机器人虚拟现实手术中的心流状态发生机制：EEGθ活动作为外科医生绩效新靶点

《Scientific Reports》：Investigation of flow state occurrence during robotic virtual reality operations

　　本研究针对外科医生在高压力手术环境中如何进入并维持最优心流状态（Flow State）这一关键问题，通过结合脑电图（EEG）与心率（HR）监测技术，在达芬奇机器人手术模拟器（dVSS）中开展虚拟现实（VR）手术操作研究。结果表明，高绩效外科医生在任务中表现出显著更高的前额Theta波活动（AF8电极，p<0.05），且主观心流体验与手术评分呈正相关（r=0.63, p=0.048），而心率指标无显著差异。该研究首次揭示Theta活动可作为心流状态的神经标志物，为开发神经反馈（Neurofeedback）训练方案、提升手术精准度与医生心理健康提供了新依据。

　　

在手术室这个分秒必争的战场上，外科医生不仅需要精湛的技术，更需在高压下保持极致的专注与冷静。然而，长期高强度工作导致的高倦怠率与手术误差风险，始终是医疗领域的隐忧。如何帮助外科医生进入“心流状态”（Flow State）——一种技能与挑战完美契合的巅峰心理状态，成为提升手术效果与医生健康的关键。此前，心流研究多集中于体育、音乐等领域，而其在手术操作中的神经机制仍是一片未知的蓝海。

为此，瑞士巴登州立医院泌尿科的Uwe Bieri、Melanie Baumgartner等学者在《Scientific Reports》发表论文，首次通过脑电图（EEG）与心率（HR）监测，探究泌尿外科医生在达芬奇机器人手术模拟器（da Vinci Skills Simulator, dVSS）进行虚拟现实（VR）操作时的心流状态生理标志物。研究招募20名泌尿外科医生，依据VR任务评分分为高绩效与低绩效组，采用广义估计方程（GEE）与斯皮尔曼相关性分析，发现高绩效组在右前额电极（AF8）的Theta波活动（4-8 Hz）显著更强，且主观心流量表（Flow Short Scale, FSS）评分与手术表现正相关。这一突破性发现为通过神经反馈训练优化手术培训提供了实证基础。

关键技术方法

研究使用轻量化无线EEG设备（Muse S头带）记录前额与颞叶电极脑电信号，并通过独立成分分析（ICA）去除伪迹；同时采用 Polar H10 胸带监测心率。参与者在dVSS上完成“海洋钉刺”（Sea Spikes）与“能量解剖”（Energy Dissection）两项VR手术任务，任务评分综合考量操作效率、器械碰撞等指标。实验设计包含基线记录、三轮任务执行与事后FSS问卷评估，数据通过MATLAB的EEGLAB工具箱及GEE模型统计分析。

样本分组与评分比较

基于“海洋钉刺”任务得分中位数（174.45分），20名医生被分为高绩效组（13人）与低绩效组（7人）。曼-惠特尼U检验显示，高绩效组在前两轮任务中得分显著更高（p<0.05），第三轮差异不显著，提示任务熟悉度可能削弱绩效差异。

Theta活动与心流状态的关联

GEE模型分析揭示，高绩效组在“海洋钉刺”任务第一轮（p=0.029）和第三轮（p=0.001）的AF8电极Theta活动显著高于低绩效组，而第二轮无显著差异，可能反映学习曲线与疲劳效应的交互作用。在高级任务“能量解剖”中，仅第一轮呈现组间Theta差异（p=0.006），后续轮次无差异，或因任务复杂度与动机波动影响。

心率数据的局限性

最小、平均及最大心率均未显示组间显著差异（p>0.05）。研究者指出，缺乏真实基线心率数据可能限制结果解读，且心率对心流细微变化的敏感性可能低于EEG。

主观心流与客观绩效的相关性

斯皮尔曼相关分析表明，所有参与者的FSS评分与“海洋钉刺”任务得分呈正相关（r=0.341, p=0.007），证实主观心流体验与操作表现的一致性。

结论与意义

本研究首次通过EEG与VR手术模拟的融合设计，证实前额Theta活动是心流状态的可靠神经标志物，且与外科医生操作绩效直接关联。右前额Theta波的优势激活，可能与右侧前额叶皮层在注意力维持与空间处理中的核心功能有关。尽管存在电极信号稳定性（尤其女性参与者）、样本量有限等局限，但研究成果为外科培训开辟新路径：未来或可基于Theta活动的实时神经反馈，定制个性化训练方案，加速医生学习曲线，同时降低职业压力。此外，将神经标志物纳入手术技能评估体系，有望超越传统评分标准，更精准预测医生成长潜力，最终服务于患者安全与医疗质量提升。