王共強,馬心鋒,金 平,李 波,韓詠竹

(1.安徽中醫(yī)藥大學神經(jīng)病學研究所,安徽 合肥 230038;2.安徽中醫(yī)藥大學神經(jīng)病學研究所附屬醫(yī)院,安徽 合肥 230061)

隨著人口的老齡化,神經(jīng)系統(tǒng)疾病的社會負擔也隨著發(fā)病率的日益增加而加重,神經(jīng)科醫(yī)生的職業(yè)需求與日俱增。元宇宙是一個融合真實世界和虛擬世界的三維(three dimensions, 3D)數(shù)字空間,被認為是未來教育的一種新趨勢。以人工智能技術驅(qū)動的自然語言處理工具為代表的新一代人工智能技術給全球高等教育帶來了新的機遇與挑戰(zhàn),加速了高等教育的變革。筆者嘗試對元宇宙時代下的臨床神經(jīng)病學教學模式的變革及體系構建作一初步探索,以期為臨床神經(jīng)病學專業(yè)的高等教育創(chuàng)新提供新思路。

1 神經(jīng)病學教育現(xiàn)狀

人口老齡化的發(fā)展趨勢使帕金森病、阿爾茨海默病、腦卒中后遺癥等復雜難治性神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病率越來越高,已成為日益嚴重的醫(yī)療負擔和社會問題,這也給神經(jīng)科臨床醫(yī)療帶來新的挑戰(zhàn)。盡管致殘和致命的神經(jīng)系統(tǒng)疾病的終生風險不斷增高,但攻讀神經(jīng)病學臨床專業(yè)的醫(yī)學生人數(shù)仍然在減少。在美國和歐洲,與其他臨床專業(yè)相比,新入職神經(jīng)科醫(yī)生的數(shù)量增長速度要慢得多。有研究[1]表明,預計到2025年,神經(jīng)科醫(yī)生的缺口將達到19%。為了彌補這一不足,并增加醫(yī)學生對從事神經(jīng)病學臨床醫(yī)療職業(yè)的興趣,有必要對神經(jīng)病學教育體系進行評估和創(chuàng)新。神經(jīng)病學課程概念多、邏輯性強,對教師和學生都具有挑戰(zhàn)性[2]。在過去的10年里,神經(jīng)病學教育也發(fā)生部分轉(zhuǎn)變,教育角色的分化越來越明顯,每個角色都有個性化的支持和期望模式。如在神經(jīng)解剖學教學中,由于缺少足夠的臨床前課程,學生無法及時適應和熟悉新的術語,其感知知識的狀態(tài)大幅降低。基于臨床案例的教學方法對學生具有一定的吸引力,但需要教師耗費大量時間進行準備,這就造成在許多資源匱乏的教學環(huán)境中難以展開[3]。此外,對部分視覺空間能力較低的學生而言,從二維(two dimensions, 2D)空間轉(zhuǎn)換至3D空間也具有一定的難度。研究[4]發(fā)現(xiàn),使用網(wǎng)絡資源和計算機輔助學習可以有效增強醫(yī)學生對臨床神經(jīng)解剖學的理解,可作為神經(jīng)解剖學課堂教學的有益補充。教師還可通過移動平臺將神經(jīng)解剖學教學課程內(nèi)容提前分發(fā)至學生,包括3D教程、臨床插圖、注釋圖像和工作表等,并引導學生展開積極的討論。

2 元宇宙與數(shù)字教學

目前,神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷和治療正在發(fā)生巨大的轉(zhuǎn)變,基因療法、細胞療法等新型治療方法已經(jīng)出現(xiàn),神經(jīng)調(diào)控技術的應用范圍正在擴大,并且有更廣泛的治療方法可用于以前無法治療的疾病。數(shù)字醫(yī)學的成果已經(jīng)接近成熟,并將在現(xiàn)代臨床醫(yī)學中占據(jù)顯著地位。數(shù)字醫(yī)學在神經(jīng)病學的臨床診斷方面將發(fā)揮重要作用,如先進的腦血管成像、復雜神經(jīng)系統(tǒng)疾病的遺傳學臨床轉(zhuǎn)化以及疾病治療相關信息檔案的自動化。2022年2月中國首個“元宇宙醫(yī)學聯(lián)盟”在上海成立,元宇宙所帶來的的沉浸式體驗受到醫(yī)學領域的極大關注。元宇宙可為醫(yī)學領域中眾多環(huán)節(jié),如手術前的模擬、手術預案的制定等提供有效和快速的診斷數(shù)據(jù)并進行分析,從而有利于醫(yī)生采取最佳治療策略。新型人工智能、可穿戴設備和傳感器可以顯著提高臨床診療的質(zhì)量。人工智能或機器學習軟件處理的大規(guī)模全基因組測序數(shù)據(jù)陣列推動著臨床神經(jīng)病學向精準醫(yī)療的模式轉(zhuǎn)變。成熟的數(shù)字醫(yī)學平臺可以推進生物醫(yī)學研究,改善醫(yī)療保健系統(tǒng),降低公共衛(wèi)生相關成本,滿足患者對更快和更個性化醫(yī)療的需求,從而降低發(fā)病率,并為延長壽命和提高生活質(zhì)量以及降低死亡率創(chuàng)造先決條件[5]。

3 元宇宙教育模式的構建

元宇宙不是單一技術的成果,而是多種先進技術的融合所呈現(xiàn)的平行于現(xiàn)實世界且高度互通的虛擬世界。構建元宇宙離不開虛擬現(xiàn)實(virtual reality,VR)、增強現(xiàn)實(augmented reality,AR)、數(shù)字孿生(digital twin,DT)、人工智能(artificial intelligence,AI)、第5代移動通信技術(5th-generation mobile communication techonology, 5G)、云計算、區(qū)塊鏈等技術的支持。目前,元宇宙被廣泛認為是互聯(lián)網(wǎng)的下一次發(fā)展,能夠全面提升高等教育的整體質(zhì)量,集中探索和積極應用大數(shù)據(jù)、人工智能、VR/AR、5G應用等新型信息科技在教學場景的應用,全方位賦能教育綜合改革[6]。在教育環(huán)境中,VR是元宇宙最常用的技術,通過加強VR實驗室與教育資源庫建設力度、創(chuàng)建前沿的VR實訓室及體驗中心,從而推進沉浸式教育模式在日常教學中的廣泛應用。例如,其在外科手術、心臟病學和神經(jīng)病學中的應用[7]。一些研究使用擴展現(xiàn)實技術創(chuàng)建解剖結(jié)構的全息博物館,如眼球、腦靜脈系統(tǒng)、腦動脈系統(tǒng)、腦神經(jīng)和大腦的各個部分,使其成為臨床教學的有用工具。采用VR可以為醫(yī)療保健專業(yè)人員提供解剖學指導和外科手術模擬方面的廣泛培訓,這些培訓可以模擬和控制現(xiàn)實生活中難以復制的不同情況。與VR一樣,AR技術也可以用于臨床神經(jīng)病學教學,與傳統(tǒng)神經(jīng)解剖教學相比,AR可以提供更完整的虛擬環(huán)境,在神經(jīng)解剖教學中可以實時顯示3D渲染圖像,同時也可以實現(xiàn)觸覺反饋等其他感官體驗。AR系統(tǒng)的可視化實時操作和對學生的直接反饋,符合傳統(tǒng)解剖課技能訓練的要求,有助于幫助學生進行自主學習,且不受時間和空間的限制。元宇宙是一個多功能平臺,近年來技術飛速發(fā)展使得知識的傳播更為快捷便利,包括基于視頻的講座、音頻課件、在線模塊、評估材料,甚至整個課程[8]。但目前在神經(jīng)病學教育創(chuàng)新方面大都還處于“較低層次”,包括側(cè)重于特定病例體驗的教學,更多強調(diào)問題解決和個人責任,而不是特定知識的學習過程。因此,神經(jīng)病學元宇宙教學模式體系構建可以嘗試從以下兩個方面入手。

3.1 游戲化教學 游戲化教學讓學生在元宇宙中的神經(jīng)病學學習變得更加有趣,在元宇宙中創(chuàng)設的虛擬教學場景設置通關游戲,讓學生有強烈的參與感和成就感。游戲的復雜訓練環(huán)境能夠改善大腦的可塑性及認知能力的發(fā)展,并促進學習。游戲促進學習的機制被理解為游戲能夠增強人的學習能力,即學會學習的能力。如研究者將講授耳鼻喉科概念的游戲化模塊與傳統(tǒng)的幻燈片演示進行對比測試,結(jié)果發(fā)現(xiàn)基于游戲的教育滿意度得分更高[9]。一種簡單有趣的教育方法——帽子游戲已被應用于補充以教師為中心的課程,有研究通過“神經(jīng)病學帽子游戲”教學法向107名醫(yī)學生講授神經(jīng)病學的癥狀學課程,首先向?qū)W生發(fā)放寫有不同神經(jīng)病學癥狀或體征名稱的卡片,然后讓學生相互之間根據(jù)卡片上的癥狀或體征進行相應的動作描繪讓對方判斷。結(jié)果顯示,醫(yī)學生對這種教學方法滿意度較高,這樣的游戲互動教學方法既能提高學習成績,又能激發(fā)積極性[10]。此外,還有研究者運用在線多人角色扮演的游戲平臺,通過交互式任務,使虛擬角色參與基于臨床案例和健康相關的虛擬冒險。這一教學方法特色在于讓學生嘗試在游戲中培養(yǎng)解決問題的技術因素能力,同時也讓教師思考在教學上如何利用好學生的感知挑戰(zhàn),如何通過把握游戲互動中的靈活性來增加學生的知識體驗。例如,玩探險游戲可以增加與工作記憶能力對應腦區(qū)的大腦灰質(zhì),而玩第一人稱射擊游戲能夠改變注意力的神經(jīng)認知加工過程。通過游戲化教學和開發(fā)成功的共享資源,跨項目合作評估新的教學和學習方法,有助于快速推進神經(jīng)病學教育改革。

3.2 虛擬講座與仿真化實踐 傳統(tǒng)的講座一直是醫(yī)學教學的核心方法。在許多現(xiàn)代醫(yī)學課程中,講座已經(jīng)逐漸被自主學習形式所取代,包括基于視頻的講座、基于計算機的學習模塊和其他自主學習,這些方法可能特別有利于神經(jīng)病學的教學。研究[11]表明,成本低廉、重點突出的神經(jīng)病學虛擬講座,因其互動式和可視化的教學場景對醫(yī)學生評估和管理神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的知識和信心產(chǎn)生積極影響,可以進一步增加學生對神經(jīng)病學的興趣,從而增強其治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的信心,促進患者的康復。VR系統(tǒng)已經(jīng)被運用于監(jiān)控疾病的康復過程。如運用軟件系統(tǒng)提供骨科領域的VR培訓和教學模塊,接受培訓的學生可以在3D圖像中看到一系列外科手術演示,由于這一教學過程是虛擬的,學生可親自嘗試,并能得到指導教師的即時反饋以便再次嘗試和糾正[12-13]?？梢?新技術在高等教育中的應用將徹底改變醫(yī)學教學的諸多方面,也將解決現(xiàn)代教育的一些重要困局。翻轉(zhuǎn)課堂是一種新的混合學習教學模式,通過在課堂之外提供在線教學內(nèi)容來扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)的學習環(huán)境,學生翻轉(zhuǎn)成為學習的主導者,而教師的作用是教會學生如何去學習。如在翻轉(zhuǎn)課堂上讓學生主導神經(jīng)病學教學中的課程演示,例如,Babinski征、Lhermitte征等查體方法及臨床定位意義,以及帕金森病、阿爾茨海默病等疾病的發(fā)現(xiàn)過程及臨床特征,或者讓學生觀看在線講座,共同在線討論或在課堂外進行研究,并在教師的指導下運用所學的概念和技能。如今,翻轉(zhuǎn)課堂教學方法正逐漸在醫(yī)學教育中占據(jù)中心位置。如美國神經(jīng)病學學會開發(fā)的“共享課程生態(tài)系統(tǒng)”,內(nèi)容包括各種教學模塊、課程和評估工具等,這些高質(zhì)量的資源可以被學習者快速分類和搜索,以便可以獲得最佳的課程學習選項,打破傳統(tǒng)的機構界限。但是,目前翻轉(zhuǎn)課堂這種教育模式的實施對學生和教師來說仍然是一種挑戰(zhàn)[14]。

高度仿真的數(shù)字化虛擬教學設備能對神經(jīng)系統(tǒng)的自然規(guī)律及疾病發(fā)生進行仿真模擬,讓學生通過操作這些教學設備進行實驗實訓,掌握所需知識和技能,為后期臨床實踐技能做準備。學生只要戴上智能眼鏡,眼前就能夠投射出神經(jīng)系統(tǒng)的解剖網(wǎng)絡,還可以用手勢調(diào)出每個部位的詳細信息,或者將圖像進一步放大進行細致地觀察?；旌象w驗平臺允許不同地點的學生在包括混合現(xiàn)實設備、VR頭盔、智能手機、個人電腦等各種設備中加入3D全息體驗,可以全方位沉浸式展示醫(yī)學生的“數(shù)字化身”聚集在一個全息模型周圍學習人體解剖學,剝離肌肉層探求下面的組織結(jié)構[15-16]。另外,神經(jīng)科學在人工智能方面具有關鍵作用,構建了人工智能的靈感來源,包括模擬人類的智力和大腦結(jié)構的神經(jīng)網(wǎng)絡,有助于理解人腦的工作原理。機器學習在涉及分析人類的思維時,能夠識別復雜數(shù)據(jù)中的模式,破解數(shù)十億個大腦神經(jīng)元協(xié)同工作的秘密。目前,關于神經(jīng)病學家對基于人工智能或機器學習的技術的感知和準備的文獻很少,臨床醫(yī)生尤其是神經(jīng)科醫(yī)生很少有機會系統(tǒng)學習基于人工智能或機器學習方面的技術[17]。因此,需要開發(fā)一門實用的人工智能或機器學習課程,內(nèi)容包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡、機器識別(情緒、語音、運動)、神經(jīng)擬態(tài)視覺、大數(shù)據(jù)輔助診斷臨床決策支持與質(zhì)控管理等,以提高神經(jīng)病學臨床醫(yī)生在這些新技術方面的應用能力。

4 總結(jié)與展望

良好醫(yī)學教育的未來才是臨床醫(yī)療健康發(fā)展的未來。數(shù)據(jù)科學、人工智能和機器學習領域的技術進步使神經(jīng)病學臨床教育實踐正在經(jīng)歷著模式的轉(zhuǎn)變。為了確保臨床醫(yī)療和教學質(zhì)量的平穩(wěn)過渡,神經(jīng)病學授課教師必須具備在臨床實踐中應用這些新技術的知識和能力。隨著教學模式的改革和創(chuàng)新,教師還必須考慮這些模式的變化會對每一位患者產(chǎn)生什么樣的影響。雖然在今后的學習內(nèi)容、學習方式以及教師如何參與這一教學創(chuàng)新過程方面會發(fā)生一些重大變化,但在充分運用現(xiàn)代科學技術進行教學改革的同時,應該明確以人為本這一根本核心教學改革和教學創(chuàng)新的核心。元宇宙的發(fā)展雖然對神經(jīng)病學教育有著深遠的影響,但更為重要的是處理好教師和學生、導師和被指導者、教育項目和社會,尤其是醫(yī)生和患者之間的關系。