motor cortex

Background Athletic performance in open-skill sports depends on the efficient integration of cognitive and motor processes under dual-task (DT) conditions. Reliable measurement of these processes is a prerequisite for assessing the functional profile of young athletes (aged 13–15) and for guiding training. Objective This study examined the test-retest reliability (TRR) of center-of-pressure (COP) and fNIRS-derived cortical activation metrics across zero-load, low-load, and high-load conditions, assessed the reliability of N-back performance under the two dual-task conditions, and descriptively compared cortical activation patterns across load conditions in adolescent basketball players. Methods Twenty male adolescent basketball players completed a within-subject test-retest protocol involving two visits separated by 7 days. At each visit, participants performed quiet stance alone under the zero-load condition and concurrently with auditory 0-back and 2-back tasks under the low-load and high-load conditions, respectively. Test-retest reliability was quantified using intraclass correlation coefficients (ICCs) for COP indices and fNIRS-derived t-statistics in the bilateral prefrontal cortex (PFC) and motor cortex (MC) across all three load conditions, and for N-back accuracy and reaction time under the two dual-task conditions. Results Most indices yielded moderate-to-excellent point estimates of reliability (ICC range: 0.609–0.984), although precision varied, with several 95% confidence intervals spanning multiple reliability categories. COP whole path length, path length per unit area, and the N-back metrics showed good-to-excellent point estimates (ICC ≥ 0.784), and fNIRS-derived t-statistics in the PFC and MC reached ICCs of up to 0.984 under high-load conditions. Within the COP domain, whole path length, circumference area, and path length per unit area constitute three non-redundant indices; mean sway velocity is a duration-normalized expression of whole path length (MSV = WPL/T) and is therefore not counted as separate reliability evidence. Grand-average maps of fNIRS-derived GLM t-statistics appeared qualitatively similar across sessions. Conclusion These findings provide preliminary test-retest reliability estimates for selected multimodal neurobehavioral measures in male adolescent basketball players although reliability alone does not establish clinical utility and estimates with wide confidence intervals require confirmation in larger samples. Whether these measures can support monitoring of cognition–action coupling or inform interventions remains to be determined in future validity and responsiveness studies.

زمینه: عملکرد ورزشی در ورزش‌های مهارت باز به ادغام کارآمد فرایندهای شناختی و حرکتی تحت شرایط دو‌وظیفه‌ای (DT) وابسته است. اندازه‌گیری پایا از این فرایندها پیش‌نیاز ارزیابی نمایه عملکردی ورزشکاران جوان (۱۳ تا ۱۵ ساله) و هدایت تمرینات است. هدف: این مطالعه پایایی آزمون-بازآزمون (TRR) شاخص‌های مرکز فشار (COP) و شاخص‌های فعال‌سازی قشری استخراج‌شده از fNIRS را در شرایط بدون بار، بار کم و بار زیاد بررسی کرد، پایایی عملکرد N-back را در دو وضعیت دو‌وظیفه‌ای ارزیابی نمود و الگوهای فعال‌سازی قشری را به طور توصیفی در شرایط مختلف بار در بازیکنان نوجوان بسکتبال مقایسه کرد. روش‌ها: بیست بازیکن نوجوان پسر بسکتبال در یک پروتکل آزمون-بازآزمون درون‌گروهی با دو جلسه به فاصله ۷ روز شرکت کردند. در هر جلسه، شرکت‌کنندگان ایستادن ساکت را به تنهایی در شرایط بدون بار و به طور همزمان با تکالیف شنیداری 0-back و 2-back به ترتیب در شرایط بار کم و بار زیاد انجام دادند. پایایی آزمون-بازآزمون با استفاده از ضریب همبستگی درون‌کلاسی (ICC) برای شاخص‌های COP و آمار t استخراج‌شده از fNIRS در قشر پیش‌پیشانی دوطرفه (PFC) و قشر حرکتی (MC) در هر سه وضعیت بار و همچنین برای دقت و زمان واکنش N-back در دو وضعیت دو‌وظیفه‌ای محاسبه شد. نتایج: اکثر شاخص‌ها برآوردهای نقطه‌ای پایایی متوسط تا عالی را نشان دادند (دامنه ICC: ۰.۶۰۹ تا ۰.۹۸۴)، هرچند دقت متغیر بود و چندین فاصله اطمینان ۹۵٪ چند دسته پایایی را در بر می‌گرفتند. طول کل مسیر COP، طول مسیر به ازای واحد سطح و شاخص‌های N-back برآوردهای نقطه‌ای خوب تا عالی داشتند (ICC ≥ ۰.۷۸۴) و آمار t استخراج‌شده از fNIRS در PFC و MC در شرایط بار زیاد به ICC تا ۰.۹۸۴ رسید. در حوزه COP، طول کل مسیر، مساحت محیطی و طول مسیر به ازای واحد سطح سه شاخص غیرتکراری هستند؛ میانگین سرعت نوسان، بیان نرمال‌شده بر حسب زمان از طول کل مسیر است (MSV = WPL/T) و بنابراین به عنوان شواهد پایایی جداگانه محسوب نمی‌شود. نقشه‌های میانگین کلی آمار t مدل خطی تعمیم‌یافته (GLM) استخراج‌شده از fNIRS در جلسات مختلف به طور کیفی مشابه بودند. نتیجه‌گیری: این یافته‌ها برآوردهای مقدماتی پایایی آزمون-بازآزمون برای برخی شاخص‌های نورو‌رفتاری چندوجهی در بازیکنان نوجوان پسر بسکتبال ارائه می‌دهد، هرچند پایایی به تنهایی سودمندی بالینی را اثبات نمی‌کند و برآوردهایی با فاصله اطمینان وسیع نیازمند تأیید در نمونه‌های بزرگ‌تر هستند. اینکه آیا این شاخص‌ها می‌توانند از پایش همبستگی شناخت-عمل یا طراحی مداخلات حمایت کنند، نیازمند بررسی در مطالعات آتی روایی و پاسخگویی است.

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.