and electroencephalography (TMS-EEG), revealing dynamic changes in SMA-IFG connectivity during action preparation. The current study aims to investigate the inter-regional dynamics of SMA and IFG during action preparation and inhibition, hypothesizing that long-range phase synchronization of neuronal oscillations is a key mechanism for flexible behavioral adaptation in response to contextual demands. Participants will perform a visuomotor Go/No-Go task while their functional connectivity in the alpha and beta bands is assessed at various time points.
Methods
In this study, participants engaged in a Go/No-Go task designed to assess the effects of trial frequency on action preparation. The experimental design included two conditions: Go-Frequent (75% Go, 25% No-Go) and Go-Rare (25% Go, 75% No-Go). To mitigate potential biases from perceptual learning or task carry-over, participants were randomly assigned to one of the two conditions, resulting in two balanced groups of 14 participants each, ensuring equal representation of genders to control for gender-related differences in action preparation styles (Bianco et al., 2020).
The experimental setup involved participants seated comfortably in a semi-reclined position, positioned 114 cm from a 20″ computer screen. They were instructed to respond using their right-hand index finger on a PC mouse. The study comprised two recording sessions, each lasting approximately 2 hours and 30 minutes, separated by a minimum of 48 hours. The only variation between sessions was the site of Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) administration, either the left supplementary motor area (SMA) or the right inferior frontal gyrus (IFG). Prior to the main task, participants completed a practice session to familiarize themselves with the visual stimuli and task instructions, followed by TMS-EEG recording during the Go/No-Go task (Bianco et al., 2023).
Results
The results of the study indicate significant differences in response times (RTs) and accuracy between the Go-Frequent and Go-Rare groups. A statistical analysis of log10(RTs) revealed a significant main effect of ‘Group’ (F(1, 25.9) = 4.81, p = .037), with the Go-Frequent group responding faster (2.67 ± 0.01 seconds) than the Go-Rare group (2.71 ± 0.01 seconds). Additionally, a significant main effect of ‘SOA’ (F(2, 14951.7) = 62.74, p < .001) was observed, where RTs were comparable at the -700 ms and -300 ms SOAs, but significantly higher at the +200 ms SOA (2.7 ± 0.01 seconds). Although the interaction between 'Group' and 'TMS target' was significant (F(1, 25.6) = 5.74, p = .02), post-hoc comparisons did not yield significant differences. In terms of accuracy, all participants performed above 90% correct trials, indicating high task engagement. A significant main effect of 'Group' was found (χ²(1) = 22.22, p < .001), with the Go-Rare group achieving higher accuracy (98 ± 1%) compared to the Go-Frequent group (91.6 ± 1.7%). The interactions of 'SOA' X 'TMS Target' (χ²(2) = 7.49, p = .024) and 'Group' X 'SOA' X 'TMS Target' (χ²(2) = 7.99, p = .02) were also significant, although post-hoc comparisons did not reveal significant differences. Overall, these findings suggest that group membership and SOA significantly influence both response times and accuracy in the task.
Discussion
In this study, 28 healthy right-handed volunteers participated in a modified Go/No-Go task to investigate cortical reactivity during action preparation and initiation using transcranial magnetic stimulation (TMS) and electroencephalography (EEG). Participants were divided into two groups based on the frequency of Go trials, with the Go-Frequent group experiencing 75% Go trials and the Go-Rare group experiencing 75% No-Go trials. TMS was administered either before or after the visual stimulus to assess the effects on brain connectivity, particularly focusing on the left supplementary motor area (SMA) and right inferior frontal gyrus (IFG). The study adhered to ethical standards and ensured participant safety through thorough screening and informed consent.
Results indicated significant differences in alpha and beta-band connectivity patterns between the two groups during preparation trials. The Go-Frequent group exhibited stable connectivity with frontal and parietal regions, while the Go-Rare group showed increased connectivity with frontoparietal areas as the stimulus approached. Notably, the left SMA maintained significant connectivity with the right IFG throughout the preparatory phase in the Go-Rare group, suggesting a heightened state of readiness for action inhibition. Statistical analyses revealed significant interactions between group, stimulus onset asynchrony (SOA), and brain area, highlighting the differential neural dynamics associated with varying task demands. These findings contribute to our understanding of the neural mechanisms underlying action preparation and the role of cortical connectivity in modulating response behavior.