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訓練狗狗的響片訓練,拿來訓練醫生也行!?—2019搞笑諾貝爾醫學教育獎

florinn
・2019/11/07 ・3016字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 470 ・五年級

老師手把手教學,讓你壓力很大、擔心做錯被老師罵嗎?或許你可以試試看 2019 搞笑諾貝爾醫學教育獎的方法,改用「響片訓練 (clicker training)」來訓練,說不定效果會更好喔!

2015 年有醫學院的老師們突發奇想,把「響片訓練」這個訓練寵物的常見方法,拿來訓練學生的外科手術技巧,因為他們發現學生在實習時,常常是老師在旁邊手把手教學,讓學生很有壓力。因此他們想要試試看,不講話改用拍響片的方式告訴學生做對還是做錯,會不會就少了一些壓力,結果發現學習效果真的比較好!

響片訓練是什麼?

響片訓練原本是用來訓練各種不同的動物,最常見的是用來訓練狗狗。要用這個方法訓練,首先要讓狗狗把響片的聲音和獎勵做連結,讓牠知道只要有響片聲音,就能獲得獎勵的食物。

接著才進入訓練重點,舉例來說訓練者希望狗狗做出擊掌的動作,那就要強化擊掌和獎勵的連結。方法是在訓練過程中,只要狗狗做出擊掌的動作,訓練者就要拍一下響片,再給牠獎勵的食物。

透過這樣的方式,持續很多次,牠就會知道做出這個動作,就會聽到響片聲,並且可以獲得獎勵。

用操作制約來強化行為

這個方法其實是利用「操作制約」的原理,透過不斷的練習,讓動物知道做這個行爲會有獎勵、是被期待的行為。這個方法除了狗狗之外,像是貓咪、馬、海豚和鴿子的訓練都有效。

操作制約的知名例子,就是史金納 (B. F. Skinner) 的關老鼠實驗。史金納設計了一個籠子,裡面有一個桿子,只要老鼠拉了桿子,就會有食物掉下來,獎勵牠做了這件事,老鼠一開始可能是意外拉動桿子,但久而久之,老鼠就會發現「只要拉桿子,就會掉食物」這件事,因而越來越頻繁的做出這個動作。

而這就是操作制約中「正向獎勵(又稱正增強,positive reinforcement)」的類型,當個體做出期待的行為之後,給予牠喜歡的獎勵(增強物),來提高牠未來再做出這個動作的可能性。

在老鼠實驗中的例子就是,拉桿子獲得食物,強化了拉桿子的這個動作;而在訓練狗狗擊掌的例子中,就是透過響片的聲音和獎勵的食物,來強化擊掌的行為。

※更詳細了解「操作制約」,請參考泛科學的另一篇文章:《為什麼好人們能如此不求回報?原來都是操作制約在作祟!》

只要有響片聲音,就能獲得獎勵的食物。圖/freestocks.org@Pexels

響片訓練的優點:訊息明確、容易辨識

這個訓練法的優點是響片的聲音每次都一樣,對動物們來說很容易辨識。很多主人在訓練狗狗的時候,常常是用口頭鼓勵的方式,來告訴狗狗牠做對了。

但是人類的句子,對動物來說,其實訊息太複雜,從發音、音調起伏到音量,每次都會不一樣,對牠們來說要注意的資訊太多,會很難辨認到底哪些資訊才是重要的。

人類的句子對動物來說要注意的資訊太多,會很難辨認到底哪些資訊才是重要的。圖/freestocks.org@Pexels

因此,響片的聲音就比人聲更適合拿來訓練動物,不過其實也不一定要拍響片,只要選擇聲音固定而且清晰明確的物品,就能讓動物們把聲音連結到獎勵,來強化牠們的行為。

把響片用在人類身上並非新鮮事

把訓練動物的響片訓練套用在人身上,不知道你會不會覺得這些醫學院老師也太ㄎㄧㄤ了,但是操作制約的訓練法,並不是 2015 年這篇研究才第一次用在人類的學習上。對於很多要求動作精細的運動員、表演者,響片訓練其實已經是他們日常的一部份,但是把響片效應用在醫師訓練,倒是還沒有人這樣試過。

2015 年這個實驗的目的,是想了解如果用響片訓練法來訓練外科醫生,究竟會不會比傳統口頭示範和糾正的方法更好。

他們找來一些一、二年級的醫學系學生和 PGY 第一年、第二年的學生,平均分組後教他們外科手術上會用到的兩種技術:綁一個可滑動鎖死的繩結 (a locking, sliding knot) 和小角度鑽洞 (a low-angle drill hole)。

繩結教學:響片組學習時間長但精確度高

在可滑動鎖死繩結的部分,實驗組的教學方式,是把綁繩結的步驟拆分成 6 個精確而容易檢驗的小步驟,而且是否符合每個步驟都有各自判定標準。

綁繩節的步驟。圖/Levy et al., 2016 Fig. 1A–E

老師先一次把所有的步驟邊示範邊講解完後,再換學生實際操作,這時老師就不會講話了,只要學生精確做出符合判定標準的動作,老師就會拍一下響片,這個綁繩結拍響片的過程總共要重複做 5 次。

在控制組的部分,老師會先口頭解釋繩結的打法,然後學生會拿到一張繩結步驟圖,然後在老師在旁邊打一個繩結,但這時老師不會去糾正學生的任何動作。

為了要了解這兩種教學方法所需要的時間差多少,研究者會記錄下每個學生「從開始綁繩結到打出第一個繩結」所花的時間。接著讓學生們到旁邊自己練習 15 分鐘,在這段時間老師不會給建議,研究者估計這個時間大概可以讓他們練習 100 個以上的結。

練習完之後,再來就是測驗時間。兩組的每個學生都要打 10 個結,然後評分方式是完成動作所花的時間,以及繩結的精準度(完成 6 個步驟的精確要求,記錄有多少人精確達到要求)兩項。

結果發現,學習過程所花費的時間(示範後綁的第一個繩結),實驗組(響片提示)需要的時間比較長,而控制組的時間比較短。

但是經過 15 分鐘的練習後,打 10 個繩結所花的時間,兩組學生沒有顯著差異,平均都是約 95 秒可以完成,也就是說經過練習之後,熟練度並沒有差別。但操作的精確度,響片提示實驗組的精確度比較高(12 人成功/全組共 12 人),而控制組較低(4 人成功/全組共 11 人)。

操作的精確度,響片提示實驗組的精確度比較高,而控制組較低。圖/geudki@Pixabay

鑽洞教學:響片法的動作精確度較高

第二個是模擬外科手術中,需要的鑽洞技巧。這個技巧是要在 PVC 塑膠管上,與切面夾 45° 角鑽入管中。實驗方法也是一樣,分成一組使用響片訓練的實驗組,另一組是使用傳統教法的控制組。

實驗組的教法也是一樣,把鑽洞分解成 6 個精確而容易檢驗的步驟,而且每個步驟也有判定標準,在示範完之後,換學生操作,老師用響片來告訴他動作是否正確,之後再給他們 10 分鐘的練習時間。而控制組,指導者會示範兩次操作方式,同時口頭解說,之後同樣會有 10 分鐘練習。

最後的結果是,實驗組和控制組的學生鑽 10 個孔所花的時間,沒有顯著差異,分別是 193 ± 26 秒和 146 ± 63 秒。而學生操作這個動作的準確度,用響片教學的實驗組同學操作準確度比較高,平均每個人會鑽出 9 個符合標準的孔,但控制組就差很多了,平均只有 1.1 個孔符合標準。

看來用響片訓練對於「需要動手操作」的動作,會是一種滿有效的方法,雖然訓練過程所花的時間比較長一些,但是最後學生的操作精確度很高。

不過,研究者也說這個方法雖然看起來很好用,但是要在學校裡用這個方法還有點困難,一方面不知道其他的動作是不是也有同樣效果;另一方面,會這套教法的老師不多,因此還要先教會老師怎麼教學生,而搭配的教材也需要一起調整,是個滿大的工程。但他們會繼續努力的開發適用響片訓練的教學法。

但不管怎麼樣,響片訓練倒是值得期待,未來會被應用到更多不同操作技巧的教學上,讓學生更不用因為怕被老師罵而學不好了!

參考資料:

  1. 響片訓練—維基百科
  2. 操作制約—超普通心理學
  3. 泛科學:為什麼好人們能如此不求回報?原來都是操作制約在作祟!
  4. Levy, I. M., Pryor, K. W., & McKeon, T. R. (2016). Is teaching simple surgical skills using an operant learning program more effective than teaching by demonstration?. Clinical Orthopaedics and Related Research, 474(4), 945-955.

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florinn
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曾任泛科學實習編輯,是個從學術象牙塔逃離的化學系、化學所學生。比起做實驗,更喜歡分享科學故事、聽科學趣聞,寫科普文的目的就是希望能和大家一起領略科學的力與美。


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喝母乳的寶寶能提升神經認知功能?——是真的!而且「曾經喝過就有效」

查克爸
・2021/10/26 ・3015字 ・閱讀時間約 6 分鐘

喝母乳的寶寶,真的會更聰明嗎?母乳不僅能夠提供小寶寶所需的營養以及免疫力,而透過母親的生理機制,更能將各種符合自己孩子需求的成分,客製成孩子專屬的母乳。需要發育大腦,就多給些相關的成分,如果要長肌肉也沒問題,媽媽隨時隨地都準備為孩子產製最適合的母乳,這可是任何產業都難以複製的機能。因此母乳被說是對寶寶是最好的禮物,想當然各種與母乳哺育相關的研究主題,便是眾多學者探討了解的目標。

其中,研究智力發展應該是最吸引人的主題之一,不過目前為止也是有研究指出,母乳哺育的孩子,他們的平均智商與沒有母乳哺育的孩子相差無幾,這不知潑了多少人一身的冷水,掃了無數爸媽的興致。但以前的證據說智商沒差異,不代表新的研究一樣沒差異,科學這件事就是會不斷變化,產出新的結論,全世界仍有不少研究都提出母乳可能使寶寶更聰明。

這次要介紹的羅徹斯特大學醫學中心(URMC)神經科學研究所(Del Monte Institute for Neuroscience)的成果就是其中之一,他們這次提出的新證據是與認知能力有關,而且他們的結論應該會讓人眼睛一亮,因為他們發現,母乳哺育的時間長短與 9-10 歲兒童的部分認知發展有關連,而且只要孩子有吃母乳一段時間就可以看出差異[1]

人類積極探索智力,母乳與智力的關係更是熱門主題之一。圖/Pixabay

改變研究方向,找出母乳與智力之間的正向證據

隨著各種研究產出,我們得以知道智力受到很多變項影響,尤其是與父母親直接相關的因素,例如父母的社經地位、智力程度、學經歷等都可能使孩子擁有較高的智力。換句話說,也就是研究者比較了相同教育程度或是經濟程度的母親後,結論是不管有沒有哺餵母乳,他們孩子的智商分數可能相近。

既然知道多種因素可以影響智力,便要在研究方法的設計下足功夫,因為要盡可能控制所有影響,讓母乳哺育的小孩,以及沒有母乳哺育的小孩都能在同一個基準線上比較,才能看出客觀上的差異,或可說是未能控制好混雜因素[2]

不過就如開頭所說,研究目標、方法不同,看到的成果就不一樣,羅徹斯特大學醫學中心這篇藉由分析青少年大腦認知發展研究計畫[3](The Adolescent Brain Cognitive Development Study;ABCD Study)數據的報告,就看到了母乳與認知的正向關係,改而分析更細項的各種認知能力[4],其涉及了執行與感知、學習、記憶、理解、意識、推理、判斷、直覺和語言相關的等各種任務技能。

認知能力分好多,研究分析哪些?

這個認知研究採用 ABCD 研究數據來探討,但為了減少測量誤差的影響(例如孩童曾經暴露會接觸酒精的環境、未參加訪視的兒童等因素),研究者最終保留了 9,116 名兒童的數據,並以此分析母乳哺育時間與神經認知能力之間的關係。那列入分析的認知能力向度有哪些?

向度一共有三項,而且跟每個人都有關,分別是一般能力(general ability)、執行能力(executive function)以及記憶力(memory),而這三項能力各自有其解釋在,如一般能力,美國心理學會對此提出的解釋定義是,一種可以被衡量的能力,且被認為是基礎能力,用來處理所有與智力相關的任務。

再來是執行能力,這個能力則可用來管理和控制工作記憶、注意力,也跟抽象思考等種種認知過程有關,像是設定目標、想像並預見;最後一個是大家耳熟能詳的記憶力,是透過大腦系統所儲存的訊息,是能回憶特定訊息或曾經有過的經歷。

不過這些能力的發展程度真的能評量嗎?放心,各項認知能力背後有眾多的研究依據,也發展出各種不同的測量方式來評定。像是「魏氏兒童智力量表的矩陣推理測驗」就在這個研究被用來測量知覺推理和組織、空間訊息處理等相關的能力;而美國國立衛生研究院的 NIH Toolbox®-Cognition battery,也在這個研究裡被整合運用評估兒童的神經和行為功能。最後通過次數以極多的神經認知測驗,也才讓研究結果得出有吃母乳的小朋友,是能改善某個認知能力。

針對各種能力、認知所開發的測驗,不斷的被開發出來並應用。圖/Pexels

母乳真的有助於認知能力!是哪一項呢?

研究要分析的有一般能力、執行能力以及記憶力,那究竟哪像能力獲得提升呢?鏘鏘,從數據提供的結論是一般能力(general ability)與母乳哺育的時間長短有顯著關聯[1]。但你可能會說「怎麼才提升一種能力?」,這時候我們要關注的是,在心理學上的一般能力也包含多種能力,一般能力只是所有分向能力的統整稱呼。

研究中把這九千多位 9-10 歲的孩子,依照他們吃母乳的時間長短分成四組,第一組是 0 個月的控制組,接著是三組母乳哺育的實驗組,分別是 1-6 個月、7-12 個月以及吃母乳超過 12 個月的寶寶,可以看到在母乳哺育期最短的 1-6 個組別寶寶,他們在一般能力的測驗結果,比起沒吃母乳的寶寶有所提升,而且隨著母乳哺育的時間變長,孩子們在一般能力的發展程度也越來越高。

用另外一個角度來看研究結果就是,今天有某一個家庭選擇餵養母乳,即便哺育期間落在有點長又不算太長的 2 個月或是半年內,對寶寶的神經認知發展來說也是有幫助的,這也符合研究人員的設定目標,因為這有望幫助改善人們的動機,讓更多人想要母乳哺育,不只告訴每個家庭們可以量力而行,也藉此呼籲政府、社會企業能夠更設身處地為媽媽們著想。

母乳哺育與一般能力認知的關聯性較高,且隨著期間變長而增加。資料/參考資料1

研究成果重要,但更該考慮「人」

各種母乳相關的科學證據報告,讓母乳對孩子的好處不言而喻,這次介紹的研究也是,也的確可以藉由這些證據協助家庭做出決定,讓他們決定是否要餵養母乳,但這篇研究成果的重點,是希望能夠「鼓勵」家庭選擇用母乳哺育寶寶,而不是「非得要」。

不可否認的是,母乳哺育對媽媽們是一個壓力來源,常常聽到「給寶寶最好的」,反而讓各種美好變成壓力,像是聽到哪位媽媽不給寶寶吃母乳,各種批評襲來,不餵母乳變成一種罪過。而如果選擇母乳哺育,又可能因為家人不支持而宣告放棄。

母乳對寶寶有幫助,但家人彼此間的支持才更重要。圖/Pixabay


研究也實實在在告訴我們,餵養母乳的意願及時間長短,可是牽涉眾多因素,其中個體因素如教育程度、年齡會改變想法,還有環境和社會文化影素也會影響,例如就業問題、丈夫支持程度、家人態度也都大大的參雜其中[6]

因此每個家庭間的討論、媽媽的個人意願都很重要,有了共識後再來下決定,而當你們決定好要給寶寶母乳,又就差那決定性的臨門一腳時,不妨想想這篇研究提出的結論,「只要曾經給寶寶喝母乳,便有機會提升他特定的認知能力喔」。

參考資料

  1. Lopez, D. A., Foxe, J. J., Mao, Y., Thompson, W. K., Martin, H. J., & Freedman, E. G. (2021). Breastfeeding Duration Is Associated With Domain-Specific Improvements in Cognitive Performance in 9-10-Year-Old Children. Frontiers in public health, 9, 657422. https://doi.org/10.3389/fpubh.2021.657422
  2. Walfisch, A., Sermer, C., Cressman, A., & Koren, G. (2013). Breast milk and cognitive development–the role of confounders: a systematic review. BMJ open, 3(8), e003259. https://doi.org/10.1136/bmjopen-2013-003259
  3. https://abcdstudy.org/
  4. https://dictionary.apa.org/cognitive-ability
  5. Natland ST, Andersen LF, Nilsen TI, Forsmo S, Jacobsen GW. Maternal recall of breastfeeding duration twenty years after delivery. BMC Med Res Methodol. 2012 Nov 23;12:179. doi: 10.1186/1471-2288-12-179. PMID: 23176436; PMCID: PMC3568415.
  6. Shi, H., Yang, Y., Yin, X. et al. Determinants of exclusive breastfeeding for the first six months in China: a cross-sectional study. Int Breastfeed J 16, 40 (2021). https://doi.org/10.1186/s13006-021-00388-y

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查克爸
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查克爸|醫學生物技術領域 碩士,現職為開發自然科學評量工具的研究 人員,將各種研究設計為科學教育評量工具的同時,也投入喜愛的科普領域。
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