模拟环境下认知负荷对术中学习效果影响的随机对照试验：噪声手术室环境增加外在负荷并损害知识获取

《Journal of Surgical Education》：Cognitive Load Effect on Intraoperative Learning – A Randomized Trial in Simulation-Based Settings

本研究针对手术室(OR)高压力环境对学员认知负荷(CL)和知识获取的负面影响，通过随机对照试验比较了低压力模拟环境与真实噪声OR模拟环境对61名医学生的影响。结果显示，实验组(EG)外在认知负荷显著增加(p<0.001)，注意力缺失率更高(19% vs. 5.3%)，知识测试成绩更低(57.4% vs. 67.5%，p=0.02)。研究表明，OR环境噪声会加重认知负荷，妨碍学习效果，提示外科培训需整合认知负荷管理策略。

　　

在充满监护仪报警声、器械碰撞声和医护人员交流声的嘈杂手术室里，外科实习生们不仅要专注完成精细的手术操作，还要同时吸收带教医生传授的知识要点——这种"一心多用"的高要求场景往往让学员们感到心力交瘁。近年来，医学教育领域逐渐认识到，手术室环境带来的认知超载可能严重影响培训效果，但关于其具体影响机制及应对策略的研究仍较为缺乏。

传统观点认为，高压力环境能够锻炼学员的应变能力，然而认知负荷理论(Cognitive Load Theory, CLT)告诉我们，人类的Working Memory（工作记忆）容量有限，当Intrinsic Load（内在负荷，源自任务本身复杂度）、Extraneous Load（外在负荷，源自环境干扰等非必要因素）和Germane Load（相关负荷，用于信息整合处理）三者叠加超过个体承受阈值时，学习效率将大打折扣。特别是在外科培训中，如何在保证手术安全的前提下优化教学过程，成为医学教育工作者面临的重要挑战。

为探究这一问题，沙特阿拉伯King Saud bin Abdulaziz University for Health Sciences的研究团队在《Journal of Surgical Education》上发表了一项创新性研究。研究人员通过精心设计的随机对照试验，首次综合运用主观量表评估和客观生理指标监测，系统分析了模拟手术室环境中认知负荷对术中知识获取的影响。

研究采用了几项关键技术方法：使用Block Randomization（区组随机化）将61名医学生分为对照组(CG)和实验组(EG)；通过定制化的Tactile Response Task（触觉反应任务，TRT）设备监测注意力分配；利用FitBit智能手表连续记录心率变化；采用改良版多维认知负荷量表(Modified Multidimensional Cognitive Load Scale, m-MCLS)进行主观评估；并在模拟训练后通过标准化测试评估知识获取效果。

研究方法与设计

这项研究采用随机对照试验设计，对照组在安静环境下进行胸腔引流管置入模拟训练，而实验组则暴露于高度仿真的嘈杂手术室环境中，包括背景对话、设备警报、模拟出血事件等多种干扰因素。为确保实验条件的一致性，研究团队还特别开发了可替换的硅胶胸部模型，模拟真实组织层次感。

主要结果

认知负荷评估显示，实验组在外在负荷的"环境噪声"子项上得分显著高于对照组(p<0.001)，证实嘈杂环境确实增加了不必要的认知负担。尽管两组在内在负荷和相关负荷方面无统计学差异，但噪声对学习过程的干扰效应十分明显。

客观指标方面，实验组的最大心率增量和心率快速加速次数均显著高于对照组(p=0.042和p=0.004)，表明其生理应激水平更高。更值得注意的是触觉反应任务结果：实验组错过了19%的振动刺激提示，而对照组仅错过5.3%(p<0.001)，这一发现直观反映了高认知负荷状态下学员的注意力资源已接近饱和。

知识获取测试结果进一步印证了认知负荷的负面影响：实验组平均得分仅为57.4%，显著低于对照组的67.3%(p=0.02)。有趣的是，尽管单因素分析显示有手术经验者表现更好，但这一优势在控制分组变量后消失，说明环境因素比个体经验对学习效果的影响更为突出。

讨论与意义

本研究通过多维度评估证实，模拟手术室中的环境噪声会显著增加学员的外在认知负荷，导致注意力分散和知识获取效果下降。这一发现为认知负荷理论在医学教育领域的应用提供了实证支持，也与前人对手术室干扰因素影响手术表现的研究结论相呼应。

特别值得关注的是，研究中采用的触觉反应任务作为一种新型认知负荷评估工具，成功捕捉到了学员在高压环境下的注意力波动规律。与传统依赖主观报告的方法相比，这种客观行为指标更能真实反映认知资源的分配状况。

从医学教育实践角度，本研究结果提示我们：一方面，在初级培训阶段应适当控制环境复杂度，避免过早暴露于高强度干扰中；另一方面，随着学员能力的提升，可逐步引入针对性训练，培养他们在嘈杂环境中的抗干扰能力和注意力分配技巧。这种循序渐进的培训模式可能更符合认知学习规律。

结论

这项研究明确了手术室环境噪声通过增加外在认知负荷而损害术中知识获取的机制，为优化外科培训方案提供了重要依据。未来研究可进一步探索不同复杂度环境的适宜引入时机，以及针对性的认知负荷管理策略，从而更好地培养能够适应真实手术室挑战的外科医生。