ChatGPT 在临床医学教育中的应用与挑战

隋佳宇，刘 爽，刘海霞，綦 海，张毛毛

哈尔滨医科大学附属第二医院，黑龙江 哈尔滨 150086

1 人工智能ChatGPT

人工智能（artificial intelligence，AI）是利用计算机研究和开发模拟、扩展和延伸人类智能的理论、方法、技术和应用系统的一门新兴计算机科学技术。人工智能以大数据，自然语言处理并行计算和学习为核心驱动力。机器学习及深度学习是人工智能发挥作用的重要方法。机器学习利用设计算法来探索数据中隐藏的潜在规律，并输出相对应的结果。深度学习是一种模拟人脑分析和学习的神经网络，通过模仿人脑的独特机制来分析解释各种数据，包括声音、图画和文字等的识别和理解［1-3］。自然语言处理是一种应用于文本分析、机器翻译和语音识别等领域的计算机技术，其主要目的是以智能的方式理解和分析人类语言的含义。通过利用文本挖掘构建知识图谱，它能够实现智能问答和智能决策支持等功能［4］。人工智能技术以其独特的优势在各项领域更新补充传统模式发挥巨大作用。

ChatGPT（聊天生成预训练转换器，chat generative pre-trained transformer）是一种基于深度学习技术的自然语言处理工具。它采用非常庞大的数据集进行训练，具备大量参数，因此能够生成高质量的文本输出。作为OpenAI 公司开发的强大神经网络模型，ChatGPT 的架构基于GPT 模型，并不断迭代。相对于传统的机器学习方法，ChatGPT 采用端到端学习的方式，即一个神经网络负责处理从输入到输出的整个过程，从而为处理自然语言提供了独特的优势。ChatGPT具有以下优势。

1.1 语言理解能力

ChatGPT 在自然语言处理领域取得了重要突破，具有强大的能力来实现拟人化交互和为虚拟个体提供高效的技术基础［5］。它利用先进的语言生成和理解技术，能够准确地理解用户输入，并生成流畅自然的回复。在ChatGPT 的练习和测试中，利用了庞大的数据集和深度学习技术。从GPT- 1的1.17亿参数增加到GPT- 2的15亿参数，再到GPT- 3的1 750亿参数，参数量的急剧增加使得ChatGPT 在语言理解和生成方面具有更强大的能力。而基于GPT- 3.5微调生成的ChatGPT- 4模型目前的学习参数还未公开［6］。这些大规模的参数有助于ChatGPT 更好地理解和生成自然语言，从而提高其在拟人化交互和技术支持等方面的性能。

1.2 生成文本的逻辑性和可读性

ChatGPT 通过大规模的训练数据集，学习到了语法、语义和常识等方面的知识，使得它能够理解复杂的句子结构，捕捉上下文信息，并生成与之相关的回复。ChatGPT 经过了大量的训练，使其具备了一定的语言表达能力，可以根据用户的提问和上下文情境，生成自然流畅的语句。此外，模型还学习到了一些常见的表达方式、惯用语等，使得生成的文本更加地贴近人类的表达习惯。在大规模数据集的训练和测试下，ChatGPT 能够提供逻辑性更强、可读性更好的回答。

1.3 基于上下文的连贯回答

ChatGPT 采用端到端训练方式，对于处理自然语言可以更好地捕捉上下文信息，并能够自动学习语言规则和模式。ChatGPT 具有记忆性，用户可以与ChatGPT 进行连续的追问和交流，实现更加自然真实的对话。

2 人工智能在医学教育领域的应用

在医学领域的人工智能技术虽然发展时间较短仅有几十年的历史，但却大幅度提升了医疗技术水平，扩宽了医疗服务范围，在一定程度上缓解了部分医疗资源相对不足的问题，也促进了医疗公平化的建设。当前，人工智能在医疗领域展现广泛应用趋势，其主要集中在辅助诊断方面，可以帮助医生快速判断肺癌、肝癌、脑血管畸形、脑部肿瘤和脑栓塞梗死等多种临床疾病的检查结果。通过学习过往的大量病例数据，人工智能构建了多种疾病的模型，有效辅助医生进行快速诊断［7］。人工智能在医学教育领域也逐渐展现出日益攀升的强大能力。根据2020年国务院办公厅发布的《关于加快医学教育创新发展的指导意见》，为了优化学科专业结构，体现“大健康”理念和新科技革命内涵，提出了关于现有专业建设的理念内容、方法技术和标准评价等新要求。计划建设一批新的医学相关专业，以推动医科与多学科之间的深度交叉融合［8］。人工智能在医学教育的应用也成为加快建设新医科的关键环节与重要手段。

2.1 人工智能辅助医学教育促进多学科融合提高教学质量

传统的医学教育模式注重教师传授知识，学生仅凭课堂所学知识不能满足大健康时代对人才培养的需求。为了适应新时代医学科学的发展，医学教育应当发挥学生学习的主观能动性，培养其获取知识的能力，致力于塑造终身学习者。人工智能技术能够构建智能导学系统，从而更好实现个性化教育。智能导学系统通过学生的学习目标制定个性化的学习方案，并创建效果分析模型来评价学习成果和调适教学进度。同时，系统会根据学生的知识漏洞和学习难点生成针对性的辅导，分析学生在学习过程中出现的错误和原因，从而指导学生进行有目的性的改进。人工智能能够准确剖析学生的成绩，观测学生的学习状态，对态度不端正、自主能力和自控能力较弱的学生进行预警，从而及时指引和教导学生进行高效学习，提高教学质量。借助知识图谱的创建促进跨学科专业资源的实时共享。通过个体化学习特征分析以调优资源配置，解决多学科交叉融合困难的问题。建立起终身学习机制，有助于强化人文教育，推动跨学科人才的培育［9］。医学教育应当以学生为主体，利用科学动态化的大数据教学，为教师进行线上线下相结合教学模式助力，积极引导学生充分进行合作学习、探究学习和个性化学习。重视学生认知能力培养，尊重学生个性化培育，有助于培养学生的创新性思维能力。

2.2 人工智能提供医学教育新型教学资源、助力教学发展

我国医学教育资源的分布不均衡现象比较明显。随着招生规模地不断扩大，实践教学受到师资、场地、设备等多个条件的限制。实践技能教学十分不足，重理论知识而轻实践教学的现象严重影响了医学人才的培养质量。由于资源分布的不均衡，限制了实践教学的开展和教学质量的提升，导致许多医学生在实践技能方面缺乏充分的训练，对医生的综合能力和实践技能的培养造成了不利影响，而人工智能可以在一定程度上解决这一难题。通过医学教育云资源，能够在网络平台上共享开放数字图书馆、医学资源库、考试题库、线上课程、手术视频、疑难病例等内容［10］。同时，引入虚拟技术如VR、AR等，可以模拟再现大量医学情景，创建仿真全面沉浸式的教学环境，从而提供更高效、更安全的医学实践体验［11］。通过人工智能提供的虚拟教学资源可以让医学生挣脱传统医学模式的束缚，提升教学水平，培养全面的新型医学人才。

3 ChatGPT在医学教育的应用

3.1 提供知识信息辅助学习

ChatGPT 可以提供医学知识和相关信息。ChatGPT 可以回答学生提出的关于疾病、生理学、病理学等方面的问题，并提供相关的详细解释内容和参考资料；还可以根据学生的具体需求，提供特定主题的信息，例如药物治疗指南、操作技巧等。通过与ChatGPT 的交互，学生可以快速获取医学知识。Ranwir K. Sinha等人的一项研究发现，ChatGPT 在解决病理学中高阶的推理问题具有一定的能力和相对较高的准确性，在该项实验研究中ChatGPT 所给出的答案得分约为80%，ChatGPT 所回答的问题具有逻辑连贯性，教师和学生可以从中得到帮助来解决推理类问题从而解决教学难点［12］。ChatGPT 可以作为医学生学习的助手，解答学生的问题。Hendrik Friederichs等人在德国医学院的调查研究中发现在等级提升考试中ChatGPT可以正确回答超过三分之二的多项选择题，并且在测试试验中的表现几乎优于所有1～3年级的医学生，只有超过四年级的学生取得了和ChatGPT相似的成绩［13］。学生可以将课堂上学到的知识或课后作业的问题提供给ChatGPT，从而获得有关问题的背景、解释、示例和参考文献，帮助学生更好地理解和熟练掌握医学知识。

3.2 模拟患者对话和虚拟手术

在医学教育中，模拟患者对话是培养学生临床技能和沟通能力的重要手段。ChatGPT可以扮演不同类型的患者的角色，并通过对话模拟患者交流情景。它可以根据学生的提问和表达，提供逼真的患者反馈和回应，以帮助学生在真实的临床情景下练习和培训，提高沟通技巧和临床应对能力。通过与Chat-GPT的交互，学生可以进行虚拟手术模拟。他们可以向ChatGPT 描述一个手术场景，并获得关于手术步骤、技术要点和注意事项的指导。ChatGPT 能够生成具有相关患者详细信息的适当级别的OSCE场景，同时包括统计数据、既往病史和治疗过程。如果得到指示，ChatGPT还可以提供OSCE场景的可能答案，包括重点病史问题、体检操作和相应的实验室检查。此外，学生可以根据自己选择的主题调整OSCE 情景。例如“你能提供一个普通外科三年级的OSCE场景吗？”这为学生们提供了另一种提升OSCE 技能的资源和同学相互模拟OSCE 的动态方式［14］。这对于学生的手术技能培养和准备手术过程中的挑战非常有帮助。

3.3 提供临床案例解析和决策指导

学习临床案例对于培养学生的诊断和问题解决能力非常重要。ChatGPT 可以模拟临床案例，并与学生进行交互，引导学生分析病史、症状和诊断结果，并提出合理的诊断和治疗方案。这种交互式的学习方式可以帮助学生培养临床思维和决策能力。Chat-GPT可以作为临床决策支持工具，为医生和学生提供决策上的指导。Vera Sorin 等人进行实验研究评估ChatGPT 作为乳腺肿瘤委员会决策的支持工具的可能性。他们将连续10例患者的临床信息输入到当前版本的ChatGPT中，以获得ChatGPT所对于特定患者的推荐治疗意见。将ChatGPT产生的结果与肿瘤委员会的最终建议进行了比较。同时由两名资深放射科医生进行了独立评分。ChatGPT的建议与肿瘤委员会的决定相似。实验表明，结合临床医生的临床判断，ChatGPT 有潜力成为临床决策的支持工具［15］。Arya Rao等人比较了ChatGPT 对ACR 乳房疼痛和乳腺癌筛查适当性标准的反应。证实使用ChatGPT等大型语言模型进行放射学决策的最终可行性，有可能改善临床工作流程和负责任地使用放射学服务［16］。通过与ChatGPT 的交互，输入病例相关的信息，例如患者的症状、检查结果等，ChatGPT可以提供关于疾病诊断、治疗方案和药物选择等方面的建议和指引。对ChatGPT 提供的建议进行评估和验证，并结合自身的临床判断做出最终的决策。JunHee Kim等人的研究利用ChatGPT 输入肩撞击综合征（SIS）相关问题，并且收集其提供的医疗信息和治疗方案，ChatGPT不仅提供了对SIS的定义、流行率和危险因素的答案，而且还提供了症状、具有类似症状的疾病，以及根据输入的信息进行骨科检查。实验也证明了ChatGPT 具备为不熟悉SIS的患者提供全面有用的医疗信息和治疗选择的能力［17］。随着自然语言处理技术的进一步发展，它有望能够表达更详细的医疗信息和治疗方案。

3.4 提供实验室指导和进行医学研究

在医学教育中，实验室技能和解读实验结果对于学生的培养非常重要。ChatGPT 可以在实验室操作、样本采集和实验结果解读等方面提供指导。学生可以与ChatGPT 进行交互，咨询关于实验操作的步骤、方法和技巧，以及对实验结果的解读和分析等方面的问题。Cahan 和Treutlein 等人在ChatGPT 关于干细胞研究中指出，ChatGPT 帮助干细胞研究的三种方式： ①能够处理和分析大量的干细胞相关数据；②通过更有效优化干细胞培养条件和控制干细胞的生长水平；③创建干细胞行为的详细模型，帮助研究人员更好地理解干细胞对刺激的反应以及实现对干细胞实验的有效调控。从而说明了ChatGPT如何通过节省时间来高效帮助干细胞的研究［18］。Chat-GPT在医学研究中的应用具有巨大潜力。它可以帮助学生和研究人员进行文献检索、分析数据、提供研究方法和统计建议等方面的支持。

3.5 个性化学习支持、心理辅导以及健康管理

每个学生在学习医学过程中都有其独特的需求和学习风格。ChatGPT可以通过学生与其对话的方式，定制个性化的学习支持。它可以了解学生的学习兴趣和目标，根据学生的需求提供特定的学习资源、建议和学习计划，帮助学生更有效地学习和成长。在评估ChatGPT回答有关肝硬化和肝细胞癌问题方面性能的实验中，ChatGPT 提出了有组织的，多方面的心理和实用建议。它建议护理人员鼓励患者遵循治疗策略，提供情感支持，并建议患者寻求团体支持。值得注意的是，该模型的建议还包括护理人员的身心健康，以提高他们的复原力［19］。近期一项关于Chat-GPT为糖尿病患者提供健康问题准确性评估的研究表明，尽管存在着内容相对不稳定的风险，ChatGPT仍然有很大潜力为糖尿病患者提供准确且有价值的健康信息。其实时更新的健康信息能够极大程度上满足糖尿病患者的信息需求。除了医学知识的传授，ChatGPT还可以用于提供心理支持和健康管理方面的服务［20］。它可以与用户进行对话，提供情绪管理、压力应对和健康生活方式等方面的建议。这种虚拟的心理辅导和健康管理支持可以帮助学业繁重的医学生减轻焦虑和压力。

4 ChatGPT在医学教育中的争议

ChatGPT所拥有的强大功能给医学教育带来了全新的变革，同时也应用于新的场景，但仍然存在着某些局限性的问题。医学教育正面临以ChatGPT为代表的人工智能所带来的全新挑战和争议。

4.1 依赖性与便利性

以ChatGPT 为代表的AI工具为医学生提供了更为方便获取医学知识的途径。然而，这也可能导致学生过度依赖ChatGPT，削弱他们主动学习和培养批判性思维的能力。医学教育应该鼓励学生主动思考、深入理解概念和质疑信息，而不是仅仅依赖和相信工具的回答。过度依赖ChatGPT会导致信息的联系性缺乏，从而导致学生思维固化、缺乏创新性的思维，进一步影响医学教育效果。

4.2 不完全的知识和准确性

医学是一个不断在演进的过程，会大量出现新的医学研究和新的医学知识。ChatGPT可以提供大量的医学信息，但它的回答依赖于预训练的数据。如果ChatGPT 训练数据有偏差且不完整，则算法可能有偏差且不完整，导致信息的不完整，过时或不准确； 人工智能也无法完全理解人体系统的生物学机制，导致在提供信息时存在局限性［21］。因此，医学生需要掌握如何区分和评估信息的可靠性和如何获取正确和最新的知识来源的能力。

4.3 缺乏人性化和情感因素

医学教育不仅仅是传递知识的过程，还需要培养学生的人际交往和沟通能力，同时也注重培养学生的情感智能和共情能力。医学人文精神的培养对于医学生的未来发展举足轻重，只有与真正的人沟通才能逐渐培养医学道德观念。尽管ChatGPT具有处理自然语言的能力，但它无法提供与人的情感交流和理解的能力。当医学生过度地依赖ChatGPT 时，他们会失去对真实人际关系的信任，将人与人之间的关系局限于“人-机”的层面。医学生过度依赖虚拟的互动，会导致他们与社会之间的真实联系受限，缺乏教师所提供的亲身传授以及周围关系支持系统的联系。

4.4 隐私和伦理问题

使用ChatGPT等人工智能工具可能会涉及学生和患者的个人数据和隐私问题。目前，ChatGPT 建立的数据库有限，数据的真实性得不到相关监管机制的监管，从而模糊数据使用与滥用的界限。此外，学生搜寻信息时会忽视自身信息输入，仅关注 Chat-GPT 的搜寻结果，存在数据隐私泄露的风险［22］。人工智能的使用也可能导致对某些人群的歧视或优先考虑特定群体，可能导致未来的医疗不平等并影响人类生活［21］。确保适当的隐私保护和伦理标准，同时平衡教育目标与数据使用，是医学教育中的一个重要挑战。

5 结语

ChatGPT 作为新兴人工智能语言处理模型，在给医学教育带来巨大变革的同时，也带来了全新争议和挑战。ChatGPT具有在医学教育领域产生深远影响的强大潜力，也为培养医学专业人才和提升医疗水平带来了重要的机遇。其提供海量的医学信息、临床案例分析和医疗技能模拟，助力医学生更好地理解和掌握医学知识。同时，ChatGPT 还为医学教育带来了更加灵活和个性化的学习方式，满足学生的多样化学习需求。然而，我们需谨记ChatGPT 在医学教育中仍存在诸多局限。其虚拟的互动破坏与社会之间的真实联系，限制了培养医学生的实践能力和沟通技巧。因此，在医学教育方面运用ChatGPT时，我们应与传统教学方法相结合，同时权衡其优缺点，从而提升教学质量和培养医学专业人才的能力。医学教学应加强对ChatGPT 应用的监管和指导，确保其使用符合伦理规范和医学教育质量的要求。只有在科学合理的指导下，ChatGPT 才能更好地发挥在医学教育中的潜力，并为培养出更优秀的医学人才做出贡献。我们要积极接纳，理性运用新型人工智能技术促进医学教育发展。我们也期待未来ChatGPT在医学教育中的持续发展和创新，为医学教育事业带来更大的进步和影响。