Motor imagery

Motor imagery (MI), the mental simulation of movement without execution, provides a behavioural tool to evaluate sensorimotor representations. However, its characterisation in young children remains debated. This study investigated age-related differences in MI across early primary school years using a multi-task battery. One hundred and eighteen children aged 5–8 years (61 females), spanning the final year of kindergarten (GSM), first grade (CP), second grade (CE1), and third grade (CE2), completed executed and imagined trials of five functional tasks (standing up, typical gait, precision gait, drawing, and cube handling). Psychometric properties of the battery were evaluated. To ensure feasibility, engagement with imagery tasks was verified by comparing executed-imagined consistency in complexity-duration structure (i.e., complex tasks take longer both when executed and when imagined). Age-related differences were evaluated in terms of execution–imagery isochrony and variability across classes. Internal consistency was excellent (α = .91–.98) and test–retest reliability ranged from moderate to excellent (ICC = .68–.92). Engagement increased by age but already exceeded 70 % in the youngest group. Isochrony improved with age for simpler, highly practised tasks (typical gait, standing up), whereas more complex tasks (precision gait, cube handling) showed stable performance across classes. Variability decreased with age, and older children’s performance became increasingly influenced by task complexity demands. Findings demonstrate that mental chronometry can reliably capture MI abilities in children as young as five, revealing both developmental gains and task-specific constraints. These results highlight the feasibility of MI assessment in early childhood, warranting the need for longitudinal neuroimaging approaches to clarify mechanistic insights.

تصویرسازی حرکتی (MI)، شبیه‌سازی ذهنی حرکت بدون اجرا، ابزاری رفتاری برای ارزیابی بازنمایی‌های حسی‌حرکتی فراهم می‌کند. با این حال، ویژگی‌های آن در کودکان خردسال همچنان محل بحث است. این مطالعه تفاوت‌های مرتبط با سن در MI را در سال‌های ابتدایی دبستان با استفاده از یک مجموعه چندتکلیفی بررسی کرد. صد و هجده کودک ۵ تا ۸ ساله (۶۱ دختر)، شامل سال آخر پیش‌دبستانی (GSM)، پایه اول (CP)، پایه دوم (CE1) و پایه سوم (CE2)، آزمون‌های اجراشده و تصویرسازی‌شده پنج تکلیف عملکردی (برخاستن، راه رفتن معمولی، راه رفتن دقیق، نقاشی و جابجایی مکعب) را کامل کردند. ویژگی‌های روان‌سنجی مجموعه مورد ارزیابی قرار گرفت. برای اطمینان از امکان‌سنجی، مشارکت در تکالیف تصویرسازی با مقایسه سازگاری اجرا-تصویرسازی در ساختار پیچیدگی-مدت زمان (یعنی تکالیف پیچیده‌تر هم در اجرا و هم در تصویرسازی زمان بیشتری می‌برند) بررسی شد. تفاوت‌های مرتبط با سن از نظر هم‌زمانی اجرا-تصویرسازی و تغییرپذیری بین پایه‌ها ارزیابی شد. انسجام درونی عالی بود (α = .91–.98) و پایایی آزمون-بازآزمون از متوسط تا عالی متغیر بود (ICC = .68–.92). مشارکت با افزایش سن بیشتر شد اما حتی در گروه سنی پایین‌تر نیز بیش از ۷۰٪ بود. هم‌زمانی برای تکالیف ساده‌تر و با تمرین بیشتر (راه رفتن معمولی، برخاستن) با افزایش سن بهبود یافت، در حالی که تکالیف پیچیده‌تر (راه رفتن دقیق، جابجایی مکعب) عملکرد پایداری در بین پایه‌ها نشان دادند. تغییرپذیری با افزایش سن کاهش یافت و عملکرد کودکان بزرگ‌تر به طور فزاینده‌ای تحت تأثیر پیچیدگی تکلیف قرار گرفت. یافته‌ها نشان می‌دهد که کرونومتری ذهنی می‌تواند به طور قابل اعتمادی توانایی‌های MI را در کودکانی به سن پنج سالگی اندازه‌گیری کند و هم پیشرفت‌های رشدی و هم محدودیت‌های وابسته به تکلیف را آشکار سازد. این نتایج امکان‌سنجی ارزیابی MI در اوایل کودکی را برجسته می‌کند و نیاز به رویکردهای طولی تصویربرداری عصبی برای روشن شدن بینش‌های مکانیکی را نشان می‌دهد.

OBJECTIVE: The combination of action observation and motor imagery (AO+MI) has emerged as a promising neurorehabilitation strategy to promote sensorimotor plasticity without real movement, making it particularly valuable for individuals whose motor capacity is limited or absent. Improving AO+MI protocols requires understanding whether different observation stimuli engage the sensorimotor system to varying degrees, as the quality of cortical activation during each training trial may directly influence cumulative neuroplastic outcomes. The present study aimed to determine how the observation modality influences the activation of the sensorimotor cortex during synchronous AO+MI. APPROACH: Here, we investigated the effects of three observation modalities: immersive virtual reality (iVR), two-dimensional video and real-world observation of a robotic agent, on sensorimotor cortical engagement, using Event-Related Desynchronization (ERD) as a neurophysiological marker. Electroencephalographic (EEG) signals were recorded from fifteen healthy participants across three sessions, one per modality, while they observed a humanoid robot performing arm elevation movements and simultaneously engaged in motor imagery of the same movements. ERD was computed for alpha and beta frequency bands over eight electrodes covering frontocentral, central, and centroparietal regions. MAIN RESULTS: Statistical analyses revealed significant modality-dependent differences in sensorimotor cortical engagement across multiple frequency bands, electrode locations, and movement types. Immersive virtual reality consistently elicited the strongest desynchronization, with robust effects in the beta band over frontocentral and right centroparietal regions, and in the alpha band over the right central motor cortex. SIGNIFICANCE: These results demonstrate that the modality of action observation significantly shapes sensorimotor cortical engagement during AO+MI. Our findings also support the integration of immersive virtual reality as a neurophysiological grounded tool for optimizing AO+MI-based neurorehabilitation protocols and brain-computer interface applications.

هدف: ترکیب مشاهده عمل و تصویرسازی حرکتی (AO+MI) به‌عنوان یک راهبرد نویدبخش در نوروهیبیلیتیشن برای ارتقای پلاستیسیتی حسی‌حرکتی بدون حرکت واقعی مطرح شده است و به‌ویژه برای افرادی که ظرفیت حرکتی آن‌ها محدود یا غایب است، ارزشمند می‌باشد. بهبود پروتکل‌های AO+MI مستلزم درک این موضوع است که آیا محرک‌های مشاهده‌ای مختلف، سیستم حسی‌حرکتی را به درجات متفاوتی درگیر می‌کنند یا خیر، چرا که کیفیت فعال‌سازی قشری در هر نوبت تمرین ممکن است به‌طور مستقیم بر پیامدهای تجمعی نورولاستیک تأثیر بگذارد. مطالعه حاضر با هدف تعیین چگونگی تأثیر شیوه مشاهده بر فعال‌سازی قشر حسی‌حرکتی در حین AO+MI همزمان انجام شد. روش: در این پژوهش، اثرات سه شیوه مشاهده شامل واقعیت مجازی فراگیر (iVR)، ویدئوی دوبعدی و مشاهده دنیای واقعی یک عامل رباتیک بر درگیری قشری حسی‌حرکتی با استفاده از شاخص غیربسامدسازی وابسته به رویداد (ERD) به‌عنوان نشانگر نوروفیزیولوژیک بررسی شد. سیگنال‌های الکتروانسفالوگرافی (EEG) از پانزده شرکت‌کننده سالم در سه جلسه (هر جلسه یک شیوه) ثبت شد، در حالی که آن‌ها حرکات بالا بردن بازوی یک ربات انسان‌نما را مشاهده می‌کردند و به‌طور همزمان به تصویرسازی حرکتی همان حرکات می‌پرداختند. ERD برای باندهای فرکانسی آلفا و بتا بر روی هشت الکترود پوشش‌دهنده نواحی فرونتو‌سنتـرال، سنتـرال و سنتروپریتال محاسبه شد. نتایج اصلی: تحلیل‌های آماری تفاوت‌های معنادار وابسته به شیوه مشاهده را در درگیری قشری حسی‌حرکتی در چندین باند فرکانسی، محل الکترود و نوع حرکت نشان داد. واقعیت مجازی فراگیر به‌طور پیوسته قوی‌ترین غیربسامدسازی را ایجاد کرد، با اثرات بارز در باند بتا بر نواحی فرونتو‌سنتـرال و سنتروپریتال راست، و در باند آلفا بر قشر حرکتی مرکزی راست. اهمیت: این نتایج نشان می‌دهد که شیوه مشاهده عمل به‌طور معناداری الگوی درگیری قشری حسی‌حرکتی را در حین AO+MI شکل می‌دهد. یافته‌های ما همچنین از ادغام واقعیت مجازی فراگیر به‌عنوان ابزاری مبتنی بر شواهد نوروفیزیولوژیک برای بهینه‌سازی پروتکل‌های نوروهیبیلیتیشن مبتنی بر AO+MI و کاربردهای رابط مغز و رایانه حمایت می‌کند.