The neurocognitive gains of diagnostic reasoning training using simulated interactive veterinary cases

The present longitudinal study ascertained training-associated transformations in the neural underpinnings of diagnostic reasoning, using a simulation game named “Equine Virtual Farm” (EVF). Twenty participants underwent structural, EVF/task-based and resting-state MRI and diffusion tensor imaging (DTI) before and after completing their training on diagnosing simulated veterinary cases. Comparing playing veterinarian versus seeing a colorful image across training sessions revealed the transition of brain activity from scientific creativity regions pre-training (left middle frontal and temporal gyrus) to insight problem-solving regions post-training (right cerebellum, middle cingulate and medial superior gyrus and left postcentral gyrus). Further, applying linear mixed-effects modelling on graph centrality metrics revealed the central roles of the creative semantic (inferior frontal, middle frontal and angular gyrus and parahippocampus) and reward systems (orbital gyrus, nucleus accumbens and putamen) in driving pre-training diagnostic reasoning; whereas, regions implicated in inductive reasoning (superior temporal and medial postcentral gyrus and parahippocampus) were the main post-training hubs. Lastly, resting-state and DTI analysis revealed post-training effects within the occipitotemporal semantic processing region. Altogether, these results suggest that simulation-based training transforms diagnostic reasoning in novices from regions implicated in creative semantic processing to regions implicated in improvised rule-based problem-solving

Eine neuartige interdisziplinäre Simulation einer Lernumgebung für das Studium der Veterinär-Physiologie im klinischen Kontext

Providing competent veterinarians who could solve complex problems that rely on a broad range of basic core knowledge is increasingly challenging, particularly if teaching and learning basic sciences are required to be set within a clinical context. Many of the challenges including the complexity of curricular content and practicing clinical skills in a risk free environment have been addressed using simulations. However, in most of these few veterinary simulations skills were learned in isolation either from clinical practice or from the basic science knowledge, whereas the real life practice requires the integration of both. Therefore, the present study propose a contextualized screen-based computer simulation, the equine virtual farm (EVF), as an attempt to bridge basic-clinical science gap, through immersing students in a motivating virtual environment that reflects how problems are encountered in real life and how physiological knowledge and laboratory skills are integrated. EVF was designed to include four virtual learning environments: 1) Equine farm: in which the students are introduced to their different farm tasks as veterinarians through the virtual farm tutorial; 2) Horses yard: where students can check on horses health conditions and write yard reports; 3) Farm laboratory: in which students can analyse horses' blood samples and write laboratory reports; 4) Farm office: where students can use further diagnostic learning resources, including interactive books and internet links, as an aiding tools for writing their final diagnostic reports concerning the farm horses. To assess its effectiveness, 24 second-year undergraduate veterinary students, in Berlin Free University veterinary program, volunteered to try and evaluate EVF versus Blackboard (Bb) online course in learning two haematological laboratory experiments. Their learning styles were determined using Visual, Auditory, Read/Write, Kinaesthetic (VARK) questionnaire and their learning outcomes were assessed and evaluated using assessment and evaluation questionnaires, respectively. Assessment results' analysis with Mann-Whitney U test revealed no significant differences among volunteers scores regarding recalling experiment procedures in EVF versus Bb (p-value = 0.61, Power = 0.68). However, EVF participants tended to achieve higher scores than those in Bb group in the overall (p-value = 0.13, Power = 0.57), understanding (p-value = 0.07, Power = 0.38) and problem-based assessment questions (p-value = 0.06, Power = 0.45). Moreover, different students’ styles feedbacks indicated that EVF had been more useful and motivating than Bb in learning and practicing laboratory skills and further provided information that helped in the further development of EVF, as a contextualized learning environment.Die Ausbildung von kompetenten Tierärzten, die ausgestattet mit einem breitem Grundlagenwissen fähig sein sollen, Lösungen für komplexe Probleme zu entwickeln, stellt in zunehmendem Maß eine Herausforderung dar; insbesondere dann, wenn die Vermittlung und der Erwerb von Grundlagenwissen sich im klinischen Kontext vollziehen soll. Um einerseits der Komplexität des Lehr- und Lernstoffs gerecht zu werden, andererseits aber die Möglichkeit zu eröffnen, klinische Fertigkeiten in einer „risikofreien“ Umgebung einzuüben, bediente man sich der Computer-Simulation. Allerdings wurden in den meisten dieser wenigen Veterinär-Simulationen entweder Grundlagenwissen oder klinische Fertigkeiten isoliert voneinander vermittelt. Die reale Praxis erfordert jedoch eine integrative Vermittlung beider Kompetenzen. Die vorliegende Arbeit schlägt daher eine kontextualisierte interaktive Anwendung, in Form einer virtuellen Pferdefarm (Equine Virtual Farm; EVF) vor und unternimmt damit den Versuch, die Lücke zwischen dem Erwerb von Basiswissen und der Aneignung klinischer Fertigkeiten zu schließen. Damit wird den Studierenden die Möglichkeit eröffnet, sich in eine inspirierende virtuelle Welt zu begeben, die die Probleme, wie sie im wirklichen Leben vorkommen, abbildet und aufzeigt, wie physiologisches Faktenwissen bei der Interpretation von Laborbefunden genutzt wird, was sich wiederum positiv auf die Motivation zum Studium auswirkt. Die EVF stellt vier virtuelle Lernumgebungen zur Verfügung: 1) Die Pferdefarm: Hier werden die Studierenden mit unterschiedlichen Aufgaben von Tierärzten im Bereich der Landwirtschaft vertraut gemacht; 2) Der Pferdehof: Hier überprüfen die Studierenden den Gesundheitszustand der Pferde. Anschließend werden die entsprechenden Berichte geschrieben; 3) Das der Farm angeschlossene Labor: Hier werden die Blutproben der Pferde analysiert und die Laborberichte geschrieben; 4) Das farmeigene Arbeitsbüro: Hier finden die Studierenden weitere Möglichkeiten, zusätzliche Wissensquellen zu konsultieren und Diagnosen sicher zu erstellen. Dazu gehören interaktive Bücher sowie Internet-Links, deren Auswertung das Erstellen von Abschlussberichten unterstützen soll. Um die Effektivität des Einsatzes der EVF im Lehrbetrieb einzuschätzen, haben sich 24 Studierende am Fachbereich Veterinärmedizin an der Freien Universität Berlin freiwillig bereit gefunden, die Anwendung EVF zu testen und sie mit dem am Fachbereich angebotenen Online-Kursus “ Blackboard ” (Bb, eine Lernplattform) vergleichend zu bewerten, und zwar anhand zweier virtueller hämatologischer Laborexperimente. Im Anschluss daran wurden die virtuell erworbenen Kenntnisse im realen Laborexperiment praktisch verifiziert. Ziel war die Bewertung der Lernergebnisse und der praktischen Fertigkeiten im Vergleich von Bb und EVF. Der Lernerfolg wurde einerseits an der erreichten Punktzahl in einem Bewertungsfragebogen gemessen und andererseits anhand der Evaluierung durch die Testpersonen selbst mittels Evaluierungsfragebögen ermittelt, wobei nach Lernstilen der Tester (visueller, auditiver, kinästhetischer und Lese/Schreibe – Typ) unterschieden wurde (VARK- Fragebögen). Die Analyse der erreichten Punktzahlen mittels Mann- Whitney-U-Test ergab keine signifikanten Unterschiede im abrufbaren Wissen in Bezug auf Versuchsaufbau und -durchführung beim Vergleich von EVF und Bb (p-Wert = 0,61, Teststärke = 0,68). Allerdings tendierten EVF-Anwender im Vergleich zu Bb-Anwendern alles in allem dazu, höhere Punktzahlen zu erzielen (p-Wert = 0,13, Teststärke = 0,57), bezogen auf “Verständnis” (p-Wert = 0,07, Teststärke = 0,38) und bei problembezogenen Fragen (p- Wert = 0,06, Teststärke = 0,45). Darüber hinaus ergab die Auswertung der Evaluierung durch die Tester, dass in Abhängigkeit vom Lernstil des Testers EVF einen größeren Einfluss auf die Motivation sowohl zum Erlernen der Fakten als auch für die praktische Anwendung der Kenntnisse im Labor hat als dies bei der Nutzung von Bb der Fall war. Außerdem lieferten die Rückmeldungen der Tester weitere hilfreiche Hinweise für die Weiterentwicklung von EVF als kontextualisierte Lernumgebung