Der innovative Ansatz der Johns Hopkins University zur Verbesserung chirurgischer Fähigkeiten: Eine Studie über elektrische Ströme und Fähigkeitstransfer

von Klaus Müller
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Brain Stimulation Surgery Training

Forscher der Johns Hopkins University haben herausgefunden, dass die Anwendung einer leichten elektrischen Stimulation des Kleinhirns die Fähigkeit, in der virtuellen Realität erlernte Fähigkeiten auf reale Szenarien anzuwenden, insbesondere in der Roboterchirurgie, erheblich verbessert. Diese bahnbrechende Technik zeigte bemerkenswerte Verbesserungen der manuellen Fähigkeiten von Teilnehmern, die noch keine Erfahrung in Chirurgie oder Robotik hatten. Dieser Fortschritt könnte die Ausbildungspraktiken in verschiedenen Hochtechnologiebereichen, einschließlich der Medizin- und Robotikbranche, verändern. Quelle: SciTechPost.com

Die Studie ergab, dass Personen, die einer sanften elektrischen Stimulation der Kleinhirnregion des Gehirns unterzogen wurden, Fähigkeiten besser aus einer Virtual-Reality-Umgebung auf tatsächliche Roboterchirurgieaufgaben übertragen konnten. Diese Methode erwies sich für Personen ohne Vorkenntnisse in chirurgischen oder robotergestützten Eingriffen als wirksam.

Jeremy D. Brown, Robotiker an der Johns Hopkins University und Hauptautor der Studie, betonte die Herausforderungen bei der Umsetzung von Virtual-Reality-Schulungen in reale Anwendungen. Er stellt fest, dass diese Forschung wichtige Erkenntnisse darüber liefert, wie die Stimulation des Gehirns, insbesondere des Kleinhirns, den Erwerb und die Anwendung von Fähigkeiten in Operationssälen verbessern kann, in denen das Training zunehmend auf digitale Simulationen angewiesen ist.

Brown, Inhaber der John C. Malone Associate Professorship für Maschinenbau, betonte die Schwierigkeit, präzise statistische Messungen zu erzielen. Die Studie kam jedoch zu dem Schluss, dass Teilnehmer, die eine Kleinhirnstimulation erhielten, die in virtuellen Umgebungen erlernten Fähigkeiten besser auf tatsächliche Szenarien anwenden konnten.

Die Ergebnisse wurden am 20. Dezember in Nature Scientific Reports veröffentlicht.

In der Studie führten die Teilnehmer eine Aufgabe durch, bei der sie eine chirurgische Nadel durch drei kleine Öffnungen trieben, zunächst in einer virtuellen Simulation und anschließend in einer realen Umgebung mit dem da Vinci Research Kit, einem Open-Source-Roboter. Die Aufgaben ahmten Handlungen nach, die für Operationen an Bauchorganen erforderlich sind.

Die Teilnehmer unterzogen sich einer nicht-invasiven Hirnstimulation durch Elektroden, die auf ihrer Kopfhaut angebracht wurden und auf das Kleinhirn zielten. Während die Hälfte der Gruppe während des gesamten Tests eine kontinuierliche Stimulation erhielt, erhielt die andere Hälfte nur eine kurze anfängliche Stimulation.

Diejenigen, die eine kontinuierliche elektrische Stimulation erlebten, zeigten eine deutliche Verbesserung der manuellen Geschicklichkeit, obwohl sie keine Erfahrung in Chirurgie oder Robotik hatten.

Guido Caccianiga, ein ehemaliger Johns-Hopkins-Roboter, jetzt am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme und leitender Designer der Experimente, stellte fest, dass diejenigen ohne Stimulation größere Herausforderungen bei der Anwendung von Fähigkeiten aus virtuellen auf reale Szenarien hatten, insbesondere bei komplexen Aufgaben, die schnelle Bewegungen erfordern.

Die Forschung erweitert das bestehende Wissen über nichtinvasive Hirnstimulation, die typischerweise beim motorischen Lernen für die Rehabilitationstherapie eingesetzt wird. Laut Co-Autorin Gabriela Cantarero, einer ehemaligen Assistenzprofessorin an der Johns Hopkins, untersucht diese Studie das Potenzial der Hirnstimulation, Chirurgen und anderen beim Erwerb realer Fähigkeiten zu helfen.

Während der Studie nahmen die Teilnehmer an Virtual-Reality-Simulationen von Nadeleintreibübungen teil, während sie sich einer Gehirnstimulation unterzogen, wie in einem Bild von Guido Caccianiga von der Johns Hopkins University gezeigt wird.

Roboterchirurgiesysteme, die menschliche Fähigkeiten verbessern und eine größere Präzision und Kontrolle ermöglichen, werden im Training von dieser Art der Hirnstimulation profitieren. Die Technik hat auch Auswirkungen auf das Erlernen von Fertigkeiten in anderen Branchen, die auf Virtual-Reality-Training angewiesen sind.

Caccianiga spekulierte über die breiteren Einsatzmöglichkeiten dieser Methode und schlug vor, dass sie den Lernprozess für verschiedene Fähigkeiten beschleunigen und dadurch Zeit und Ressourcen bei der Ausbildung von Fachkräften in der Chirurgie, im Ingenieurwesen und in anderen Bereichen sparen könnte, die diese Technologien häufig nutzen.

Die Studie mit dem Titel „Anodal cerebellar t-DCS beeinflusst das Erlernen und Übertragen von Fertigkeiten auf eine Trainingsaufgabe in der Roboterchirurgie“ wurde gemeinsam von Ronan A. Mooney von der Johns Hopkins University School of Medicine und Pablo A. Celnik vom Shirley Ryan AbilityLab verfasst und veröffentlicht mit dem DOI: 10.1038/s41598-023-47404-1.

Häufig gestellte Fragen (FAQs) zur Ausbildung in Hirnstimulationschirurgie

Was verrät die Johns-Hopkins-Studie über Hirnstimulation und chirurgisches Training?

Die Studie der Johns Hopkins University zeigt, dass eine milde elektrische Stimulation des Kleinhirns die Fähigkeit, in der virtuellen Realität erlernte Fähigkeiten auf reale Aufgaben in der Roboterchirurgie zu übertragen, erheblich verbessert. Dieser Befund deutet auf einen möglichen Durchbruch bei medizinischen und technologischen Trainingsmethoden hin.

Wie verbessert die Hirnstimulation die Fähigkeiten in der Roboterchirurgie?

Die Stimulation des Gehirns, insbesondere des Kleinhirns, hilft Einzelpersonen beim Erlernen und Anwenden von Fähigkeiten aus Virtual-Reality-Simulationen auf reale Szenarien wie Roboterchirurgie. Diese Methode zeigte eine deutliche Verbesserung der Geschicklichkeit und der Anwendungsfähigkeiten der Teilnehmer, auch ohne vorheriges chirurgisches oder robotisches Training.

Welche Methoden wurden in der Johns Hopkins-Studie zur Hirnstimulation verwendet?

Die Teilnehmer der Studie unterzogen sich einer nichtinvasiven Hirnstimulation durch Elektroden, die auf der Kopfhaut angebracht wurden und auf das Kleinhirn zielten. Sie führten Aufgaben in einer virtuellen Simulation und dann in einem realen Szenario durch, wobei sie das da Vinci Research Kit, ein Roboterwerkzeug, verwendeten, um chirurgische Eingriffe nachzuahmen.

Welche weiteren Auswirkungen hat diese Studie auf die Ausbildung in High-Tech-Branchen?

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die nichtinvasive Hirnstimulation Trainingsmethoden nicht nur in der Medizin, sondern auch in anderen High-Tech-Branchen, die für den Kompetenzerwerb auf virtuelle Realität angewiesen sind, revolutionieren könnte. Dies könnte zu effizienteren und effektiveren Schulungsprogrammen in verschiedenen Bereichen führen.

Wer waren die Hauptforscher, die an dieser Studie beteiligt waren?

Die Studie wurde von Jeremy D. Brown, einem Robotiker an der Johns Hopkins University, zusammen mit Guido Caccianiga, einem ehemaligen Johns Hopkins-Roboter, jetzt am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, und den Co-Autoren Ronan A. Mooney von der Johns Hopkins University geleitet School of Medicine und Pablo A. Celnik vom Shirley Ryan AbilityLab.

Mehr über die Ausbildung in Hirnstimulationschirurgie

  • Johns Hopkins Universität
  • Nichtinvasive Hirnstimulation
  • da Vinci-Forschungskit
  • Virtuelle Realität in der Medizin
  • Zeitschrift für wissenschaftliche Berichte
  • Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme
  • Shirley Ryan AbilityLab

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5 Kommentare

David Lee Dezember 20, 2023 - 4:17 pm

Huh, ich hätte nie gedacht, dass das Kleinhirn eine so große Rolle beim Kompetenztransfer spielt, ich muss die Wissenschaft lieben! Dies könnte die Art und Weise verändern, wie wir Chirurgen ausbilden.

Antwort
Mike Smith Dezember 20, 2023 - 9:18 pm

Das ist interessant, aber ich bin etwas skeptisch. Wie sicher ist es, das Gehirn auf diese Weise zu stimulieren? Ich muss mehr darüber lesen.

Antwort
Emily Wang Dezember 21, 2023 - 1:12 am

Ich habe darüber in SciTechPost gelesen, die Berichterstattung war ziemlich detailliert. Es ist unglaublich zu sehen, wie weit die Technologie fortgeschritten ist, insbesondere in der Medizin.

Antwort
Sarah Johnson Dezember 21, 2023 - 2:06 am

erstaunliche Forschung! Es ist faszinierend zu sehen, wie VR auf so praktische Weise genutzt werden kann. Die Zukunft der Medizin ist da, Leute.

Antwort
Jane Doe Dezember 21, 2023 - 2:41 am

Wow, das ist wirklich cool! Johns Hopkins lässt sich immer so innovative Sachen einfallen, ich hätte nie gedacht, dass man Gehirnstimulation für die Chirurgie-Ausbildung nutzen kann.

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