Metodologia poznania naukowego. Ochrona własności intelektualnej Odpowiedzialny za przedmiot: prof. dr hab. Cezary Watała Rodzaje badań naukowych Zakład Zaburzeń Krzepnięcia Krwi KDL Uniwersytetu Medycznego w Łodzi Dr hab. Jacek Golański
Piśmiennictwo
Algorytmy przeprowadzenia eksperymentu naukowego schemat postępowania w zaplanowaniu doświadczenia a nie jest dowolny jak brzmi idea, której mamy bronić lub obalać? umiejętność właściwego zaplanowania eksperymentu naukowego cechuje doświadczonego badacza
Planowanie eksperymentu naukowego przypadkowe i szeroko zakrojone zbieranie wyników jest nieporozumieniem i przeczy racjonalnemu podejściu w pracy naukowej wyniki zbieramy i opracowujemy z myślą o udowodnieniu postawionej wcześniej hipotezy, a nie odwrotnie próby wykrojenia koncepcji badawczej na podstawie zebranych w sposób chaotyczny (gdyż bez wcześniejszego zamysłu celowego działania) danych pomiarowych jest działaniem aniem po omacku i graniczy z manipulacją naukową
Planowanie eksperymentu naukowego Indukcja - przechodzeniu od szczegółu do ogółu Dedukcja - przechodzeniu od ogółu do szczegółu
Planowanie eksperymentu naukowego
Zarys protokołu badania Pytanie badawcze/znaczenie badania Schemat badania: np. ramy czasowe Obiekty badane (kryteria selekcji, schemat próbkowania) Zmienne Problemy statystyczne (hipotezy, liczebność próby, analiza zebranych danych)
Wybór elementów próby badanej Jednostki doświadczalne elementy próby badanej, które pozwalają nam na przetestowanie hipotez (np. wiek, stężenie hemoglobiny, wzrost lub wartość skurczowego ciśnienia tętniczego) Jednostki obserwacyjne - to faktycznie mierzone i badane obiekty, np. pobrane próbki krwi, fragmenty tkanek itp
Pojęcia i terminy statystyczne Zmienne (parametry, cechy) - wielkości, które mierzymy, kontrolujemy lub którymi manipulujemy w jakiś sposób w czasie badań. Możemy je klasyfikować do różnych kategorii zależnie od kryterium podziału
Pojęcia i terminy statystyczne zmienne niezależne takie zmienne, których wartości możemy dobierać i zmieniać w doświadczeniu (zależne od badacza) zmienne zależne które mogą być jedynie mierzone lub rejestrowane przez badacza, nie ma on jednak wpływu na to jakie wartości przyjmują (niezależne od badacza)
Pojęcia i terminy statystyczne zmienne dyskretne, czyli takie które zmieniają się skokowo i mogą przyjmować jedynie określone wartości zbioru liczb całkowitych; wartości tych zmiennych nie muszą zmieniać się monotonicznie/porządkowo zmienne ciągłe, które przyjmują dowolne wartości z określonego przedziału zbioru liczb rzeczywistych; tworzą szeregi rosnące/malejące co wynika z tej charakterystyki?
Miary położenia i typy rozkładów Rozkład normalny
Miary położenia kiedy jakie stosować? wyrażają tzw. tendencję centralną średnia (arytmetyczna) średnia geometryczna średnia harmoniczna mediana modalna (moda) minimum, maksimum rozstęp
Właściwy wybór / dobór próby badanej co ma decydować o tym, że grupę nazwiemy grupą kontrolną? jakie kryteria przyjmiemy? czy to, że badane osoby nie mają określonej choroby? - czy to, że nie przyjmują określonego leku?
kiedy SD, kiedy SE? odchylenie standardowe miara (obiektywna) zmienności populacyjnej błąd standardowy - miara nieprecyzji pomiarowej stosowanie SE przy porównaniach grup badanych (zdrowi-chorzy itp.) jest tak samo niewłaściwe, jak stosowanie SD przy sporządzaniu krzywych kalibracji
Wybór testu statystycznego z jakimi zmiennymi mamy do czynienia? ciągłe czy rangi / kategorie? zmienne parametryzowane czy liczebności?
proste testy istotności wybór testu statystycznego
zaawansowane testy istotności wybór testu statystycznego
nieparametryczne testy istotności wybór testu statystycznego
testy asocjacji / zależnościś wybór testu statystycznego
Piśmiennictwo Statistica
Oszacowanie liczebności ci grupy badanej / liczby powtórzeń metody estymacji ile pomiarów musimy wykonać aby udowodnić słuszność hipotezy statystycznej? czy jeżeli przebadamy dużą liczbę osób, to możemy mieć pewność, że wiarygodnie wypowiemy się o braku lub występowaniu różnic istotnych statystycznie? na czym opieramy swoją ocenę jak duża powinna być grupa? czy prowadzimy badania dopóty, dopóki starcza nam środków finansowych czy wykonujemy ściśle określoną liczbę pomiarów? czy takiej estymacji dokonujemy a priori czy a posteriori?
Po co stosujemy szacowanie liczebności próby? po to aby nie zbierać niepotrzebnie dużej liczby danych w sytuacji gdy: dostrzegamy już na pierwszy rzut oka że porównywane grupy różnią się między sobą nie występują rzeczywiste różnice i nie wykażemy ich niezależnie od liczebności próby, zbierając bardzo dużą liczbę powtórzeń mnożymy tylko niepotrzebnie koszty eksperymentu
Projekt eksperymentu Określenie grupy badanej i grupy kontrolnej Wybór typu projektu eksperymentu (eksperyment kontrolowany, eksperyment czynnikowy, układ blokowy, układ kompletnie zrandomizowany, kwadrat łaciński) Określenie jednostek obserwacyjnych i doświadczalnych
Projekt eksperymentu Włączanie do grupy badanej i kontrolnej Randomizacja, rozlosowanie (ang. randomisation) przydział losowy badanych obiektów (osoby, zwierzęta) do grupy doświadczalnej i kontrolnej Każdy przypadek z badanej populacji ma taką samą szansę być uczestnikiem badania co każdy inny
Projekt eksperymentu Powody stosowania randomizacji: Zminimalizowanie wpływu zmiennych niekontrolowanych (różnica w populacjach dotyczy jedynie badanej cechy) Odzwierciedlenie charakterystyki populacji w badanej próbie Uprawdopodobnienie otrzymanych rezultatów badań Rozkład cech charakteryzujących dobrze dobraną populację ma cechy rozkładu normalnego
Projekt eksperymentu Pojedyncza ślepa próba osoby biorące udział w eksperymencie nie wiedzą czy otrzymują lek czy substancję obojętną (placebo) Podwójnie ślepa próba pacjent i bezpośredni wykonawca eksperymentu (np. lekarz) nie znają kluczowych informacji, które mogą mieć wpływ na przebieg eksperymentu Placebo substancja lub działanie obojętne, nie mające wpływu na stan zdrowia, aplikowane (na ogół) równolegle do ocenianej terapii
Rodzaje badań naukowych Podstawowe Model badawczy nakierowany na wyjaśnienie mechanizmów molekularnych Badania naukowe Populacyjne i kliniczne Dotyczą żywych obiektów biologicznych; mają charakter obserwacyjny
Rodzaje badań podstawowych Badania in vitro (z łac. w szkle ) to testowanie efektu czynnika doświadczalnego ( pełna kontrola warunków) na wybrane składniki organizmów, narządów, tkanek lub komórek Badania in vivo (z łac. w żywym ) polega na wykorzystywaniu w badaniach żyjących organizmów In situ oznacza badanie określonego zjawiska lub procesu dokładnie w miejscu, gdzie ono zachodzi Ex vivo (z łac. poza żywym organizmem ) oznacza, że doświadczenie lub pomiar ma miejsce poza organizmem (człowieka, zwierzęcia).
Rodzaje badań klinicznych Metody interwencyjne Badacz wprowadza celowo zabieg lub zmienia zachowania chorych Metody obserwacyjne Badacz opisuje chorobę bez podejmowania interwencji
Rodzaje badań klinicznych Badania interwencyjne Z randomizacją Badanie z grupą kontrolną bez randomizacji Badania obserwacyjne Badania opisowe (opis przypadku lub serii przypadków) Badania analityczne (z grupą kontrolną): kohortowe, kliniczno-kontrolne, przekrojowe
Rodzaje badań obserwacyjnych Badania kohortowe Docelowa populacja badana Populacja źródłowa Badania kliniczno-kontrolne Docelowa populacja badana badani Działanie czynnika badani Brak działania czynnika źródłowa populacja osobników kontrolnych badani źródłowa populacja przypadków badani
Rodzaje badań obserwacyjnych Przekrojowe Prowadzone przez krótki okres czasu, rejestrujące mały wycinek charakterystyki badanej populacji Monitoringowe Rejestrowanie wybranych parametrów badanej populacji w dłuższym okresie czasu, często sprowadzają się do powtarzalnych badań przekrojowych Kliniczno-kontrolne Analiza związku między występowaniem określonego czynnika a występowaniem choroby
Projekt eksperymentu Chcemy zbadać związek palenia nikotyny z występowaniem chorób nowotworowych Jaki rodzaj badań możemy zastosować? Podstawowe: in vitro in vivo ex vivo Kliniczne obserwacyjne interwencyjne
Badania retrospektywne Badania retrospektywne to takie badania, w których różnicujemy jak określona jednostka chorobowa (która pojawiła się kiedyś w przeszłości) wpływa na częstość wystąpienia interesujących nas modyfikacji zmiennej W badaniach tych spoglądamy wstecz i oceniamy jak status kliniczny który możemy traktować jako rodzaj modulatora wpływa na wartości zmiennej/zmiennych Celem obserwacji retrospektywnej jest estymacja czy i w jakim stopniu badane zmienne mogłyby dla nas być w przyszłości predyktorami wystąpienia choroby, tzn. czy samo rejestrowanie zmian wartości określonych parametrów może być dla nas wskazówką, że występuje określona jednostka chorobowa
Badania prospektywne Badania prospektywne to takie badania, w których śledzimy zachowanie się lub wystąpienie zmian określonych zmiennych po (jednokrotnym lub wielokrotnym) zadziałaniu czynnika modyfikującego (modulatora) Badania te mają formę aktywnej (badacz manipuluje działaniem czynnika) i dynamicznej (monitorowanie odbywa się w sposób ciągły) obserwacji
Podsumowanie badań klinicznych
Projekt eksperymentu Złożenie wniosku i uzyskanie zgody komisji bioetycznej na prowadzenie badań eksperymentalnych z udziałem ludzi lub zwierząt
Aspekty etyczne w badaniach naukowych Wykonanie badania dostarczy potencjalnych korzyści o znaczeniu praktycznym Badanie będzie przeprowadzone z poszanowaniem zasad etycznych w stosunku do uczestniczących w eksperymencie ludzi lub zwierząt Badanie zostanie przeprowadzone zgonie z obowiązującymi normami i przepisami prawnymi
Aspekty etyczne w badaniach naukowych Zgoda komisji bioetyki do badań na ludziach oraz lokalnej komisji etycznej do badań na zwierzętach Pisemna świadoma zgoda pacjenta na ściśle określonych zasadach Uniwersytet Medyczny w Łodzi http://www.umed.pl/pl/doc/nauka/kb_wzor_ww.doc
Aspekty etyczne w badaniach Całościowa kontrola etyczna poczynań badawczych: unikanie fałszowania i fabrykowania wyników naukowych unikanie plagiatu naukowego Współautorstwo publikacji Określenie procedury zakończenia eksperymentu, bezpieczeństwo/korzyści dla uczestników
Aspekty etyczne w badaniach naukowych Badania genetyczne wykonywane w oparciu o zebrany i składowany wcześniej materiał biologiczny: czy ujawnić wyniki testów genetycznych uczestnikowi badania? Jego rodzinie? procedury zapewniające anonimowość i poufność danych i wyników
Aspekty etyczne w badaniach naukowych Jak zasadnie ograniczyć liczbę testowanych osobników (na tyle, aby badanie spełniało nadal warunki poprawności pod względem algorytmu badania, schematu doświadczenia oraz pod względem statystycznym? Czy nie da się zastąpić badań na zwierzętach metodami alternatywnymi?