On the role of Biomedical Knowledge in clinical reasoning by ex

Using Multiple Representations in Medicine: How Students Struggle with them
(Boshuizen, H.P.A. & van de Wiel, M. (1998))
Expertiseentwicklung in der Medizin:
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Expertsieentwicklung kostet Zeit: die Ausbildung zum Allgemeinmediziner braucht in den
Niederlanden mindestens 21 800 Stunden!
Die Entwicklung von Expertise in der Medizin erfordert den Erwerb und die Integration großer
Mengen von theoretischen und praktischen Wissen:
o Einerseits werden in der Medizin die Inhalte separat gelehrt (z.B. Anatomie, Physiologie,
Pharmakologie, etc.), anderseits werden Ärzte in der Praxis mit Problemen konfrontiert,
die eine integrierte Anwendung dieses Wissens erfordern.
o Studenten müssen außerdem lernen, die Patientengeschichte zu erfragen, Patienten zu
untersuchen oder Labortests anzufordern um eine exakte Diagnose zu erstellen. Sie
müssen in der Lage sein, eine Entscheidung für die richtige Behandlung zu treffen, aber
auch in der Lage sein mit dem Patienten so zu kommunizieren, dass er es versteht.
o Typischerweise wird all dies nicht durch direktes Lernen oder Bücher erworben sondern
durch Demonstration und praktisches Training. Diese Form des Lernens findet auf eine
indirekte Weise statt und führt zu „stillschweigendem“ Wissen, das nur schwer zu
verbalisieren und externalisieren ist.
o Neben diesem prozeduralen Wissen, das sie sich aneignen müssen, müssen sie auch
noch ihre Wahrnehmung schulen (perceptual learning). So muss z.B. gelernt werden
Herztöne oder EKG-Muster zu unterscheiden aber auch Probleme wie den heimlichen
Trinker mit seinen Symptomen zu erkennen.
 All diese Aktivitäten, die bedeutsam sind bei der Diagnose und im Umgang mit
Patienten, benötigen eine gut organisierte Wissensbasis sowie kognitive, perzeptuelle und
psychomotorische Fertigkeiten.
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Schwierigkeiten bei der Koordination von Repräsentationen: Verbalisierung und Externalisierung
von indirekt gelerntem Wissen (tacit knowledge), Verknüpfung von Wahrnehmungswissen
(perzeptuellem Wissen) mit verbalem Wissen und verbalen Problemrepräsentationen (z.B gehörte
Herztöne mit der anatomischen Vorstellung und dem Wissen über die Funktionsweise des
Hernzen verknüpfen)
Bisherige Forschungsergebnisse zur Expertiseentwicklung in der Medizin: knowledge encapsulation
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Boshuizen&Schmidt 1992: kleinere, grundlegende wissenschaftliche Konzepte, die Studenten
zuerst lernen, werden in den größeren, breiteren klinischen Konzepten „eingekapselt“ und bilden
eine „Brücke“ zwischen der wissenschaftlich-biomedizinischen und der praktisch-klinischen
Wissensbasis.
Boshuizen & Schmidt (1992) nehmen an, dass die Anwendung von Wissen auf reale Fälle diesen
Reorganisationsprozess auslöst:
 Zunächst verfügen Studenten über ein Wissensnetz, in dem die unterschiedlichen Konzepte
durch direkte Linien verknüpft sind.
 Je öfter diese Linien aktiviert werden, desto stärker bilden sie eine Gruppe und desto leichter
können Studenten direkte Verbindungen zwischen dem ersten und letzten Konzept knüpfen
und dabei die dazwischen liegenden Konzepte (dies sind häufig die detaillierten
biomedizinischen Konzepte) auslassen.
 Wegen den Auslassungen wurde dieses Phänomen zunächst als „knowledge compilation“
bezeichnet. Später wurde es durch den Begriff der „knowledge encapsulation“ ersetzt:
 Es weden nicht nur Konzepte/Lösungsschritte ausgelassen, zusätzlich tauchen neue,
übergeordnete Konzepte auf. Diese verbinden detailliertes Wissen über pathologische
Strukturen mit klinischen Symptomen und sind somit äußerst wertvoll bei der klinischen
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Argumentation („clinical reasoning“). Beispiele für solche Konzepte (viele davon haben
(halb-) klinische Namen): Aortainsuffizienz, Pfortaderhochdruck.
Ihr Vorteil liegt darin, dass sie eine Fülle von detaillierten biomedizinischen und klinischen
Wissen koordinieren und somit auch Tiefe und Kohärenz bei der klinischen Argumentation
ermöglichen.
„Knowledge encapsulation“ ist somit zutreffender, weil dieser Begriff den „überbrückenden“
Aspekt dieser Konzepte betont und die Koordination der darunter liegenden
(eingekapselten) biomedizischen und klinischen Konzepte unterstreicht.
Später fand van de Wiel, dass „besser gefüllte“ Einkapselungen ein Kennzeihcen höherer
Expertiselevel sind
Wie lassen sich die zugrunde liegenden Prozesse der „knowledge encapsulation“ erklären?
1. Durch inhibitorische Verbindungen zur zugrunde liegenden biomedizinischen Wissensbasis
- Dieser Ansatz kann leicht erklären, warum kaum auf biomedizinisches Wissen bei der
klinischen Argumentation zurückgegriffen wird.
- PROBLEM: Er kann nicht die Flexibilität erklären, mit der Experten zwischen in ihrer
Argumentation zwischen dem „encapsulated mode“ und einem ausführlicheren „extented
mode“ hin und her springen können.
2. Durch Verstärken von Verbindungen
- IDEE: Verbindungen zwischen Konzepten, die gemeinsam verwendet werden, werden
verstärkt und führen letztendlich zu Clustern von Konzepten, die eng miteinander verbunden
sind. „Eingekapselte“ Konzepte sind daher nichts anderes als Konzepte, die in solchen
Clustern eine zentrale Stellung einnehmen.
- Dieser Ansatz kann erklären, warum Experten biomedizinisches Wissen bei Bedarf aktivieren
können (Routinefälle aktivieren nur die zentralen Fälle, bei Schwierigkeiten wird das ganze
Netz aktiviert...)
- PROBLEM: Auch dieser Ansatz erscheint ein wenig naiv, da das Wissen, das an der
„knowledge encapsulation“ beteiligt ist, viele verschiede Repräsentationsformen hat, die erst
einmal koordiniert werden müssen (siehe Bsp, „portal hypertension“ (= Pfortaderhochdruck),
S. 240).
o Die Koordination unterschiedlicher Repräsentationsformen (visuell, räumlich, verbal, ...) ist
kein selbstverständlicher Prozess. Unterschiedliche Repräsentationen erfordern
unterschiedliche Schlussfolgerungsmechanismen. Verschiedene Repräsentationen
können nur miteinander interagieren, wenn die Ergebnisse des einen Prozesses in ein
Format übersetzt werden, das vom anderen Schlussfolgerungsprozess verstanden wird!
 Ein einfaches Verstärken von Verbindungen zw. Konzepten in verschiedenen
Repräsentationsformaten, die gleichzeitig aktiv sind, scheint deshalb unmöglich wenn
diese nicht in ein gemeinsames Format übersetzt wurden.
o Verschiedene Repräsentationsformen werden in unterschiedlichen Teilen des
Arbeitsgedächtnis bearbeitet (Baddeley: auditory loop, visual sketchpad und central
executive). Eine bloße gleichzeitige Aktivierung von Konzepten bedeutet also nicht
automatisch, dass deren Verbindung verstärkt wird.
o Die Koordination unterschiedlicher Repräsentationen erfordert zusätzliche kognitive
Kapazitäten (vgl. Sweller’s „Cognitive Load Teory“), weshalb Studenten eher bei einer
Repräsentation bleiben, weil dies ihre kognitiven Kapazitäten nicht so stark belastet.
 zwei Hauptprobleme: best. Bedingungen müssen erfüllt sein, damit verschiedene
Repräsentationen überhaupt koordiniert werden können; Studenten bleiben evtl. bei einer
Repräsentationsform, weil die Koordination verschiedener Repräsentationen (die sie zudem
evtl. auch einzeln noch gar nicht gut beherrschen) zu anstrengend wäe
 zentralen Frage dieses Artikels: Was löst den Gebrauch von unterschiedlichen Repräsentationen
bei der klinischen Argumentation aus und wie werden diese koordiniert?
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Multiple Repräsentationen in der gewählten Wissensdomäne
„Syndrom der polyzystischen Ovarien“: eine Störung der Follikelreifung
biomedizinische Grundlagen:
- Wissen um anatomische Strukturen (Makro und Mikro) ist sowohl verbal als auch räumlich +
Wissen um normalen Reifezyklus und die hormonelle Regulation: verbale, räumlich und zeitliche
Vorstellungen sowie eine Vorstellung der dynamischen Interaktion zwischen den einzelnen
Variablen (häufig grafisch dragestellt)
- Menschen können mentale Modell solcher Zusammenhänge erstellen und „laufen lassen“;
Modelle mit mehr als zwei Variablen werden aber bereits schwierig – hier sind es sechs
verschiedene Hormone, die von fünf Organen produziert werden!
- letztendliche Begründung für PCO ist noch unklar
Klinisches Wissen:
- weniger kompliziert, relativ eindeutige Symptome (u.a. unregelmäßige Menstruation, Übergewicht,
Gesichtsbehaarung, vergrößerte Eierstöcke und eine gestörte Balance der Hormone LH und
FSH)
Hier müssen also klinisches und biomedizinisches Wissen (sowohl um normale als auch um
pathologische Zusammenhänge) integriert werden, außerdem müssen viele verschiedenen
Repräsentationsformen koordiniert werden.
Die Methode
Die Versuchspersonen: Einer Medizinstudentin im 4 Jahr wurden u.a. 2 unterschiedliche Fälle des
Syndroms der poly-zystischen Ovarien („polycystic ovaries syndrome“, PCO) vorgelegt. Ihr Aufgabe
war es, diese Fälle (unter den anderen) richtig zu diagnostizieren und im Anschluss daran zu
erklären. Dabei sollte sie laut denken und ihre Äußerungen wurden protokolliert. Diese wurden v.a.
danach analysiert im Hinblick auf die Art der verwendeten Repräsentationen (verbal, bildlich), der Art
des angewendeten Wissens (biomedizinisch, klinisch) und der Kohärenz der gebildeten
Repräsentationen.
Ziel war es die Schnittstelle zu finden, an der die Koordination der Repräsentationen stattfand.
Zur Kontrolle wurden auch die Protokolle von 2 Experten analysiert, die mit den gleichen Fällen
konfrontiert wurden.
Ergebnisse
In dem Artikel wird der Lösungsfindungsprozess anhand der transkribierten Protokolle detailliert
nachgezeichnet (S. 243-254). Dabei wird schrittweise vorgestellt, wie die Studentin mit den Aussagen
der allgemeine Fallbeschreibung, der Ergebnisse der ärztlichen Untersuchung und des Laborberichts
umgeht und diese in ihre Argumentation integriert. Im Anschluss daran werden die beobachteten
Ergebnisse mit den Fallbearbeitungen der Experten verglichen.
Im Rahmen dieser Zusammenfassung können folgende wichtige Beobachtungen und Ergebnisse
festgehalten werden:
Der 1. Fall
 Zunächst einmal wird aus den Informationen mit Hilfe von klinischem Wissen und verbalen
Repräsentationen ein Bild von der Art der Patientin und von der Art des Problems generiert.
 Bei Erhalt der Laborergebnisse wird das biomedizinisches Wissen aktiviert und die verschiedenen
Hormone werden erinnert. Insgesamt bleiben ihre Überlegungen aber sehr oberflächlich und
fragmentarisch. Immerhin kommt sie auf die Diagnose PCO.
 Die Befunde der körperlichen Untersuchung interpretiert sie nur, setzt sie noch nicht in Beziehung
zur PCO-Diagnose.
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Beim Betrachten der Laborergebnisse wird wieder biomedizinisches Wissen aktiviert, außerdem
findet sie hier eine Bestätigung für die PCO-Diagnose.
In einem zweiten „Durchgang“ versucht sie, anhand der Laborbefunde die Interaktion der
Hormone zu erinnern. Sie muss aber schnell feststellen, dass ihr Wissen nicht ausreicht und
versucht, sich mit einer Skizze zu helfen, kommt damit aber auch nicht viel weiter. Immerhin ist sie
sich hinterher ihrer Diagnose offenbar sicherer.
Obwohl die Skizze kein zusätzliches Wissen aktiviert zu haben scheint, das nicht schon durch
verbale Repräsentation hervorgerufen wurde, erfüllt sie 3 Funktionen:
a) Verfestigen der verbalen Repräsentation
b) Unterstützung des Gedächtnisses
c) Aufdecken von Fehlern in der bisherigen Argumentation
Als sie gebeten wird den Fall zu erklären, beginnt sie ein Bild zu zeichnen mit den Organen und
den hormonellen Feedbackmechanismen. Dabei benutzt sie ihr theoretisches, biomedizinisches
Wissen. Sie springt sie zwischen Wissen um normale Vorgänge und Wissen um pathologische
Vorgänge hin und her. Während sie erklärt, schaut sie ihre Zeichnung an und fügt nach und nach
neue Elemente zum Bild hinzu.
In der post hoc Erklärung werden verschiedene Phänomene detaillierter erläutert. Die Erklörung
wird nicht einfach nur aus dem Gedächtnis abgrufen, sondern die Studentin muss sie aktiv
konstruieren, wobei ie hin und wieder feststellen muss, dass ihr Wissen nicht ausreicht.
Sie springt zwischen Normalfunktion und Pathophysiologie hin und her; Verbindungen zum
klinischen Wissen werden keine gezogen!
FAZIT: Bei der Bearbeitung des 1. Falles zeigen sich erste Hinweise auf eine Koordination
zwischen verschiedenen Wissensbasen und Repräsentationen. Ein wichtiger Punkt waren die
scaffolding-Prozesse einer Repräsentationsform in Bezug auf die andere: Während gezeichnet
wurde, wurde die indirekte Information der Zeichnung verbalisiert und somit konnten neue
Elaborationen entwickelt und Schlussfolgerungen gezogen werden.
Der 2. Fall
 Nach ein paar Fällen mit eine anderen Pathologie wird der 2. PCO-Fall vorgelegt.
 Es wird ähnlich argumentiert wie im ersten Fall jedoch mit ein paar bemerkenswerten
Unterschieden.
o es werden keine Zeichnungen angefertigt, da die Elemente aus den einzelnen Wissensbasen
scheinbar leichter abgerufen werden
o die Diagnose PCO wird früher gestellt
o sie verbalisiert sehr viel weniger biomedizinisches Wissen
 In der der post hoc Erklärung beginnt sie dort, wo sie beim ersten Mal Probleme hatte; sie
zeichnet eine ähnliche Skizze, sie hat weiterhin Probleme, die Horminregulation zu erklären. Sie
merkt, dass ihr Wissen nicht ausreicht und ist am Ende verwirrter als zu Beginn des
Erklärungsversuchs.
Frage nach den Auslösern der Koordination von multiplen Repräsentationen:
- das reine Lösen von klinischen Fällen ist kein starker Auslöser - insofern relevant, als oftmals die
Bearbeitung von klinischen Fällen als sehr wichtig für die Integration von Wissen und Koordination
von Repräsentation angesehen wird!
- Skizze wurde eher zum „Scaffolding“ genutzt
- Koordinationsversuche zwischen Wissen um normale und Wissen um pathophysiologische
Vorgänge beginnen, wenn sie das Gefühl ha, nicht merh weiter zu wissen
- Mögliche Schlussfolgerung: „Sackgassen“ (impasses) in der Erklärung, zusammen mit dem
metakognitiven Gefühl, etwas nicht zu wissen, sind der Auslöser für Koordinationsversuche. Es
werden jeweils nur zwei Wissensbasen koordiniert.
- Dieser Lernmechanismus ist ncht unbekannt (z.B. funtkioniert auch SOAR so), hat aber ein
Problem: da das Wissen unvollständig ist (dehalb kommt es ja zu Impasses), kann es auch nicht
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vollständig koordiniert werden! Vermutlich wird das Probleme also später nochmals auftauchen,
wenn der Student schon mehr weiß, aber trotzdem noch einmal ein Impass auftaucht.
Vergleich mit den Experten
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Oberflächlich betrachtet ist das Protokoll des Experten nicht so verschieden von jenem der
Studentin (im 2. Fall). Auch hier wird z.B. zunächst eine Repräsentation von der Patientin und
dem Problem erzeugt, die Hypothese „PCO“ wird sehr früh gestellt.
Studentin sucht Erklärung jedoch in Hormonen, die von Fettzellen prpduziert werden, während der
Experte weiß, dass die Hauptursache woanders liegt (nämlich af der zellulären Ebene und in den
Follikeln selber).
Erklärung des Experten ist gekennzeichnet durch ein flexiles Wechseln zwischen verschiedenen
Betrachtungsebenen (z.B. Ebene der Eierstöcke-Zellebene-Follikelebene)
Beim zweiten Experte fällt vor allem auf, dass er einige Konzepte benutzt, die eine Brücke
schlagen zwischen dem klinischen und pathophysiologischen Wissen (z.B. „Hyperandrogenische
Amenorrhoe“: Verknüpfung der pathophysiologischen Prozesse auf hormoneller Ebene mit dem
klinischen Symptom der Amenorrhoe)
Die Protokolle beider Experten zeigen einige Merkmale, die bei der Studentin fehlen:
a) Die Koordination zwischen klinischem und pathophysiologischen Wissen.
b) Die zeitabhängigen Aspekte der hormonellen Interaktion, die aus dem Ruder gelaufen sind.
c) Die Verbindungen zu Behandlungsformen und den damit verbundenen Problemen.
d) Es ist kein Rückgriff auf die normalen biomedizinischen Vorgängen nötig, um
pathophysiologische Vorgänge zu verstehen.
e) Die Koordination der Wissenbasen hat offenbar bereits früher stattgefunden, es wirkt nicht so,
als müssten die Experten die Erklärung momentan („on the spot“) konstruieren.
f) Es gibt keine Situation, in der sie zugeben müssen, dass sie die Antwort auf ein (Teil) Problem
nicht wissen.
Diskussion
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Auslöser für die Koordination multipler Repräsentation scheinen Situationen zu sein, in denen die
Studentin in Sackgassen geriet, wenn sie eine bestimme Wissensbasis (hier: klinisches oder
pathphysiologisches Wissen) anzuwenden versuchte. In diesen Momenten griff sie zurück auf
allgemeineres Wissen (hier: über die normale Funktionsweise des Körpers).
Die Studentin brach die Koordinationsversuche ab, weil sie Miskonzepte nicht erkannte, keine
überbrückenden Konzepte (wie „hyperandrogene Amenorrhoe“) zur Hilfe nehmen konnte und sich
mit ihrem unvollständigen Wissen irgendwann zufrieden gab.
Ein besonderes Problem in der Medizin ist, das nicht nur verschiedene Repräsentationensformen
koordiniert werden müssen, sondern auch verschiedene Wissensbasen. Diese wurden von
unterschiedlichsten Quellen entwickelt: Biomedizinisches Wissen hauptsächlich von Forschern,
die ein vertieftes Verständnis normaler und abnormaler Funktionsweisen vermitteln wollen.
Klinisches Wissen stammt in erster Linie von Ärzten, die sich v.a. für die Diagnose und
Behandlung von Krankheiten interessieren.
Diese Wissensgrundlagen sind qualitativ verschieden! D.h, sie erzählen nicht „die gleiche
Geschichte mit anderen Mitteln“, sonder zwei verschiedene „Geschichten“, die jedoch genutzt
werden können, um die jeweils anderen Wissensbasen besser zu verstehen.
Die Studenten müssen herausfinden, wo Brücken zwischen diesen verschiedenen
Wissensgrundlagen gebaut werden können, und wie diese sinnvoll zum wechselseitigen
Verständnis eingesetzt werden können. Das Problem für Studenten besteht deshalb weniger
darin komplette Wissensbasen zu koordinieren, sondern jene Teile in ihrem biomedizinischen
oder pathophysiologischen Wissen zu entdekcen, die ihnen helfen können, klinische Befunde zu
erklären und zu interpretieren.
Ist offfenbar schwerer, as man denkt, denn immerhin scheint es bei Studenten im 4.Jahr noch
nicht der Fall zu sein.
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Wie soll man Medizin unterrichten?
o Da „impasses“ offenbar hilfreich sind: die Studenten in Situationen bringen, in denen sie
Wissenslücken und Miskonzepte entdecken
o Fallbearbeitung, wie in diesem Beispiel, ist evtl. nicht so gut geeignet, da der Studentin
hier die Lücken in ihrem klinischen Wissen nicht deutlich wurden
o Anderer Vorschlag: Mitstudenten best. Zusammenhönge erklären...
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Wie gehen Experten bei der Koordination verschiedener Repräsentationen vor?Verschiedene
(sensorische) Informationen und verschiedenen Wissensgrundlagen fließen in den klinischen
Diagnoseprozess ein – es ist unklar, inwieweit diese versch. Repräsentationen dabei in das
gleiche Format „übersetzt“ werden. Evtl. werden die Repräsentationen gar nicht direkt miteinander
integriert, sondern fließen unabhängig voneinander in den Prozess ein.
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Ein letzter Absatz zu „knowledge encapsulation“: Hier wird die These vertreten, alle
Repräsenationsformen müssten zum Zweck der knowledge encapsulation erst in ein verbales
Format „übersetzt“ werden. Das eingekapselte Wissen kann dann aber aus ganz verschiedenen
Quellen stammen, die anfänglich ganz unterschiedlich repräsentiert waren. Bsp.: die Studentin
„übersetzte“ ihre bildliche Repräsentation wieder in verbale Erklärungen; der Experte springt
munter zwischen verschiedenen Ebenen und Wissensgrundlagen hin und her, hat dafür aber ein
übergreifendes verbales Konzept gebildet....
Es wäre noch zu erforschen, ob es Wissenseinkapselung auch in anderen Formaten als dem
verbalen gibt...
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