DOI: https://doi.org/10.3389/fneur.2026.1719660
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41929604
تاريخ النشر: 2026-03-18
المؤلف: Nathan T. Palladino وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات علم النفس العصبي والسلوكي
نظرة عامة
تبحث الورقة البحثية في أنماط تنشيط القشرة المرتبطة بمهام الطلاقة اللفظية (VF) – الطلاقة الحرفية (LF) والطلاقة الدلالية (SF) – داخل القشرة الجبهية الأمامية (PFC) باستخدام قياس الطيف القريب من الأشعة تحت الحمراء الوظيفية (fNIRS). تعتبر مهام VF تقييمات نفسية عصبية أساسية تقيم الوظائف التنفيذية واللغة وسرعة المعالجة، وتظهر ارتباطات معرفية وتشريحية عصبية مميزة. شملت الدراسة 26 مشاركًا يتحدثون الإنجليزية من طلاب الجامعات يؤدون مهام LF وSF، وكشفت أن مهام LF استخدمت موارد PFC الأمامية بشكل أكبر، بينما نشطت مهام SF مناطق PFC الخلفية اليسرى بشكل أكبر. أظهرت كلا المهام زيادة في التنشيط المنتشر مقارنةً بمقاييس الخط الأساسي.
تدعم النتائج النظريات الحالية المتعلقة بالانخراط المختلف لمناطق الدماغ الجبهية والزمانية خلال مهام VF. على وجه التحديد، يرتبط LF بتنشيط PFC الأمامي، بينما يرتبط SF بتنشيط PFC الخلفي. تسلط الدراسة الضوء على إمكانية استخدام fNIRS كطريقة تصوير فعالة من حيث التكلفة وقابلة للنقل للتطبيقات السريرية، مما يشير إلى أنها قد تعزز من دقة التقييمات المعرفية عند دمجها مع الاختبارات النفسية العصبية التقليدية. بشكل عام، تسهم هذه الأبحاث في فهم الأسس العصبية للطلاقة اللفظية وآثارها على الممارسة السريرية.
مقدمة
تناقش المقدمة الطلاقة اللفظية (VF) كاختبار سريع لتوليد الكلمات، مع تسليط الضوء على نوعين رئيسيين: الطلاقة الحرفية (LF) والطلاقة الدلالية (SF). تتضمن LF توليد كلمات تبدأ بحرف معين، بينما تتطلب SF تسمية كلمات من فئة محددة. تشارك كلا المهام العمليات المعرفية مثل القدرات اللغوية والانتباه وسرعة المعالجة والوظائف التنفيذية، وغالبًا ما تُستخدم في التقييمات النفسية العصبية لتمييز بين أنواع العجز المعرفي، خاصة في حالات مثل مرض الزهايمر. تم استكشاف الارتباطات التشريحية العصبية لـ LF وSF، مما يكشف أن LF يتأثر بشكل أكبر بالإصابات الجبهية اليسرى، بينما يرتبط SF بالتجاعيد الزمنية وأجزاء من التجاعيد الجبهية السفلية.
تؤكد المقدمة أيضًا على فائدة قياس الطيف القريب من الأشعة تحت الحمراء الوظيفية (fNIRS) في تقييم نشاط الدماغ المرتبط بمهام VF من خلال قياس التغيرات الديناميكية الدموية في المناطق القشرية. بينما أظهرت fNIRS ارتباطات مع تقنيات تصوير عصبي أخرى، كانت تطبيقاتها في مقارنة مهام LF وSF محدودة، خاصة في السكان الناطقين باللغة الإنجليزية. تهدف الدراسة الحالية إلى التحقيق في الفروق بين LF وSF داخل القشرة الجبهية الأمامية (PFC) بين عينة غير سريرية تتحدث الإنجليزية، مما يعزز فهم مشاركة PFC في مهام VF وآثارها السريرية المحتملة.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم تجنيد ستة وعشرون طالبًا جامعيًا (N = 26؛ 22 إناث و4 ذكور) تتراوح أعمارهم بين 18-23 عامًا من كلية في الغرب الأوسط من الولايات المتحدة. كان مطلوبًا من المشاركين أن يكونوا ناطقين أصليين باللغة الإنجليزية دون طلاقة في أي لغة أخرى وخالين من حالات عصبية. تم إجراء استبيان ديموغرافي لتأكيد هذه المعايير. كانت بيئة الاختبار خاضعة للرقابة، حيث كانت مضاءة بشكل خافت وخالية من المشتتات. تم تجهيز المشاركين بنظام قبعة قياس الطيف القريب من الأشعة تحت الحمراء (NIRS) مع 8 مصادر و7 كواشف (NIRSport2، الإصدار 2021.9.0) لقياس نشاط الدماغ في القشرة الجبهية الأمامية (PFC) باستخدام تخطيط يتضمن 20 قناة قشرية قياسية وسبع قنوات كاشف قصيرة، وضعت وفقًا لنظام 10-10 الدولي.
بعد تركيب قبعة NIRS، شارك المشاركون في مهمة الطلاقة اللفظية (VF) بتصميم كتلة عشوائية باستخدام PsychoPy foot_2 على جهاز كمبيوتر محمول. تتكون هذه المهمة من ثلاث تحفيزات حرفية مدتها 60 ثانية (F، A، S) وثلاث تحفيزات دلالية (حيوانات، فواكه، مهن)، مع ترتيب التحفيزات عشوائيًا لكل مشارك. تم تسجيل ردود المشاركين اللفظية وتقييمها بعد المهمة. بالإضافة إلى ذلك، تم جمع قراءتين لحالة الراحة لمدة 30 ثانية: واحدة قبل أي مهام وأخرى بعد فترة استرداد مدتها 20 ثانية بعد المهمة الأخيرة. عمل جهاز NIRSport2 عند طولين موجيين 760 نانومتر و850 نانومتر، بمعدل أخذ عينات يبلغ حوالي 10.17 هرتز.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى أنه لم تكن هناك اختلافات كبيرة في أداء الطلاقة اللفظية (VF) بين مهام التردد المنخفض (LF) والتردد العالي (SF)، كما يتضح من اختبار t لعينة مزدوجة يظهر قيمة p تساوي 0.42. كان متوسط عدد الكلمات المولدة لكل تجربة مشابهًا لكلا المهام، حيث حققت LF متوسطًا قدره 13.54 (SD = 3.49) وSF متوسطًا قدره 14.17 (SD = 3.15).
فيما يتعلق بالاستجابات العصبية الفيزيولوجية، لوحظت تغييرات كبيرة في مستويات الهيموغلوبين المؤكسد (ΔHbO) والهيموغلوبين غير المؤكسد (ΔHbR) في القشرة الجبهية الأمامية (PFC) خلال كل من مهام LF وSF مقارنةً بحالات الراحة الأساسية. على وجه التحديد، كانت هناك زيادة كبيرة في ΔHbO (p < 0.001) في 20 قناة لـ LF و18 قناة لـ SF، إلى جانب انخفاض كبير في ΔHbR عبر نفس القنوات. من الجدير بالذكر أن LF أظهرت زيادة أكثر اتساقًا في ΔHbO وانخفاضًا في ΔHbR، بينما أظهرت SF تباينًا أكبر في مستويات ΔHbO. عند مقارنة LF بـ SF، وُجدت اختلافات كبيرة في 18 من 20 قناة لـ ΔHbR و16 من 20 قناة لـ ΔHbO، حيث كانت LF مرتبطة عمومًا بزيادة أعلى في ΔHbO في PFC الأيسر، بينما أظهرت SF انخفاضًا في ΔHbR بشكل أساسي في PFC الخلفي الأيسر. أشارت أحجام التأثير إلى أن LF كان لها أكبر التأثيرات في PFC الأمامي والخلفي الأيسر، بينما كانت تأثيرات SF أكثر وضوحًا في المناطق الخلفية اليمنى والوسطى الخلفية.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في الدراسة الضوء على الدور المهم للقشرة الجبهية الأمامية (PFC) في مهام الطلاقة اللفظية (VF)، مع التأكيد على مشاركتها في الوظائف التنفيذية مثل الذاكرة العاملة والمرونة المعرفية. تشير النتائج إلى أن كل من مهام الطلاقة المعجمية (LF) والطلاقة الدلالية (SF) تنشط PFC، وإن كان في مناطق مميزة؛ حيث يرتبط LF بتنشيط PFC الأمامي بشكل أكبر، بينما يرتبط SF بتنشيط PFC الخلفي. تشير هذه التمايزات إلى أن المطالب المعرفية لمهام LF تتطلب جهدًا تنفيذيًا أكبر مقارنةً بمهمات SF، على الرغم من عدم وجود اختلاف كبير في عدد الكلمات المولدة بين الاثنين.
تمتد آثار الدراسة إلى السياقات السريرية، مما يشير إلى أن الأداء الضعيف في مهام SF قد لا يدل فقط على خلل في الفص الزمني، حيث يمكن أن تكون الأنظمة الجبهية أيضًا متورطة. يقترح المؤلفون أن fNIRS يمكن أن تكون أداة قيمة في تقييم وظيفة الفص الجبهي في حالات مختلفة، بما في ذلك مرض الزهايمر، حيث قد تظل SF سليمة في المراحل المبكرة. ومع ذلك، يعترف المؤلفون بالقيود المتعلقة بحجم العينة والتجانس، داعين إلى إجراء أبحاث مستقبلية تشمل مجموعة سكانية أكثر تنوعًا واستخدام تقنيات تسجيل مكانية متقدمة لتحسين دقة رسم خرائط مناطق الدماغ.
DOI: https://doi.org/10.3389/fneur.2026.1719660
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41929604
Publication Date: 2026-03-18
Author(s): Nathan T. Palladino et al.
Primary Topic: Neural and Behavioral Psychology Studies
Overview
The research paper investigates the cortical activation patterns associated with verbal fluency (VF) tasks—letter fluency (LF) and semantic fluency (SF)—within the prefrontal cortex (PFC) using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS). VF tasks are essential neuropsychological assessments that evaluate executive function, language, and processing speed, and they exhibit distinct cognitive and neuroanatomical correlates. The study involved 26 English-speaking undergraduate participants performing both LF and SF tasks, revealing that LF tasks engaged more anterior PFC resources, while SF tasks activated more left posterior PFC regions. Both tasks demonstrated increased diffuse activation compared to baseline measures.
The findings support existing theories regarding the differential engagement of frontal and temporal brain regions during VF tasks. Specifically, LF is linked to anterior PFC activation, whereas SF is associated with posterior PFC activation. The study highlights the potential of fNIRS as a cost-effective and portable imaging method for clinical applications, suggesting that it could enhance the specificity of cognitive assessments when combined with traditional neuropsychological tests. Overall, this research contributes to the understanding of the neural underpinnings of verbal fluency and its implications for clinical practice.
Introduction
The introduction discusses verbal fluency (VF) as a rapid word-generation test, highlighting two primary types: letter fluency (LF) and semantic fluency (SF). LF involves generating words that start with a specific letter, while SF requires naming words from a designated category. Both tasks engage cognitive processes such as language abilities, attention, processing speed, and executive functions, and are often utilized in neuropsychological evaluations to differentiate between types of cognitive impairment, particularly in conditions like Alzheimer’s Disease. The neuroanatomical correlates of LF and SF have been explored, revealing that LF is more adversely affected by left frontal lesions, whereas SF is associated with the temporal gyri and parts of the inferior frontal gyri.
The introduction also emphasizes the utility of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) in assessing brain activity related to VF tasks by measuring hemodynamic changes in cortical areas. While fNIRS has shown correlations with other neuroimaging techniques, its application in comparing LF and SF tasks has been limited, particularly in English-speaking populations. The current study aims to investigate the differences in LF and SF within the prefrontal cortex (PFC) among a non-clinical, English-speaking sample, thereby enhancing the understanding of PFC involvement in VF tasks and its potential clinical implications.
Methods
In this study, twenty-six undergraduate students (N = 26; 22 females and 4 males) aged 18-23 years were recruited from a Midwestern college in the United States. Participants were required to be native English speakers without fluency in any other language and free from neurological conditions. A demographic survey was administered to confirm these criteria. The testing environment was controlled, being dimly lit and devoid of distractions. Participants were fitted with an 8 source x 7 detector Near-Infrared Spectroscopy (NIRS) cap system (NIRSport2, version 2021.9.0) to measure brain activity in the prefrontal cortex (PFC) using a montage that included 20 standard cortical channels and seven short detector channels, placed according to the international 10-10 system.
After fitting the NIRS cap, participants engaged in a randomized block design verbal fluency (VF) task using PsychoPy foot_2 on a laptop. This task comprised three 60-second timed letter prompts (F, A, S) and three semantic prompts (animals, fruit, professions), with the order of prompts randomized for each participant. Participants’ verbal responses were recorded and scored post-task. Additionally, two 30-second resting state baseline readings were collected: one prior to any tasks and another following a 20-second recovery period after the final task. The NIRSport2 device operated at dual wavelengths of 760 nm and 850 nm, with a sampling rate of approximately 10.17 Hz.
Results
The results of the study indicate that there were no significant differences in verbal fluency (VF) performance between the low-frequency (LF) and high-frequency (SF) tasks, as evidenced by a paired sample t-test showing a p-value of 0.42. The average number of words generated per trial was similar for both tasks, with LF yielding a mean of 13.54 (SD = 3.49) and SF a mean of 14.17 (SD = 3.15).
In terms of neurophysiological responses, significant changes were observed in oxygenated hemoglobin (ΔHbO) and deoxygenated hemoglobin (ΔHbR) levels in the prefrontal cortex (PFC) during both LF and SF tasks compared to baseline resting states. Specifically, there was a significant increase in ΔHbO (p < 0.001) in 20 channels for LF and 18 channels for SF, alongside a significant decrease in ΔHbR across the same channels. Notably, LF showed a more consistent increase in ΔHbO and decrease in ΔHbR, while SF exhibited greater variability in ΔHbO levels. When comparing LF to SF, significant differences were found in 18 of 20 channels for ΔHbR and 16 of 20 channels for ΔHbO, with LF generally associated with higher ΔHbO in the left PFC and SF showing lower ΔHbR primarily in the left posterior PFC. The effect sizes indicated that LF had the largest impacts in the anterior and left posterior PFC, while SF's effects were more pronounced in the right posterior and medial posterior regions.
Discussion
The discussion section of the study highlights the significant role of the prefrontal cortex (PFC) in verbal fluency (VF) tasks, emphasizing its involvement in executive functions such as working memory and cognitive flexibility. The findings indicate that both lexical fluency (LF) and semantic fluency (SF) tasks activate the PFC, albeit in distinct regions; LF is more associated with anterior PFC activation, while SF correlates with posterior PFC activation. This differentiation suggests that the cognitive demands of LF tasks require greater executive effort compared to SF tasks, despite no significant difference in the number of words generated between the two.
The study’s implications extend to clinical contexts, suggesting that poor performance on SF tasks may not solely indicate temporal lobe dysfunction, as frontal systems could also be implicated. The authors propose that fNIRS could be a valuable tool in assessing frontal lobe function in various conditions, including Alzheimer’s Disease, where SF may remain intact in early stages. However, the authors acknowledge limitations related to sample size and homogeneity, advocating for future research to include a more diverse population and to utilize advanced spatial registration techniques for improved accuracy in brain region mapping.