Elektrická stimulácia mozgu počas tréningu vo VR zlepší zručnosti chirurgov

Motorické učenie nám umožňuje rozvíjať nové zručnosti, napríklad zvládnuť tenisový servis alebo v prípade chirurga rozvíjať zručnosti presného šitia. V súčasnosti sa chirurgovia môžu učiť tieto typy zručností v prostredí virtuálnej reality (VR) ešte pred prechodom do reálneho sveta.

Výskumníci z Univerzity Johnsa Hopkinsa v USA vyvinuli metódu, ako zlepšiť spôsob, akým sa medici učia chirurgické zručnosti vo virtuálnom prostredí, aby sa ich naučené zručnosti efektívnejšie preniesli do reálneho života.

„Tréning vo virtuálnej realite nie je rovnaký ako tréning v reálnom prostredí a predchádzajúcim výskumom sme ukázali, že môže byť ťažké preniesť zručnosť naučenú v simulácii do reálneho sveta,“ povedal Jeremy Brown, spoluautor štúdie. „Je veľmi ťažké tvrdiť štatistickú presnosť, ale dospeli sme k záveru, že ľudia v štúdii dokázali oveľa ľahšie preniesť zručnosti z virtuálnej reality do reálneho sveta, keď mali túto stimuláciu.“

Brown pod pojmom „táto stimulácia“ myslí jemný elektrický prúd dodávaný do hlavy, presnejšie do mozočku, časti mozgu, ktorá zohráva rozhodujúcu úlohu pri učení založenom na chybách. Neinvazívna stimulácia mozgu (NSM) sa už predtým používala pri pokusoch o zlepšenie motorického učenia. Jednou z foriem NSM, ktorá bola použitá v súčasnej štúdii, je anodálna transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom (atDCS), aplikácia konštantného elektrického prúdu do špecifických oblastí mozgu. Anodálna stimulácia depolarizuje neuróny, čím zvyšuje pravdepodobnosť výskytu akčného potenciálu - rýchlej sekvencie zmien napätia. Akčný potenciál a následné uvoľňovanie neurotransmiterov umožňujú jednému neurónu komunikovať s ostatnými.

Výskumníci získali 36 účastníkov, 17 žien a 19 mužov, s priemerným vekom 27 rokov. Hoci 12 z nich malo lekárske vzdelanie, nikto nemal predchádzajúce skúsenosti s laparoskopiou, robotickou chirurgiou alebo iným teleoperačným zariadením. Každý z nich bol požiadaný, aby vykonal komplexnú vizuálno-motorickú chirurgickú tréningovú úlohu v reálnom alebo virtuálnom prostredí a potom sa prepol do opačného tréningového prostredia. Úloha zahŕňala vedenie zakrivenej chirurgickej ihly cez tri krúžky s polomerom 2 mm rozmiestnené v 45-stupňových krokoch vo vnútri vertikálnej roviny. „Reálne“ tréningové prostredie v kontexte tejto štúdie znamenalo vykonávanie úlohy s použitím súpravy da Vinci Research Kit (dVRK), výskumného robota s otvoreným zdrojovým kódom, na ovládanie chirurgických nástrojov.

Účastníci dostávali buď atDCS, alebo falošnú stimuláciu mozočku počas tréningovej úlohy, ktorú museli vykonávať tromi rýchlosťami: rýchlou, strednou a pomalou. Zatiaľ čo všetci účastníci vykazovali zlepšenie oproti východiskovému stavu, skupiny, ktoré dostávali atDCS mozočku, vykazovali výrazne lepší prenos zručností z virtuálneho do reálneho prostredia pri rýchlych a stredných rýchlostiach, zatiaľ čo skupiny, ktoré dostávali falošnú stimuláciu, nie.

„Skupina, ktorá nedostávala stimuláciu, mala o niečo väčšie problémy s aplikáciou zručností, ktoré sa naučili vo virtuálnej realite, na skutočného robota, najmä pri najzložitejších pohyboch zahŕňajúcich rýchle pohyby,“ povedal Guido Caccianiga, vedúci a zodpovedajúci autor štúdie. „Skupiny, ktoré dostávali stimuláciu mozgu, boli v týchto úlohách lepšie.“

Výskumníci tvrdia, že overenie ich zistení na väčšej vzorke by mohlo významne ovplyvniť tréningové programy robotickej chirurgie. Zlepšenie prenosu zručností prostredníctvom NSM by mohlo urýchliť čas tréningu a skrátiť krivku učenia. Okrem výcviku chirurgov by tento prístup mohol pomôcť pri získavaní zručností v iných odvetviach alebo pri učení vo všeobecnosti.

„Čo keby sme dokázali, že pomocou stimulácie mozgu sa môžete naučiť nové zručnosti za polovicu času?“ povedal Caccianiga. „To je obrovská rezerva v nákladoch, pretože by ste školili ľudí rýchlejšie; mohli by ste ušetriť veľa zdrojov na školenie väčšieho počtu chirurgov alebo inžinierov, ktorí sa budú v budúcnosti často zaoberať týmito technológiami.“

Štúdia bola nedávno uverejnená v magazíne Nature Scientific Reports. Vo videu, ktoré si môžete pozrieť na začiatku článku alebo priamo TU, je zobrazený účastník, ktorý počas tréningu dostáva mozočkovú atDCS.