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Mar 11, 2024

La estimulación transcraneal de corriente directa M1 aumenta la adquisición de habilidades quirúrgicas laparoscópicas

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 13731 (2023) Cite este artículo 123 Accesos 2 Detalles de Altmetric Metrics La adquisición de habilidades quirúrgicas básicas es un componente clave de la educación médica

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 13731 (2023) Citar este artículo

123 Accesos

2 altmétrico

Detalles de métricas

La adquisición de habilidades quirúrgicas básicas es un componente clave de la educación médica y los alumnos en cirugía laparoscópica generalmente comienzan a desarrollar sus habilidades utilizando entrenadores de caja de simulación. Sin embargo, a pesar de las ventajas de la formación quirúrgica con simulación, el acceso puede resultar difícil para muchos alumnos. Una técnica que se ha mostrado prometedora para mejorar la práctica deliberada de habilidades motoras es la estimulación eléctrica transcraneal (tES). El propósito de este estudio fue evaluar el impacto de la estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS) en las mejoras inducidas por el entrenamiento y la retención del tiempo tradicional y las métricas de habilidad quirúrgica laparoscópica basadas en cinemática. Cuarenta y nueve estudiantes de medicina fueron asignados aleatoriamente a un grupo de neuroestimulación o simulado y completaron cinco sesiones de entrenamiento de una tarea laparoscópica de transferencia y enhebrado de perlas. Los participantes tanto en el grupo simulado como en el de estimulación mejoraron significativamente su tiempo y rendimiento cinemático en ambas tareas después del entrenamiento. Aunque encontramos que los participantes que recibieron M1 tDCS vieron mayores beneficios de rendimiento en respuesta al entrenamiento en una tarea de transferencia de cuentas en comparación con aquellos que recibieron estimulación simulada, no se encontró ningún efecto de la neuroestimulación para la tarea de enhebrado. Este hallazgo plantea nuevas preguntas sobre el efecto que la complejidad de la tarea motora tiene sobre la eficacia de la neuroestimulación para aumentar la mejora inducida por el entrenamiento y contribuye a un creciente cuerpo de investigación que investiga los efectos de la neuroestimulación en el desempeño sensoriomotor de la habilidad quirúrgica laparoscópica.

La adquisición de habilidades quirúrgicas básicas es un componente clave de la educación médica para estudiantes de medicina y aprendices de cirugía junior. La cirugía laparoscópica es una técnica quirúrgica mínimamente invasiva que implica la introducción de trócares e instrumentos a través de pequeñas incisiones en el abdomen del paciente1. El campo operatorio se visualiza mediante una cámara insertada a través del ombligo del paciente. La laparoscopia tiene muchas ventajas sobre la cirugía abierta tradicional, particularmente en términos de tiempo de recuperación, pérdida de sangre y dolor. Por lo tanto, la laparoscopia se ha adoptado ampliamente en muchas subespecialidades quirúrgicas2 y los cirujanos en formación ahora deben adquirir habilidades quirúrgicas laparoscópicas como parte de los programas de formación quirúrgica3.

Los aprendices en cirugía laparoscópica generalmente comienzan a desarrollar sus habilidades utilizando entrenadores de cajas de simulación. La simulación de tareas quirúrgicas básicas proporciona una plataforma segura para que los alumnos de cirugía desarrollen las habilidades cognitivas y motoras necesarias sin riesgo para los resultados del paciente. Se pueden administrar una variedad de tareas y se han desarrollado e incorporado programas específicos como los Fundamentos de Cirugía Laparoscópica (FLS) en los planes de estudios de formación quirúrgica en todo el mundo4. A pesar de las ventajas de la formación quirúrgica con simulación, el acceso a la formación puede resultar difícil para muchos alumnos. Las cargas de trabajo clínicas5, la disponibilidad de instalaciones de simulación5 y las demandas competitivas de recursos limitados6 se han destacado como obstáculos que obstaculizan la capacidad de los alumnos de acceder a la capacitación quirúrgica simulada. Recientemente, la pandemia de coronavirus ha afectado aún más la capacidad de impartir formación y adaptarse al volumen de alumnos7. Esta exposición limitada a los recursos de capacitación tiene el potencial de obstaculizar el desempeño quirúrgico y la salud del paciente8,9. Como tal, existe un creciente apetito en medicina por explorar métodos que puedan aumentar tanto el acceso como la efectividad del entrenamiento de habilidades motoras quirúrgicas simuladas en el desempeño quirúrgico.

En los últimos años, una técnica que se ha mostrado prometedora como complemento a la práctica deliberada de habilidades motoras es la estimulación eléctrica transcraneal (tES). Esta forma de neuroestimulación, que normalmente se administra como corriente continua (tDCS), implica pasar pequeñas corrientes eléctricas (1 a 3 mA) sobre el cuero cabelludo para modular la excitabilidad de las neuronas corticales subyacentes durante hasta 60 minutos después de la estimulación10,11,12. Cuando se aplica sobre la representación relevante de la corteza motora de las extremidades, se ha demostrado que tDCS acelera las mejoras de diversas habilidades motoras después del entrenamiento, incluidas las habilidades musicales13,14 y las habilidades deportivas15,16. Como resultado de la promesa de esta técnica, los dispositivos tDCS disponibles comercialmente están disponibles y recibieron la aprobación de la FDA y la CE. Uno de esos dispositivos es el dispositivo tDCS de Halo Neuroscience (FlowNeuroscience™), que recientemente se ha demostrado que acelera las mejoras en el rendimiento de las habilidades motoras inducidas por el entrenamiento en tareas de videojuegos17.

Durante los últimos cinco años, se han realizado investigaciones emergentes que examinan el impacto de la tDCS en la adquisición de habilidades quirúrgicas. Los pocos estudios hasta la fecha varían no sólo según su rigor metodológico sino también según el lugar de la neuroestimulación, las tareas que evaluaron los experimentadores y las métricas que se utilizaron para cuantificar el rendimiento. Por ejemplo, la estimulación se ha administrado en gran medida sobre la corteza prefrontal18,19, la corteza motora primaria20,21,22,23 o el área motora suplementaria (SMA21;), y la mayoría evalúa manualmente métricas básicas de rendimiento, incluido el tiempo para completar la tarea19,24. o una puntuación relacionada con el número de errores cometidos18,20,21,25. Sin embargo, las investigaciones que destacan la necesidad de métricas más sólidas y objetivas para cuantificar el desempeño quirúrgico han demostrado que la inclusión de medidas biomecánicas como la eficiencia del movimiento de los instrumentos, la velocidad y el posicionamiento pueden proporcionar una descripción más completa de la habilidad quirúrgica26,27,28.

La empresa LAPARO (Laparo analytic, Laparo Medical Simulators, Polonia) ha desarrollado uno de estos sistemas que incorpora software que puede integrarse con los entrenadores de caja de simulación tradicionales para proporcionar a los alumnos de cirugía datos cinemáticos biomecánicos de los implementos durante tareas quirúrgicas simuladas. Desde su creación en 2015, este sistema se ha integrado en entornos médicos de más de 90 países de todo el mundo en más de 1000 hospitales, facultades de medicina y centros de simulación. A pesar de su amplia aceptación, hasta la fecha ningún estudio ha evaluado el efecto de la tDCS en la adquisición de habilidades laparoscópicas incorporando métricas de rendimiento del software LAPARO. Al determinar los marcadores cinemáticos de mejora de la habilidad quirúrgica y el efecto que la tDCS puede tener en estos marcadores a lo largo del entrenamiento, podemos comprender mejor cómo evaluar la habilidad quirúrgica y entrenar a los alumnos de cirugía.

El propósito de este estudio fue evaluar el impacto que tDCS puede tener en la mejora inducida por el entrenamiento y la retención del tiempo tradicional y las métricas de habilidad quirúrgica laparoscópica basadas en cinemática. Nuestra hipótesis fue que aquellos que recibieron tDCS aplicado sobre las regiones de la mano de M1 mostrarían mayores mejoras mediadas por el entrenamiento en el tiempo requerido para completar tareas quirúrgicas simuladas, en la distancia recorrida por los implementos durante el transcurso de la tarea, en la velocidad promedio de los implementos a través de tareas y a través de una reducción en el número de eventos de velocidad excesiva, en comparación con aquellos que recibieron una estimulación simulada.

Se reclutaron cincuenta y tres (N = 53; 27 mujeres) participantes adultos jóvenes sanos de 23,43 ± 2,96 años (media ± DE) de la población de estudiantes de medicina de la University College Cork. Todos los participantes desconocían el entrenamiento en habilidades laparoscópicas. Después de las exclusiones (ver Métodos a continuación), se presentaron 49 participantes (N = 49; 22 hombres) para el procesamiento y análisis de datos. Las pruebas t de muestras independientes no revelaron diferencias significativas entre los participantes masculinos y femeninos para ninguna métrica de desempeño tanto en las tareas de transferencia de cuentas como de enhebrado (Archivo complementario 1).

El efecto de la sesión (F(1.608, 107.724) = 525.407, p < 0.001, ƞ2 = 0.887) y el efecto de interacción entre la sesión y la condición de estimulación (F(1.608, 107.724) = 5.788, p = 0.007, ƞ2 = 0.080) fueron ambos significativos para TTC en la tarea de transferencia de cuentas. Las comparaciones post hoc revelaron que los participantes en ambas condiciones de estimulación redujeron significativamente el tiempo requerido para completar la tarea de transferencia de cuentas después de 5 días de entrenamiento (p < 0,001) y que esta reducción se mantuvo en la prueba de retención 5 días después de la prueba Post (Post vs. Retención: Stim; p = 0,063, Sham; p = 0,972). Después de confirmar que no hay diferencias significativas en el rendimiento inicial del TTC entre las condiciones de estimulación, el análisis ANCOVA reveló que después de controlar las variaciones en el rendimiento inicial, se encontró un efecto principal significativo de la condición (F(1, 66) = 5,028, p = 0,028, ƞ2 = 0,071 ) donde los del grupo de estimulación pudieron reducir el tiempo de finalización de la transferencia de perlas en 38,989 ± 17,389 s más que los del grupo simulado (Fig. 1A).

El tiempo promedio (± SE) (en segundos) requerido para completar las tareas de transferencia de cuentas (A) y enhebrado (B) en las sesiones de referencia, posterior y de retención por parte de los participantes que recibieron tDCS activa (STIM; verde) y tDCS simulada (SHAM; negro). *Representa diferencias significativas entre grupos de neuroestimulación a un nivel alfa de 0,05.

En la tarea de enhebrado, se encontró un efecto principal significativo de la sesión (F(2, 168) = 280,318, p <0,001, ƞ2 = 0,769) para TTC en la tarea de enhebrado (Fig. 1B). Las comparaciones post hoc revelaron que todos los participantes pudieron mejorar su rendimiento en 185,804 ± 10,791 s entre las sesiones iniciales y posteriores y en 48,030 ± 9,347 s adicionales entre las sesiones posteriores y de retención (todos p < 0,001). No se encontró ningún efecto principal para la condición o implementación de estimulación, ni se encontraron efectos de interacción significativos (Archivo complementario 1).

Para la distancia recorrida, tanto el efecto principal de la sesión (F(1.439, 96.401) = 191.134, p < 0.001, ƞ2 = 0.740) como la interacción entre la sesión y la condición de estimulación fueron significativos, (F(1.439, 96.401) = 4.704, p = 0,020, ƞ2 = 0,066). Las comparaciones post hoc revelaron que los participantes en ambas condiciones de estimulación redujeron significativamente la distancia que recorrieron sus implementos para completar la tarea de transferencia de cuentas después de 5 días de entrenamiento (p <0,001). Además, si bien esta reducción se mantuvo en la prueba de retención 5 días después de la prueba posterior para el grupo simulado (Post vs. Retención: Sham; p = 0,081), se observaron mejoras adicionales en la retención para el grupo de estimulación (Post vs. Retención: estimulación; p < 0,001). Después de confirmar que no hay diferencias significativas en el rendimiento inicial del TTC entre las condiciones de estimulación, el análisis ANCOVA reveló que después de controlar las variaciones en el rendimiento inicial, se encontró un efecto principal significativo del implemento (F(1, 66) = 9,326, p = 0,003, ƞ2 = 0,124 ). Si bien el efecto de la condición no fue significativo (F(1, 66) = 3,088, p = 0,084, ƞ2 = 0,045), hubo una tendencia entre los participantes del grupo de estimulación a reducir la cantidad de viajes de sus instrumentos en las sesiones posteriores y de retención. en 77,449 cm más que los del grupo simulado (Fig. 2A).

La distancia promedio (± SE) recorrida (en metros) por ambos implementos durante la finalización de las tareas de transferencia de cuentas (A) y enhebrado (B) en las sesiones de referencia, posterior y de retención por los participantes que recibieron tDCS activo (STIM; verde) y simulado. tDCS (FALSA; negro). *Representa diferencias significativas entre grupos de neuroestimulación a un nivel alfa de 0,05.

En la tarea de subprocesos, se encontró un efecto principal significativo de la sesión (F(2, 166) = 122,697, p < 0,001, ƞ2 = 0,596) para TTC en la tarea de subprocesos. Las comparaciones post hoc revelaron que los participantes pudieron reducir la cantidad que recorrieron sus implementos durante la tarea en 3,751 ± 0,357 m entre las sesiones iniciales y posteriores y en 1,347 ± 0,268 m adicionales entre las sesiones posteriores y de retención (todos p < 0,001). No se encontró ningún efecto principal para la condición o el implemento de estimulación, ni se encontraron efectos de interacción significativos (Fig. 2B) (Archivo complementario 1).

Al considerar la velocidad promedio de los implementos durante la tarea de transferencia de cuentas, el efecto de la sesión (F(1.582, 106.026) = 29.716, p < 0.001, ƞ2 = 0.887), implemento (F(1, 67) = 33.101, p < 0,001, ƞ2 = 0,331) y la interacción entre estas dos variables (F(1,582, 106,026) = 16,509, p < 0,001, ƞ2 = 0,198) fueron todas significativas. Las comparaciones post hoc revelaron que, si bien la velocidad promedio del Grasper en la mano izquierda no difirió significativamente entre las sesiones (todas p > 0,126), la velocidad del Dissector, en la mano derecha, aumentó significativamente entre las sesiones iniciales y posteriores (p < 0,001) y luego disminuyó entre las sesiones de Post y Retención (p < 0,001) mientras permaneció más alta que la velocidad inicial (p < 0,001) (Fig. 3A). No se encontró ningún efecto de la condición de estimulación sobre la velocidad durante la tarea de transferencia de perlas.

A y B: la velocidad promedio (± SE) de los implementos izquierdo (gris) y derecho (negro) durante la finalización de las tareas de transferencia de cuentas (A) y enhebrado (B) en las sesiones de línea base, publicación y retención. *Y γ representa diferencias significativas con respecto a las sesiones iniciales y posteriores, respectivamente, a un nivel alfa de 0,05. C y D: El número promedio (± SE) de eventos de velocidad excesiva por parte de ambos implementos durante la finalización de las tareas de transferencia de cuentas (C) y enhebrado (D) en las sesiones de referencia, posterior y de retención por parte de los participantes que recibieron tDCS activo (STIM) y tDCS falso (FALSO). ***Representa diferencias significativas entre los grupos de neuroestimulación a un nivel alfa de 0,001.

En la tarea de enhebrado, se encontró un efecto significativo de la sesión (F(1.734, 143.962) = 6.083, p = 0.003, ƞ2 = 0.068) con comparaciones post hoc que revelaron que la velocidad promedio de los implementos de los participantes fue significativamente mayor durante la sesión posterior. en comparación con las sesiones de referencia (p = 0,007) pero no de retención (p = 0,482) (Fig. 3B).

En la tarea de transferencia de cuentas, los efectos principales del implemento (F(1, 67) = 4.449, p = 0.039, ƞ2 = 0.062), la sesión (F(2, 134) = 94.522, p < 0.001, ƞ2 = 0.585) y condición (F(1, 67) = 4,618, p = 0,035, ƞ2 = 0,064) fueron todas significativas, al igual que la interacción entre la sesión y la condición de estimulación (F(2, 134) = 4,604, p = 0,012, ƞ2 = 0,064) . Los análisis post hoc revelaron que en la sesión de Retención, el grupo de estimulación tuvo significativamente menos eventos de velocidad excesiva en comparación con el grupo simulado. Después de confirmar que no hay diferencias significativas en el rendimiento inicial del TTC entre las condiciones de estimulación, el análisis ANCOVA reveló que después de controlar las variaciones en el rendimiento inicial, se encontró un efecto principal significativo de la condición (F(1, 66) = 6,848, p = 0,011, ƞ2 = 0,094 ) donde los del grupo de estimulación pudieron reducir significativamente el número de eventos de velocidad excesiva en 3.490 ± 1.334 s más que los del grupo simulado (Fig. 3C).

En la tarea de enhebrado, se encontraron efectos principales significativos de la sesión (F(2, 166) = 123,218, p < 0,001, ƞ2 = 0,598) y el implemento (F(1, 83) = 4,791, p = 0,031, ƞ2 = 0,055). . Las comparaciones post hoc mostraron que se detectaron 1,851 ± 0,846 menos eventos de velocidad excesiva para el disector en la mano derecha en comparación con la pinza en la mano izquierda. Además, los participantes pudieron reducir significativamente la cantidad de eventos de velocidad excesiva durante la finalización de la tarea en las 3 sesiones de prueba (todas p = 0,001) (Fig. 3D).

El propósito de este estudio fue evaluar el impacto de la tDCS en la mejora inducida por el entrenamiento y la retención de la habilidad quirúrgica laparoscópica. Se evaluaron dos tareas comúnmente utilizadas: una transferencia de cuentas y una tarea de enhebrado. Los participantes tanto en el grupo simulado como en el de estimulación mejoraron significativamente su desempeño en ambas tareas después de un protocolo de entrenamiento que involucró 5 sesiones cada una de 20 minutos de duración (10 minutos por tarea). Si bien no se encontraron diferencias significativas en el nivel de mejora en la tarea de enhebrado entre los participantes de los grupos simulado y de estimulación, sí encontramos que aquellos participantes que recibieron tDCS bihemisférico bipolar aplicado sobre las regiones de la mano de M1 mejoraron tanto su rendimiento basado en el tiempo como en el cinemático. métricas en la tarea de transferencia de cuentas en mayor medida que aquellos que entrenaron mientras recibían una estimulación simulada. Además, esta mejora mejorada observada entre el grupo de estimulación se mantuvo 5 días después en la prueba de retención. Discutimos estos hallazgos en el contexto de las mejoras en las habilidades sensoriomotoras inducidas por el entrenamiento, el efecto de la tDCS en la mejora de las habilidades motoras y las implicaciones futuras de mejorar las habilidades quirúrgicas a través de técnicas de neuromodulación en la profesión médica.

En este estudio, los participantes quirúrgicos novatos en ambas condiciones de estimulación redujeron significativamente el tiempo requerido para completar la tarea de transferencia de perlas y esta reducción se mantuvo en la prueba de retención 5 días después de completar la prueba posterior. Sin embargo, el grupo que recibió neuroestimulación demostró una mejora del 5% en el tiempo hasta la finalización en comparación con el grupo simulado. Este 5% equivale a un tiempo 30 s más rápido para completar la tarea de transferencia de cuentas en comparación con el grupo simulado en el momento de retención. Este hallazgo corrobora el trabajo de Cox y colegas21 que mostraron que la mejora adicional de tDCS sobre la SMA en una tarea de transferencia de clavija quirúrgica fue del 3% en comparación con la estimulación simulada. Además, Friehs y colegas29 informaron de una mejora del 4,5 % en un juego digital de señales de parada que medía la inhibición de la respuesta.

En la tarea de enhebrado, ambos grupos mejoraron significativamente durante el transcurso del entrenamiento desde antes hasta después/retención, pero no hubo un efecto significativo de la neuroestimulación. Sin embargo, el grupo de estimulación completó, en promedio, la tarea 17 s más rápido que el grupo simulado. En cuanto a los hallazgos sobre la distancia recorrida por los implementos, los participantes en ambas condiciones de estimulación redujeron significativamente la distancia que recorrieron sus implementos para completar la tarea de transferencia de cuentas después de 5 días de entrenamiento. Además, si bien esta reducción se mantuvo en la prueba de retención 5 días después de la prueba posterior para el grupo simulado, se observaron mejoras adicionales en la retención para el grupo de estimulación. Una menor distancia de recorrido de los implementos indicaría un procedimiento laparoscópico más seguro y eficiente. Otras investigaciones sobre habilidades quirúrgicas informan una disminución en las puntuaciones de error junto con tiempos de finalización más rápidos (ver 19, 21). En la tarea de enhebrado, los participantes pudieron reducir la cantidad que viajaron sus implementos durante la tarea entre las sesiones de referencia y posteriores y entre las sesiones posteriores y de retención, pero los grupos de estimulación y simulación no difirieron significativamente.

Finalmente, buscamos examinar la estabilidad o suavidad con la que los participantes controlaron los implementos durante la realización de ambas tareas y pudieron hacerlo midiendo la velocidad del implemento y definiendo eventos de velocidad excesiva. En la tarea de transferencia de cuentas, los efectos principales del implemento, la sesión y la condición fueron significativos, al igual que la interacción entre la sesión y la condición de estimulación. Los análisis post hoc revelaron que en la sesión de Retención, el grupo de estimulación tuvo significativamente menos eventos de velocidad excesiva en comparación con el grupo simulado. Después de confirmar que no había diferencias significativas en el rendimiento inicial de TTC entre las condiciones de estimulación, demostramos que después de controlar las variaciones en el rendimiento inicial, se encontró un efecto principal significativo de la neuroestimulación donde aquellos que recibieron tDCS pudieron reducir significativamente el número de eventos de velocidad excesiva más que aquellos en el grupo simulado durante el transcurso del entrenamiento (Fig. 3C). En la tarea de enhebrado, se encontraron efectos principales significativos de la sesión y el implemento, pero nuevamente el efecto de la neuroestimulación no fue significativo (Fig. 3D).

Las mejoras observadas por el grupo de estimulación por encima de los que recibieron estimulación simulada equivalen a una mejora significativa del tiempo, junto con una distancia de recorrido del instrumento reducida y un mejor control del implemento (aumento en la suavidad del movimiento observado como una reducción de los EVE). Estas reducciones son similares a las mejoras inducidas por el entrenamiento en otras tareas sensoriomotoras y digitales17,29, así como al entrenamiento quirúrgico (20,21; tarea de transferencia de clavijas30; corte de patrones). Por ejemplo, Toth notó una mejora del 6,1% al 8,9% para el grupo de estimulación tDCS M1 (grupos de alta habilidad/baja habilidad) sobre un grupo simulado para una tarea de adquisición de objetivos durante el mismo curso de entrenamiento (5 días × 10 minutos por día de entrenamiento). × 20 min de estimulación/simulación).

Sin embargo, si bien la tarea de las cuentas pudo demostrar con éxito un efecto positivo significativo de la estimulación bipolar bihemesférica M1, la tarea de enhebrar no lo hizo. Por ahora, planteamos la hipótesis de que puede ser que la tarea de las cuentas sea una tarea espacio-temporal altamente repetitiva y altamente consistente que puede ser más propicia para los efectos de la estimulación cerebral durante el entrenamiento. La tarea de enhebrar es más compleja y variable desde un punto de vista sensoriomotor donde el movimiento y la posición de los implementos parecen diferir más entre múltiples intentos de completar la tarea. Trabajos anteriores han demostrado que a medida que aumenta la complejidad de la tarea, la activación cerebral se extiende hacia las áreas prefrontal, parietal y temporal31,32. Como resultado, la neuroestimulación de las regiones bilaterales de la mano M1 puede no ser suficiente para modular el desempeño de tareas más complejas durante el período observado en este estudio. Esta hipótesis se alinea con trabajos existentes que muestran una falta de efecto de tDCS durante tareas más complejas33. En general, el trabajo futuro puede centrarse en caracterizar la variabilidad o complejidad de diversas tareas quirúrgicas para establecer mejor los períodos de tiempo óptimos durante los cuales pueden manifestarse los efectos de la tDCS, o también explorar en mayor medida la eficacia de los protocolos de neuroestimulación multisitio para exacerbar los beneficios de neuroestimulación hasta el desarrollo y mantenimiento de la experiencia quirúrgica.

Los hallazgos y las implicaciones de esta investigación pueden aplicarse a varias áreas de investigación y situaciones del mundo real. Por ejemplo, cuando se aprende una nueva tarea, replicamos que el rendimiento puede variar considerablemente en los principiantes34. La conciencia de este conocimiento puede proporcionar estímulo y facilitar la resiliencia en los artistas novatos que pueden ser propensos a la frustración y a la disminución de la motivación debido a su alta variabilidad de rendimiento inicial al aprender una nueva habilidad. Este conocimiento también puede aplicarse a los modelos de aprendizaje autorregulado existentes de práctica deliberada35. En segundo lugar, dado que se requiere más tiempo y esfuerzo para manifestar aumentos apreciables en el desempeño a medida que aumenta la experiencia, se pueden implementar estrategias cognitivas como la práctica mental (MP)36 y la observación de la acción (AO)37 dada su efectividad previamente demostrada para aumentar el desempeño. El uso de estrategias de simulación motora como MP y AO puede ser especialmente relevante en el entrenamiento de habilidades quirúrgicas, donde el efecto de estas estrategias cognitivas sobre el rendimiento aún no se ha investigado con rigor. En tercer lugar, nuestro trabajo ha corroborado investigaciones anteriores al demostrar que la tDCS es muy eficaz para la adquisición de habilidades entre los artistas novatos34. En general, tDCS es una técnica prometedora tanto en contextos clínicos como de rendimiento y alentamos a futuras investigaciones a continuar explorando sus méritos.

En general, este estudio demuestra la magnitud de la mejora del rendimiento en dos habilidades de entrenamiento laparoscópico, transferencia de perlas y enhebrado, entre los aprendices de cirugía novatos en el transcurso de 1 semana de entrenamiento (100 min). En segundo lugar, demostramos que la estimulación transcraneal de corriente continua (tDCS) puede acelerar las mejoras en el rendimiento motor, y que el efecto de la tDCS se limitó potencialmente a la tarea de transferencia de perlas durante el período de entrenamiento examinado debido a su simplicidad en comparación con la tarea de enhebrado. Este trabajo contribuye significativamente a un creciente cuerpo de investigación que investiga los efectos de la neuroestimulación en el rendimiento sensorio-motor y demuestra que el entrenamiento con simulación laparoscópica es una vía fructífera para estudiar el aprendizaje motor y los efectos de la neuroestimulación en el desarrollo de habilidades motoras.

A cada participante se le entregó un folleto informativo del estudio y proporcionó su consentimiento informado por escrito antes de participar en el estudio. El experimento fue aprobado por el comité de ética de la investigación clínica de los hospitales universitarios de Cork del University College Cork, así como por la junta de ética de la investigación de la Universidad de Limerick, de conformidad con la Declaración de Helsinki.

Todas las pruebas y sesiones de capacitación se llevaron a cabo en el laboratorio de simulación quirúrgica ASSERT en University College Cork. Se utilizó un analizador de habilidades laparoscópicas para evaluar el desempeño en tareas quirúrgicas al inicio, después del entrenamiento y en las sesiones de retención (Laparo analytic, Laparo Medical Simulators, Polonia). Se instalaron tres cajas de entrenamiento (idénticas a las utilizadas en la estación analizadora laparoscópica; Laparo Aspire, Laparo Medical Simulators, Polonia) en un área de la sala para las sesiones de entrenamiento, mientras que en otra área de la sala se asignaron 2 estaciones para la neuroestimulación. componente del protocolo experimental.

Al ingresar al laboratorio de simulación el día 1, los participantes completaron un cuestionario que capturaba información sobre su edad, sexo y la cantidad de horas que dedicaban a jugar videojuegos en promedio por semana. Su lateralidad se evaluó mediante la Escala de lateralidad de Edimburgo. Los participantes fueron excluidos si informaron algún trastorno neurológico o neuromuscular diagnosticado o si eran zurdos (1 excluido). Para mitigar cualquier efecto de confusión de la cafeína u otras sustancias neuroactivas, se preguntó a los participantes si estaban tomando algún medicamento en el momento de la prueba y que se abstuvieran de consumir cafeína y alcohol dentro de las 4 a 6 h 38 de asistir a cada sesión experimental diaria y un experimentador registró si No habían consumido cafeína al llegar al laboratorio cada día. Las investigaciones futuras pueden controlar más explícitamente el uso de sustancias neuroactivas específicas que pueden afectar los resultados del aprendizaje motor.

En el primer y último día de entrenamiento, los participantes también completaron el cuestionario Brunel Mood State (BRUM) de 32 ítems39 y el Índice de Calidad del Sueño de Pittsburgh (PSQI)40 para tener en cuenta cualquier efecto sobre el rendimiento debido a cambios en el estado de ánimo o la calidad del sueño, respectivamente. El cuestionario BRUM comprende 32 descriptores de estado de ánimo diferentes y se pidió a los participantes que indicaran hasta qué punto cada descriptor coincidía con su estado de ánimo actual en una escala Likert del 1 al 4. El PSQI es un cuestionario que plantea preguntas sobre el sueño de un participante durante el mes anterior. Las preguntas del PSQI se modificaron para que los participantes en su último día de entrenamiento preguntaran sobre su sueño durante la semana anterior mientras estaban inscritos en el estudio.

Todos los participantes realizaron las pruebas iniciales (día 1), posteriores (día 5) y de retención (día 10) utilizando un sistema de análisis de habilidades laparoscópicas. Este sistema permite la captura detallada de datos cinemáticos de los instrumentos laparoscópicos durante la realización de las tareas asignadas. Se evaluó a los participantes según su capacidad para completar 2 módulos de capacitación predefinidos. Se trataba de una tarea de transferencia de cuentas (BEAD) y una tarea de enhebrado (THREAD). Durante la tarea de transferencia de cuentas, se pidió a los participantes que transfirieran 22 cuentas de un recipiente central grande a 6 recipientes pequeños y 4 postes, agarrando inicialmente la cuenta con su instrumento izquierdo, transfiriéndola a su instrumento derecho y luego colocando la cuenta apropiadamente. Se pidió a los participantes que completaran la tarea en el sentido de las agujas del reloj. Durante la tarea de enhebrado, se pidió a los participantes que pasaran un hilo de goma a través de un recorrido predefinido que constaba de 9 clavijas (Fig. 4). Durante ambas tareas, se instruyó a los participantes para que completaran la tarea de la manera más rápida, precisa y fluida posible, tratando de evitar el contacto con el marco de cualquiera de las tareas.

Tarea de transferencia de cuentas (izquierda) y tarea de enhebrado (derecha).

Cada participante fue asignado aleatoriamente a un grupo de estimulación tDCS activa (n = 26) o simulada (n = 23) durante la duración del estudio en el momento de su inscripción. Todos los participantes estaban cegados a la condición a la que fueron asignados, al igual que el experimentador responsable de administrar las sesiones de prueba y entrenamiento. Los participantes de ambos grupos de neuroestimulación usaron unos auriculares personalizados (HALO Neuroscience™) diseñados para administrar estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS) a las neuronas corticales del área M1 responsable de controlar el movimiento de la mano y el brazo17. Se utilizaron puntos de referencia nasion, inion y auditivos para localizar el vértice (Cz) en cada participante para garantizar un posicionamiento consistente de los auriculares41,42. Los tres electrodos de espuma con clavos (24 cm2/electrodo) utilizados con los auriculares se humedecieron con solución salina normal (NaCl al 0,9%) antes de colocar la unidad de auriculares en la cabeza de cada participante para mejorar la conductividad.

Los participantes en el grupo de neuroestimulación activa (STIM) recibieron 2,1 mA de estimulación bihemisférica (ánodo sobre M1 izquierdo y cátodo sobre M1 derecho) durante 20 minutos, mientras que los participantes en el grupo de neuroestimulación simulada (SHAM) recibieron corriente que aumentó de 0 a 1. mA y luego volver a 0 mA en dos intervalos de 30 s antes de permanecer a 0 mA durante los siguientes 19 min. Se ha demostrado previamente que este protocolo de estimulación simulada no afecta la excitabilidad a largo plazo de las neuronas corticales subyacentes43. Los participantes de ambos grupos completaron una tarea de crucigrama para controlar el compromiso cognitivo de los participantes y mitigar las diferencias en la actividad de la red cortical subyacente entre los grupos de neuroestimulación durante los protocolos SHAM y STIM de 20 minutos inmediatamente antes del entrenamiento44,45.

El primer día (Día 1), los participantes completaron sus cuestionarios, realizaron su evaluación inicial de las tareas de transferencia y enhebrado de perlas en el analizador de habilidades laparoscópicas, completaron su protocolo de neuroestimulación y realizaron 20 minutos de entrenamiento laparoscópico en el entrenador de caja. Durante las sesiones de prueba y entrenamiento, los participantes estuvieron acompañados en la sala únicamente por el equipo de investigación. Los días 2, 3 y 4, los participantes simplemente completaron el protocolo de neuroestimulación y realizaron 20 minutos de entrenamiento laparoscópico en el entrenador de caja. Durante esta capacitación, el experimentador DG dio a los participantes instrucciones estandarizadas para ayudarlos a completar las tareas de transferencia y enhebrado de cuentas y se les pidió que completaran las tareas de transferencia y enhebrado de cuentas tantas veces como pudieran durante la sesión de capacitación. 10 minutos de entrenamiento en transferencia de cuentas siempre precedieron a 10 minutos de entrenamiento en la tarea de enhebrado. El día 5, después de completar los cuestionarios BRUMs y PSQI por segunda vez, recibieron el protocolo de neuroestimulación adecuado y entrenaron un tiempo final durante 20 min. Después de esta sesión de capacitación, los participantes realizaron su evaluación posterior de las tareas de transferencia y enhebrado de perlas en el analizador de habilidades laparoscópicas. Luego, los participantes regresaron al laboratorio 5 días después (Día 10) para completar una evaluación final de retención de su desempeño en la tarea de transferencia y enhebrado de cuentas en el analizador de habilidades laparoscópicas y se les pidió que informaran qué grupo de estimulación pensaban que les habían asignado (verificación de manipulación). (Ver Fig. 5 para una ilustración del protocolo experimental). Durante las tres sesiones de prueba, la tarea de transferencia de cuentas siempre se realizó antes de la tarea de enhebrado. Todos los participantes fueron programados para sus diversas sesiones de prueba y entrenamiento a horas similares cada día para evitar cualquier influencia de la hora del día en el rendimiento de la prueba o del entrenamiento. Los participantes que no completaron la evaluación posterior o se perdieron 2 sesiones de capacitación fueron excluidos del estudio (3 participantes fueron excluidos de esta manera). En total, se presentó a 49 participantes para el procesamiento y análisis de datos.

Ilustración del protocolo experimental. Tanto las tareas de transferencia de perlas como las de enhebrado se completaron durante un máximo de 10 minutos cada una después de la otra en las evaluaciones de las pruebas de referencia, posterior y de retención en el analizador de habilidades laparoscópicas.

Se registraron cuatro métricas de rendimiento principales de cada una de las evaluaciones laparoscópicas iniciales, posteriores y de retención. El tiempo para completar (TTC) cada tarea se determinó desde el momento en que se insertaron los instrumentos en la caja de entrenamiento laparoscópica hasta el momento en que se retiraron después de completar la tarea o cuando habían transcurrido 10 minutos. La métrica de Distancia recorrida describió la distancia total que recorrió cada implemento entre el momento de la inserción y el momento de la extracción o el vencimiento del límite de tiempo de 10 minutos. La velocidad promedio de cada implemento se registró entre el inicio y el final de cada tarea, al igual que el número de eventos de velocidad excesiva, calculado como el número de casos en que la velocidad instantánea de un implemento excedió dos desviaciones estándar de la velocidad promedio.

Todos los análisis estadísticos se realizaron utilizando el software estadístico SPSS v25. La normalidad de los datos se verificó mediante el análisis de Shapiro-Wilk y la observación de gráficos e histogramas Q-Q. Para cualquier métrica en la que los datos residuales no estuvieran distribuidos normalmente, se excluyeron los datos atípicos más allá de 1,5 × el rango intercuartil antes de realizar análisis paramétricos. Se realizaron pruebas t independientes para evaluar dónde diferían los datos de cualquiera de nuestras métricas entre hombres y mujeres. Cuando las pruebas de esfericidad de Mauchly indicaron que la varianza era significativamente heterogénea entre los grupos, se aplicaron correcciones alfa de Greenhouse-Geisser al realizar ANOVA y ANCOVA. Se realizaron ANOVA de tres vías (Sesión x Condición x Implemento) para probar si el rendimiento difería entre sesiones, entre condiciones de estimulación o entre implementos. Cuando se encontró un efecto principal de la condición o interacción entre sesión y condición, se realizaron ANCOVA de 3 vías, controlando las puntuaciones iniciales, para establecer si un efecto significativo de la sesión (Post y Retención), condición de estimulación, implementación o interacción entre estas variables existían.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Descargar referencias

Estos autores contribuyeron igualmente: Daniel Galvin y Adam J. Toth.

Centro ASSERT, Facultad de Medicina y Salud, University College Cork, Cork, Irlanda

Daniel Galvin, Barry O'Reilly y Ray O'Sullivan

Lero, Centro de Investigación de Software de la Fundación Científica de Irlanda, Universidad de Limerick, Limerick, Irlanda

Adam J. Toth y Mark J. Campbell

Departamento de Educación Física y Ciencias del Deporte, Universidad de Limerick, Limerick, Irlanda

Adam J. Toth y Mark J. Campbell

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DG: Diseño de estudios, recopilación de datos, procesamiento de datos, redacción y edición de manuscritos. AT: Diseño de estudios, recopilación de datos, procesamiento de datos, análisis de datos, redacción y edición de manuscritos. BO: Financiación del estudio, edición del manuscrito. RO: Edición de manuscritos. MC: Diseño del estudio, recopilación de datos, redacción y edición de manuscritos, financiación del estudio.

Correspondencia a Adam J. Toth.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Galvin, D., Toth, AJ, O'Reilly, B. et al. La estimulación transcraneal de corriente directa M1 aumenta la adquisición de habilidades quirúrgicas laparoscópicas. Informe científico 13, 13731 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-40440-x

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Recibido: 07 de diciembre de 2022

Aceptado: 10 de agosto de 2023

Publicado: 23 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-40440-x

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