Sensorimotor rhythm

This study examined the association between concentration performance and electroencephalographic (EEG) responses according to the learning tools, specifically paper-based and tablet PC-based learning.Thirty healthy college students (10 males and 20 females) completed various concentration tasks using both learning tools in a within-subject design, and EEG data were also collected from a subset of 10 participants as a pilot analysis.The EEG signals were recorded using 15 electrodes placed according to the international 10-20 system, and a sensorimotor rhythm (SMR) was selected as the primary EEG indicator because of its association with sustained attention.The behavioral concentration test scores did not differ significantly between the two learning conditions.On the other hand, exploratory EEG analysis revealed a significant difference in SMR frequency between learning conditions, with tablet PC-based learning associated with higher mean SMR frequency compared to paper-based learning.These findings suggest that different learning tools may be associated with differences in neurophysiological concentration states, even when the short-term behavioral performance is comparable.Nevertheless, the results should be interpreted cautiously given the limited EEG sample size.This study provides preliminary evidence supporting further investigation of learning media effects using larger samples and more ecologically valid learning tasks.

این مطالعه به بررسی ارتباط بین عملکرد تمرکز و پاسخ‌های الکتروانسفالوگرافی (EEG) بر اساس ابزارهای یادگیری، به‌ویژه یادگیری مبتنی بر کاغذ و یادگیری مبتنی بر رایانه لوحی (Tablet PC)، پرداخت. سی دانشجوی سالم دانشگاه (۱۰ مرد و ۲۰ زن) در یک طرح درون‌گروهی، وظایف مختلف تمرکز را با استفاده از هر دو ابزار یادگیری انجام دادند و داده‌های EEG نیز از زیرمجموعه‌ای متشکل از ۱۰ شرکت‌کننده به عنوان تحلیل مقدماتی جمع‌آوری شد. سیگنال‌های EEG با استفاده از ۱۵ الکترود که بر اساس سیستم بین‌المللی ۲۰-۱۰ قرار داده شده بودند، ثبت گردید و ریتم حسی‌حرکتی (SMR) به عنوان شاخص اصلی EEG انتخاب شد، زیرا با توجه پایدار مرتبط است. نمرات آزمون رفتاری تمرکز بین دو شرایط یادگیری تفاوت معناداری نشان نداد. از سوی دیگر، تحلیل اکتشافی EEG تفاوت معناداری را در فرکانس SMR بین شرایط یادگیری نشان داد، به‌طوری که یادگیری مبتنی بر رایانه لوحی با میانگین فرکانس SMR بالاتری نسبت به یادگیری مبتنی بر کاغذ همراه بود. این یافته‌ها نشان می‌دهد که ابزارهای مختلف یادگیری ممکن است با تفاوت‌هایی در وضعیت‌های نوروفیزیولوژیک تمرکز مرتبط باشند، حتی زمانی که عملکرد رفتاری کوتاه‌مدت مشابه است. با این حال، با توجه به حجم نمونه محدود EEG، نتایج باید با احتیاط تفسیر شود. این مطالعه شواهد مقدماتی را برای حمایت از تحقیقات بیشتر درباره اثرات رسانه‌های یادگیری با استفاده از نمونه‌های بزرگ‌تر و وظایف یادگیری با اعتبار بوم‌شناختی بیشتر فراهم می‌کند.

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.