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医学教材神经科学知识体系缺陷教学补救

【摘要】人民卫生出版社的医学教材目前已经出版至第8版,随着每版的更新,许多知识得到了更新。但是,临床教材中有关神经科学的部分仍然凌乱而且陈旧,跟不上时代的步伐。教材至今未把皮层由神经元构成功能柱,再构成脑区,而后形成整个网络这种已经发现30年以上的神经科学知识告诉学生,而一味强调反射理论及传导通路,以至于我们在临床教学中遇到关于脑的觉醒、觉知方面的症状学的这个难点的时候,学生往往一知半解。在我科的负责的本科外科部分教学任务中,我们充分利用神经外科部分15个学时的教学,补充穿插讲解生物神经网络的知识,特别是丘脑皮层网络的神经信息处理计算的工作规律,让学生比较好的掌握了脑疾病的症状学,改善了教学效果。因此,我们认为临床医学本科教材神经科学知识体系的缺陷是可以通过神经外科负责的教学部分去部分补充的。

【关键词】医学教育;神经科学;神经矩阵网络;丘脑皮层结构;本科教材;教学改革

随着神经科学这个新兴的学科在国际上蓬勃发展,它逐渐把神经系统各相关的学科融入进其中,极大的促进和引领了脑科学的发展,涌现了许多令人鼓舞的研究成果。近年来,值此机遇,我国也制定了“一体两翼”的中国脑计划,目的是以神经科学的基础研究为“一体”,融合神经医学及人工智能,共同促进我国神经科学体系的建设。为应对这些神经科学研究迅速发展的挑战和历史的机遇,许多院校设立了神经科学课程或专业,甚至独立的学院。而在医学本科教育中,对于医学生神经科学知识体系的正确构建,我们认为是非常基础及重要的,也是医学本科教育改革实践中应该认真思考的一个重要问题。为此,我们做了一些系统的思考和局部的尝试。

1目前我国医学教材的现状

我国的临床本科五年制或七年制教材设计中,有关神经科学的知识分布在生物化学、生理学、组织胚胎学、局部解剖学、系统解剖学、神经病学、外科学神经系统部分、医学心理学、精神病学等各科教材里面,教材总体上继承前苏联神经科学的思想,即谢切诺夫和巴普洛夫的反射理论。整个知识点的设置,基本围绕该观点展开。不可否认,巴普洛夫的反射理论取得了巨大的成就,建立了心理学的行为学派。但是,在涉及到丘脑皮层这个矩阵网络意识系统的症状学时,这个理论显得非常无力,用这个理论教育出来的医学生显得非常茫然。恰如陈宜张院士所说:“对脑功能的解释而言,此观点显然是不全面和不确切的”。

2目前神经科学体系的情况

其实,在神经科学的整个发展过程中,模式处理、神经网络等观点一直被神经科学家们所注意,并产生了大量的研究成果。早期赫布就在其著作《TheorganizationofBehavior》中提出了神经群体协同学习的理论,威廉詹姆斯也在其著作《Theprincipleofpsychology》中提出了脑的整体统一工作的观点。赞特高塞在解剖学上揭示了皮层网络的功能单位-皮质柱,休伯尔和威赛尔更是因为发现视皮层皮质柱[1]的生理特性而获得了1981年的诺贝尔奖。而KarlvonFrisch等更是揭示了生物行为的主动性获得了1973年的诺贝尔奖,修正了反射理论。目前,随着神经科学各学科的发展融合及计算机模拟神经网络研究的进步,我们知道了中脑之上的丘脑-皮层网络系统负责产生意识和认知能力[2],而该系统属于等级构筑的矩阵网络系统[3]。另外,这个丘脑皮层等级网络系统的各层级矩阵间有着非常多的交互联系,特别是皮层与丘脑间的交互联系[4]。而巴尔斯提出的全局工作空间模型[5]和在其基础上发展的丘脑动态核心理论[6]是比较符合目前所知道的丘脑皮层等级矩阵网络的意识结构[7-8]的工作原理的。针对这些神经科学的发展成果,很多院校开设了神经科学专业,特别是欧美很多大学设置了Neuroscience专业,系统的教授神经科学的知识。由于教材的原因,我国医学领域被人为割裂了与最新神经科学的联系,神经医学不能有效地融合到中国脑计划的医学一翼中去,不能有效从脑计划的一体和另一翼中有效汲取养分而发展,这是非常令人痛心的。因知识体系的落后,使得目前的临床神经医学执业医生普遍对神经功能性疾病无从下手,诊治观念非常落后,基本处于人云亦云的状态,无法独立运用正确的基础知识进行思考。

3本科学生对神经科学知识的了解程度

我们在神经外科的临床教学中感觉到,五年制临床本科同学往往对脑叶的症状学无法理解。学生只知道解剖学教材曾提到皮层存在Brodmann分区(那是大纲中的了解内容),但是对皮层分区形成的原因是由细胞柱区域聚集形成神经网络的模块一无所知,对神经网络的构成及功能实现方式更是闻所未闻。在临床教学中,大脑的定位定性诊断思想和依据该思想制定治疗思路的道理很难正确教授给本科同学。上位脑干之上的丘脑皮层意识系统是神经矩阵网络的集大成者,网络结构非常发达,不正确理解该结构就不可能理解该部位疾病的诊治。而如果需详细讲解该系统的结构和原理,在完整且系统的教授的情况下,可以安排四年的本科课程,这是目前医学教育中不可能实现的。而根据我们的教学体会和学生的反馈,要了解基本的简单原理也需要1.5~2个学时。为了解决目前神经学科教育面临的这种困境,我神经外科尝试采取了穿插融合、有所取舍、有所突出的方法去改善学生的神经科学知识结构。

4我们的教学应对方法

4.1补充完善教材缺陷的构思

在我校的教学大纲中神经系统的外科各论安排了6个学时的理论课和9个学时的见习课。这些学时范围内需要讲述:颅内压力问题、脑疝问题、颅脑损伤问题、脑肿瘤问题。其中脑损伤和脑肿瘤中涉及皮层丘脑节段的病灶才会用到神经网络的知识去理解脑叶的症状学和丘脑在系统中发挥整合作用的核心地位。虽然意识和认知问题属于重大科学问题,而且在神经系统疾病诊治中理解神经网络如何产生该功能有重要指导性作用,但是,由于大纲并没有太多要求,学生是否有兴趣去了解这些教材中缺失的神经科学知识?教学实践中,我们发现,60%~70%的临床本科同学对这方面是很有兴趣的,而如果提出一些特别的损伤病例,比如外伤中的闭锁综合征、嗅沟脑膜瘤的独特额叶症状表现等,去展示神经系统的局灶症状学,并说明意识和认知网络的并行处理结构和功能的网络实现方式时,由于症状的趣味性,会激发同学的广泛兴趣。因此,我们推断,只要我们在课堂中灵活运用有趣的病例讲述和解释,并适当介绍一些神经科学的参考书籍的话,是有可能继发出同学对神经科学的学习兴趣并促进对神经系统外伤、肿瘤、脑疝等的局灶症状学的理解的。而我们反复思考推荐的神经学参考书目录是:《神经生物学:从神经元到脑》《神经科学探索脑》《认知神经科学》《认知、大脑和意识》《昏迷和意识障碍》《王忠诚神经外科学》。推荐这些书的目的是提供一个神经科学大体的理论框架,从基础的解剖、生理到系统的整体神经计算,然后到临床的相关问题。可能被誉为神经科学圣经的埃里克.R.坎德尔主编的《神经科学原理》中文导读版知识更系统,但是毕竟本科同学推荐英文书籍会面临很大的语言障碍,我们没有选择。

4.2具体的教学实践实施方法

在具体的教学实践中,我们首先在颅脑损伤和颅内肿瘤共4个学时的理论课学习阶段,反复在课堂讲学中穿插运用神经网络的知识帮助同学理解脑叶的症状学,使学生对该结构的功能实现方式有初步的了解,让同学基本认识到皮层的功能单位是细胞柱(cortexcolumn),并且相同功能的细胞柱聚集形成模块即布雷德曼(Brodamn)分区,而且皮层网络模块间、皮层与丘脑网络间有广泛的相互联系。经过这样的介绍,同学很容易理解了运动或感觉区随精细运动或感觉的程度增加,细胞柱增多,代表区面积增大的道理。并且通过介绍突触汇聚修饰的原理让学生了解如辅助运动区等次级联络皮层的细胞柱群参与编码更复杂功能的方式,并学会推断其他联络区细胞柱群可能的电生理反应特性从而理解可能出现的症状学。通过如此简单的讲解,有效解决了学生在阅读《外科学第九版》中讲述肿瘤影响脑叶功能时无法理解而死记硬背的问题,迅速引起了学生的课堂注意及兴趣。然后,在课程结束时列举可以参考的神经科学文献,让感兴趣的学生自行学习,丰富其知识体系。而后,在理论课后的临床见习课中,结合病例的症状、体征,穿插讲解该神经网络的知识及临床应用,适当重提大课提到的神经网络知识,观察学生的表情反应,适当延伸或者不延伸。如果见习讲解时发现有的见习组神经科学知识丰富的同学和感兴趣的同学较多,则适当延伸讲解丘脑在意识和认知系统中的重要整合地位,让同学理解神经外科手术中保护丘脑的重要性。而如果小课课堂发现对重提这些知识感兴趣的同学较少,则不进行知识的延伸讲解,仅仅重点强调皮层网络的分布式计算原理及实际应用中如何通过该原理去理解教材的论述。在所有批次的见习小课中,我们都形象的比喻:丘脑皮层矩阵网络系统是用“丘脑去感觉,而用皮层去思考”。碰到合适的病例,而且小课课堂反应较良好,大部分同学具有强烈的兴趣时,可以让学生使用心理学的“内省”的方法去体会这个过程,理解脑的症状学。但是,我们教学中始终在讲授者心中强调重点突出的重要性。因为系统的学习神经科学知识必须要四年的完整本科教育,而更深入的研究与理解神经系统中最被广泛关注的丘脑皮层意识与认知系统则需要更进一步的学习与研究,如果幻想仅仅通过几个学时的简单讲解就让临床本科同学非常精通神经科学的知识是非常不切实际的。我们曾在部分见习组中试图更加详细讲解神经网络的知识,这种冒进的做法反而会让学生感觉到神经学是一门高深的理论,收不到明显的教学效果。所以,我们始终以让学生能理解教材中脑叶症状为重点教学目标,如果课堂反应好则适当延伸讲解皮层下中枢的重要性。通过这些教学改革的尝试,同学们普遍反映,从原来的对神经网络和神经科学的一无所知到有所了解,并能开始对脑叶的症状学有所理解。这些效果使我们非常欣慰。我们总体的感觉是,1~2个学时的讲授,且见习中穿插病例的解释,就能让学生对神经科学和神经网络有初步的概念。并且课后介绍的参考书籍,作为神经科学的知识系统的主干,提供了学生在以后的学习中进一步拓展自己的知识面的机会,那些立志向临床神经学发展的同学利用这些参考书籍能迅速形成更加系统和丰富的知识体系。

4.3实施教学中遇到的困难

当然,实际教学中也发现了很多的困难。主要的困难仍然是医学教材中基础阶段神经科学知识的编写不够完整,同学对皮层丘脑网络几乎一无所知,而我们临床阶段教学在介绍一些简要的知识后立即讲解其应用,很多平常没有一定课外知识积累的同学开始会觉得课堂内容跳跃过大,无法理解,在课程进行到最后的两个学时时,学生才开始有所领悟。但是,教学中也发现有些有兴趣的同学已经有一定的知识积累,知道一些皮层细胞柱结构和网络工作模块的知识,很快接受了神经网络的知识并理解了其症状学,还能进一步提出一些学科前沿的问题。针对课堂发现的问题,我们认为解决之道还是在进一步于课堂教学中凝练穿插融合、有所取舍、有所突出的思想和课堂技巧,正确认识临床本科同学目前的神经学知识体系,才能明显提高教学效果。

5教学总结和思考

总结我们目前的教学经验,我们认为,以外科学各论教研室中神经外科自己的一己之力,影响的学生及产生的教学效果有限,但是能对教材的知识体系的缺陷有所补救。而如果神经内科教研室、精神病学教研室及基础的生理学、解剖学教研室联合起来介绍神经科学、神经网络的知识那将产生更加好的效果。而教材知识体系的补充完整,则是根本的解决方法。

作者:吴京展 周明明 单位:广西医科大学第二附属医院神经外科

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