動(dòng)物設(shè)計(jì)結(jié)果分析和解釋.ppt

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 結(jié)果分析和解釋 Forscientific ethicalandeconomicreasons itisimportanttodesignanimalexperimentswell toanalyzethedatacorrectly andtousetheminimumnumberofanimalsnecessarytoachievethescientificobjectives 良好的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對提高研究工作質(zhì)量 所寫的論文被高水平的雜志接受發(fā)表都非常重要 目前在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面還存在不少低質(zhì)量的研究工作 一方面是所用動(dòng)物的質(zhì)量不高 級別低給實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性帶來不小的影響 另一方面研究人員在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方面的訓(xùn)練不足 也是導(dǎo)致研究工作質(zhì)量低下的重要原因 一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 對統(tǒng)計(jì)學(xué)分析來說幫助很大 可以使問題變得更容易解決 而一個(gè)不正確的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 可能使我們不能從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中提煉出任何有用的信息 另外通過良好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法也可減少動(dòng)物使用數(shù)量 對滿足動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的倫理性和經(jīng)濟(jì)性要求也有重要的意義 一般來說 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的研究工作應(yīng)該明確描述 研究的目的和 或者需要驗(yàn)證的假說 選擇特定動(dòng)物模型的原因 動(dòng)物種 品系 來源和類型 每個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)步驟的詳細(xì)描述 包括研究設(shè)計(jì)和使用動(dòng)物數(shù)量 數(shù)據(jù)分析所用的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 一 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的分類1 確證性的實(shí)驗(yàn) 用一種最大可能 正確解答問題的系統(tǒng)方法 收集有關(guān)處理實(shí)施后動(dòng)物反應(yīng)的科學(xué)數(shù)據(jù) 2 探索性的實(shí)驗(yàn) 為產(chǎn)生新的假說提供素材 這兩類實(shí)驗(yàn)都涉及在實(shí)驗(yàn)人員的控制下 對動(dòng)物施加一定的處理或操作 來發(fā)現(xiàn)是否處理在實(shí)驗(yàn)對象上引起一定的反應(yīng) 或者對這種反應(yīng)進(jìn)行定量 3 檢驗(yàn)性實(shí)驗(yàn) 是觀察性的實(shí)驗(yàn) 用于發(fā)現(xiàn)科研人員不能控制的變量之間的聯(lián)系 這種聯(lián)系可能是暫時(shí)的也可能是長期的 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要目的一是保證所測變量的任何差異是由處理造成的 而不是其他非對照變量引起 另一個(gè)目的是通過控制確定的變量在盡可能小的范圍內(nèi) 減少所測反應(yīng)的變異性 這樣對處理效應(yīng)的評介更準(zhǔn)確 有機(jī)體的形態(tài)行為特征要適應(yīng)環(huán)境 正是適應(yīng)導(dǎo)致有機(jī)體產(chǎn)生個(gè)體之間的差異 因而 動(dòng)物的適應(yīng)性的傾向?qū)σ粋€(gè)精確的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來說是不可回避的挑戰(zhàn) 我們知道 生物醫(yī)學(xué)的觀察是在可變的一個(gè)背景上進(jìn)行的 而且 這個(gè)可變的背景比起傳統(tǒng)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)所遇到的要大的多 一方面是由于生命形式的化學(xué)過程 代謝 非常復(fù)雜 另一方面是動(dòng)物對環(huán)境影響的積極適應(yīng) 從遺傳學(xué)方面講動(dòng)物的穩(wěn)定性也是較差的 一般用一群群體內(nèi)存在較大差異的動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 要檢測到我們感興趣的目的生物學(xué)變化 就必須用大量的動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 二 差異的分類和控制1 實(shí)驗(yàn)者帶來的差異實(shí)驗(yàn)者帶給實(shí)驗(yàn)的差異主要有兩種 一是 與正確恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)操作有關(guān) 如 注射 灌胃口服 外科手術(shù)等 二是 缺乏準(zhǔn)確的測量手段 對第一種原因產(chǎn)生的差異 其控制應(yīng)以確保實(shí)驗(yàn)過程和操作的一致性 準(zhǔn)確性和完整性為目的 對第二種原因產(chǎn)生的差異 其控制的主要方法就是對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行多次測量 例子 動(dòng)物注射給藥動(dòng)物的抓取固定操作外科手術(shù) 不準(zhǔn)確的測量測量儀器本身的不準(zhǔn)確觀察的不準(zhǔn)確GLP是1970sFDA制定的實(shí)驗(yàn)操作標(biāo)準(zhǔn) 保證用于藥品登記的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可信準(zhǔn)確 這種基于通過工作質(zhì)量的保證實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息可信準(zhǔn)確的思想 為全球公認(rèn)接受 GLP觀念的引入明顯減少了科學(xué)研究工作中測量方法產(chǎn)生的差異 2 動(dòng)物帶來的差異1 動(dòng)物的來源的差異2 動(dòng)物飼養(yǎng)管理的差異3 生活在不同的環(huán)境4 健康狀況不同5 動(dòng)物之間相互作用引起的差異 1 動(dòng)物來源的差別由于遺傳漂變可能來源于不同供貨商的動(dòng)物存在遺傳學(xué)的差異 隨后由于飼養(yǎng)的環(huán)境方面的差異造成表型上的差異 加之 目前還沒有兩個(gè)供貨商是采用完全一樣的飼養(yǎng)管理程序或完全一樣的飼養(yǎng)環(huán)境 而動(dòng)物在產(chǎn)后的發(fā)育階段是行為類型發(fā)育的敏感期 決定成年后保持行為類型和社會(huì)相互關(guān)系 因此有必要把動(dòng)物來源的因素考慮到實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中 并采用適當(dāng)?shù)目刂剖侄螜z查是否還應(yīng)延長時(shí)間讓動(dòng)物適應(yīng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境 2 動(dòng)物飼養(yǎng)管理的差別動(dòng)物飼養(yǎng)管理方面的微小變化會(huì)對動(dòng)物的行為 生化和生理產(chǎn)生就巨大的影響 如 在其他環(huán)境條件恒定不變的情況下 只改變飼養(yǎng)人員就可使小鼠的繁殖性能顯著下降 猜想這些影響群體性能的原因與視覺 聽覺或嗅覺有關(guān) 因此明智的做法是保證動(dòng)物在新的環(huán)境和更換飼養(yǎng)人員的情況下 至少讓動(dòng)物適應(yīng)調(diào)整1周 才能開始實(shí)驗(yàn) 3 生活在不同的環(huán)境動(dòng)物對其生活的環(huán)境是敏感的 一個(gè)微小的變化都可以影響到它們的行為和生理學(xué) 這里我們強(qiáng)調(diào)的是動(dòng)物所占據(jù)的空間 微環(huán)境的差別 例如 與進(jìn)風(fēng)口和排氣口的相對位置不同 垂直位置不同 會(huì)造成物理 化學(xué)和微生物組成的空間差異 這些情況我們在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)加以考慮 4 動(dòng)物健康狀況臨床疾病會(huì)引起明顯的疾病癥狀 患病的動(dòng)物是不能用來做實(shí)驗(yàn)的 而亞臨床疾病不表現(xiàn)出疾病癥狀 不容易判斷它是否存在 它主要的影響有二 一是 疾病可能影響特定的器官 抑制它們的功能 改變動(dòng)物的生理和生化狀態(tài) 如果這一功能是實(shí)驗(yàn)過程的測定結(jié)果時(shí) 那么實(shí)驗(yàn)結(jié)果很可能產(chǎn)生偏差 二是 亞疾病從廣義上講 對動(dòng)物的健康造成不利影響 使動(dòng)物對研究的操作影響變得敏感 感染帶來的更大問題是疾病的嚴(yán)重程度根據(jù)動(dòng)物的體質(zhì)而變化 因此在實(shí)驗(yàn)的整個(gè)動(dòng)物群體中差別被加大 5 動(dòng)物之間相互作用引起的差異A 動(dòng)物是群居還是獨(dú)居要根據(jù)動(dòng)物種屬的行為學(xué)特性而定 實(shí)驗(yàn)前應(yīng)了解所使用動(dòng)物對群居的忍耐方式的不同 如 地鼠是獨(dú)居動(dòng)物 在實(shí)驗(yàn)條件下不適合群居生活 而小鼠的大多數(shù)品系獨(dú)居是一種應(yīng)激情形 3 5只小鼠最佳 或獨(dú)居的動(dòng)物給予一定的豐富生活的物品 遮掩物和玩具 可降低應(yīng)激情形 B 動(dòng)物社會(huì)階層的建立 會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)的差異 另外還要考慮動(dòng)物建立社會(huì)等級的過程中 存在相當(dāng)高的侵略性 群體中因而引起持續(xù)的應(yīng)激和明顯影響動(dòng)物行為學(xué) 生理學(xué)和生化特征的情況 實(shí)驗(yàn)前將動(dòng)物分組群居時(shí) 讓動(dòng)物等級社會(huì)完全建立穩(wěn)定再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)處理是十分必要的 人員培訓(xùn)的重要性1 了解動(dòng)物飼養(yǎng)管理的基本知識 2 規(guī)范操作減少動(dòng)物緊張和痛苦水平 3 隨機(jī)化的處理安排減少處理動(dòng)物對隨后動(dòng)物處理的困難和帶來實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)差異 一個(gè)有效減少由于不專業(yè)操作帶來的結(jié)果差異的方法是在單位建立專業(yè)化的中心設(shè)施和部門 由專業(yè)化的操作能手代替研究者進(jìn)行操作 SHEFFIELD大學(xué)進(jìn)行小鼠免疫的例子 三 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的步驟1 開始階段1 文獻(xiàn)查閱2 科研方法3 陳述問題 目標(biāo)和假說4 動(dòng)物模型的確定5 實(shí)驗(yàn)人員的確定 1 文獻(xiàn)查閱查閱的文獻(xiàn)應(yīng)廣泛包括現(xiàn)在和過去的雜志以及網(wǎng)絡(luò)上的信息資源 如 MEDLINE TOXLINE PUBMED NCBI等 目的是了解清楚你所研究的焦點(diǎn)問題都已知道些什么 明確所用的方法 動(dòng)物模型 排除不必要的重復(fù)研究 也是為IACUC審查提供項(xiàng)目不是重復(fù)研究 替代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的方法不可行 可能引起動(dòng)物疼痛的操作已得到評估認(rèn)可的證據(jù) 2 確立科研方法1觀察和描述實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象 2系統(tǒng)地提出問題的解釋和學(xué)說 3利用學(xué)說預(yù)測新的觀察結(jié)果 4驗(yàn)證學(xué)說 3 問題的提出明確提出問題 目標(biāo)和可能的結(jié)果十分關(guān)鍵 提出的問題應(yīng)包括實(shí)驗(yàn)將要說明的問題和它的意義 目標(biāo)應(yīng)該對總目標(biāo)有一個(gè)概括性的描述 對特殊的問題加以闡明 應(yīng)對每一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案有兩個(gè)清晰的可能的結(jié)果 如 一個(gè)無效 一個(gè)預(yù)期 無效結(jié)果明確兩實(shí)驗(yàn)組間沒有差別 預(yù)期結(jié)果表明在實(shí)驗(yàn)組之間有真實(shí)的差別 例子 提出問題 那種飼料引起大鼠體重增加 是飼料A還是B 無效 各組實(shí)驗(yàn)預(yù)期得到同樣結(jié)果 即大鼠用飼料A和B體重增加相同 預(yù)期 實(shí)驗(yàn)組之間預(yù)期出現(xiàn)不同的結(jié)果 不可檢驗(yàn) 結(jié)果不容易明確或解釋 4 動(dòng)物模型的確定為實(shí)驗(yàn)選擇最適當(dāng)?shù)膭?dòng)物模型 有以下幾點(diǎn)建議 1使用系統(tǒng)發(fā)育水平最低的動(dòng)物 2使用的動(dòng)物具有想要的種屬或品系專一的特點(diǎn)或者具有特定研究目的必需的特點(diǎn) 3考慮在實(shí)驗(yàn)期間得到和維持動(dòng)物模型所需要的花費(fèi) 4充分查閱文獻(xiàn) 與同一領(lǐng)域的同事討論 與供應(yīng)商或動(dòng)物模型資源庫聯(lián)系確定動(dòng)物模型可能的來源渠道 5在最終決定動(dòng)物模型前征詢實(shí)驗(yàn)動(dòng)物獸醫(yī)的意見 5 實(shí)驗(yàn)合作者的確定根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)施的操作 決定什么樣專長的人是需要的 在開始項(xiàng)目前 就確定每個(gè)人的職責(zé)和進(jìn)行的工作以及資格 合理地進(jìn)行人員的分工安排 參與計(jì)算 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和樣品收集對確保所得數(shù)據(jù)的有效性是十分重要的 一般一個(gè)大型研究單位的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心設(shè)施可提供涉及本專業(yè)高技術(shù)含量的操作和昂貴裝備的服務(wù) 2 正式設(shè)計(jì)階段1 研究方案2 實(shí)驗(yàn)單元3 N因子 實(shí)驗(yàn)組別的動(dòng)物只數(shù)4 對照5 隨機(jī)化 1 研究方案針對提出的問題 研究目標(biāo)和假說 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的所有操作及安排應(yīng)細(xì)心地計(jì)劃和記錄在案 方案中應(yīng)包括針對可控實(shí)驗(yàn)變量的實(shí)驗(yàn)操作 適合測定的變量參數(shù) 即得到準(zhǔn)確測定實(shí)驗(yàn)變量控制的效應(yīng) 獲得樣品和產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的最適方法 項(xiàng)目的所有實(shí)物和數(shù)據(jù)收集和測定的時(shí)間安排表都應(yīng)這時(shí)確定 實(shí)際操作的討論包括動(dòng)物模型持續(xù)的時(shí)間 慢性研究 模型中預(yù)期疾病的進(jìn)程 決定測定的最適時(shí)間點(diǎn) 人員參加項(xiàng)目的時(shí)間和崗位 實(shí)驗(yàn)花費(fèi) 已知和潛在的危害因子也必須明確 最小危害因子風(fēng)險(xiǎn)適當(dāng)預(yù)防措施也必須在方案中明確 所有實(shí)驗(yàn)操作步驟應(yīng)通過SOP詳細(xì)規(guī)定 方案中還應(yīng)包括數(shù)據(jù)分析的方法 如果組間差異是通過統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算而得 那么應(yīng)明確所用統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)的方法 由數(shù)據(jù)分析對最初所提問題作出回答并接受或否決假說 由此得出結(jié)論 2 實(shí)驗(yàn)單元研究的實(shí)體是實(shí)驗(yàn)單元 可以是一個(gè)動(dòng)物個(gè)體 也可以是一組動(dòng)物群體 例如 當(dāng)測試藥物治療和外科手術(shù)時(shí) 一個(gè)大鼠個(gè)體就是一個(gè)實(shí)驗(yàn)單元 當(dāng)測試環(huán)境致畸時(shí) 一整窩大鼠就是一個(gè)實(shí)驗(yàn)單元 3 實(shí)驗(yàn)組別的動(dòng)物只數(shù)將適當(dāng)數(shù)量的動(dòng)物分配到每一個(gè)實(shí)驗(yàn)組別 是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié) 為了得到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的結(jié)果 每一實(shí)驗(yàn)組的動(dòng)物數(shù)量一般是通過預(yù)期各組間結(jié)果差異的可能程度采用特定統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)而決定的 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)籠所能容納動(dòng)物的數(shù)量也是實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物數(shù)量確定的實(shí)際考慮的因素 4 對照過多的變量 如遺傳 環(huán)境 感染因子 對動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果產(chǎn)生影響 因此設(shè)置對照動(dòng)物消除這些外來變量或可能未知的變量帶來的影響 總之 每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都應(yīng)使用對照組動(dòng)物與實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物有一個(gè)直接對應(yīng)的關(guān)系 對照的種類很多 包括 陽性對照 陰性對照 空白對照 媒介物對照 比擬物對照 5 隨機(jī)化動(dòng)物分組時(shí)必須將動(dòng)物隨機(jī)分配到實(shí)驗(yàn)各組 以確保研究的變量在各組中不會(huì)導(dǎo)致偏差數(shù)據(jù) 為達(dá)到隨機(jī)化必須在開始時(shí)將動(dòng)物群體限定好 隨機(jī)化的方法常用1每一只動(dòng)物有一個(gè)固定的編號 進(jìn)行 暗箱 抽數(shù) 并隨機(jī)分配它們到不同組中 2利用隨機(jī)數(shù)字表或計(jì)算機(jī)隨機(jī)程序 3 設(shè)計(jì)后階段1 實(shí)驗(yàn)操作步驟的確認(rèn)2 人員的確認(rèn)3 小規(guī)模預(yù)實(shí)驗(yàn)4 數(shù)據(jù)的輸入和分析5 評價(jià) 1 實(shí)驗(yàn)操作步驟的確認(rèn)IACUC對實(shí)驗(yàn)操作的確認(rèn)其他委員會(huì)對實(shí)驗(yàn)操作的確認(rèn) 2 人員參加研究項(xiàng)目的所有人員必須經(jīng)過培訓(xùn)和資格認(rèn)可 3 小規(guī)模的預(yù)實(shí)驗(yàn)是使用數(shù)量少的動(dòng)物得到預(yù)示性的數(shù)據(jù) 目的1通過預(yù)實(shí)驗(yàn)將操作和使用的技術(shù)固定完善 2預(yù)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)是申請資助項(xiàng)目方案中證明其合理性的重要依據(jù) 增加中標(biāo)的機(jī)會(huì) 3估計(jì)變量參數(shù)測定的誤差 為計(jì)算樣本量提供依據(jù) 4 數(shù)據(jù)的輸入和分析研究者對數(shù)據(jù)的正確收集 輸入和分析負(fù)有完全的責(zé)任 當(dāng)處理的數(shù)據(jù)量很大時(shí) 很容易發(fā)生數(shù)據(jù)輸入的錯(cuò)誤 如組標(biāo)識調(diào)換 個(gè)體標(biāo)識調(diào)換 因此數(shù)據(jù)分析前 數(shù)據(jù)質(zhì)量保證程序應(yīng)建立并在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中包含 確保數(shù)據(jù)輸入的錯(cuò)誤能及時(shí)辨別 四 對照的設(shè)立在實(shí)驗(yàn)中設(shè)立對照組動(dòng)物 是為了與實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物有一個(gè)直接對應(yīng)的關(guān)系 以消除過多變量和未知變量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的影響 對照的種類有以下幾種 1 陽性對照2 陰性對照3 空白對照4 媒介物對照5 比擬物對照 1 陽性對照陽性對照的作用是作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測量各實(shí)驗(yàn)組間差異的程度 另一個(gè)是用來證明動(dòng)物反應(yīng)是可探測的 為實(shí)驗(yàn)方法提供質(zhì)量控制 2 陰性對照陰性對照是期望正常狀態(tài)不產(chǎn)生變化 陰性對照的目的是保證未知變量對實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物引起相反的效應(yīng)不存在 即排除假陽性結(jié)果 3 空白對照是模擬處理組過程而實(shí)際上沒有給予受試物或處理 4 媒介物對照在測試化合物溶于一種媒介時(shí) 這種研究要使用媒介物對照 與給測試物的方法一樣 只給予媒介物 當(dāng)與非處理的對照比較時(shí) 溶媒對照將確定溶劑是否會(huì)引起什么效應(yīng) 5 比擬物對照屬于陽性對照 用一個(gè)已知的的處理來對比待測處理 以此來確定新的藥物或處理是否有改善和提高 五 樣本大小的確定1 小規(guī)模預(yù)實(shí)驗(yàn)2 預(yù)期目標(biāo)成功率低的實(shí)驗(yàn)3 驗(yàn)證假說的實(shí)驗(yàn) 1 小規(guī)模預(yù)實(shí)驗(yàn)小規(guī)模預(yù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是為了探索一個(gè)新的研究領(lǐng)域 確定是否能在不同的實(shí)驗(yàn)條件下對研究的變量以足夠的精度測得變量值 同時(shí)檢查所要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的必備條件 由于前期資料信息的缺乏或?qū)嶒?yàn)成功的可能不能肯定 有些實(shí)驗(yàn)的樣本大小是無法計(jì)算的 而另一些實(shí)驗(yàn)是將復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)學(xué)設(shè)計(jì)簡化成一個(gè)重要的比較事件 此時(shí)樣本的大小應(yīng)足夠大達(dá)到可以發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的顯著差別 例子 假定一個(gè)科研人員想要確定是否X因子在炎癥模型動(dòng)物中水平升高 實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)有了測定X因子的技術(shù)方法 現(xiàn)在要確定的是在一群小鼠中X因子的差異 研究方案中 該科研人員設(shè)計(jì)10只動(dòng)物在誘發(fā)炎癥前和后測定X因子的濃度 這個(gè)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析可估計(jì)誘發(fā)炎癥前和后X因子濃度的平均值和方差 同時(shí)可估算平均值的區(qū)別 這些估算結(jié)果可以用來為進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)計(jì)算樣本大小 效應(yīng)大小 標(biāo)準(zhǔn)誤差 SD 力度和顯著性水平一般 要計(jì)算樣本大小 必須提供三或四個(gè)已知因素 1 效應(yīng)大小 一般為兩組之間的差別 2 對連續(xù)性變量而言的群體標(biāo)準(zhǔn)誤差 SD 3 測定假定效應(yīng)的期望力度 4 顯著性水平 前兩個(gè)因素對特定實(shí)驗(yàn)是對應(yīng)的 而后兩個(gè)因素一般為慣例固定的 效應(yīng)大小是研究者希望檢測效應(yīng)的程度必須以定量的形式陳述表示 研究的目的變量之體標(biāo)準(zhǔn)誤差 SD 可以由小規(guī)模預(yù)試驗(yàn)的結(jié)果得到 也可以由同一實(shí)驗(yàn)室以前的結(jié)果或科研文獻(xiàn)中得到 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法如雙樣t檢驗(yàn)或通過x2 卡方 比較比率的應(yīng)用是由實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的類型決定的 為避免偏差 假定動(dòng)物被隨機(jī)分配到不同的測試組 飼養(yǎng)在相同的環(huán)境中 這時(shí)實(shí)驗(yàn)的力度是指實(shí)驗(yàn)效應(yīng)被測出的概率 一般定為0 8或0 9 即科研人員在假定效應(yīng)存在的情況下 有80 或90 機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的結(jié)果 而此時(shí)1減去力度的符號表示為 是指得到一個(gè)假陰性結(jié)果 false negative 的幾率 即不能拒絕否定一個(gè)不真實(shí)無效假說或不能測得某特定處理效應(yīng)的幾率 陽性結(jié)果的規(guī)定概率即顯著性水平用 表示 一般選擇在0 05或0 01 換句話說 科研工作者錯(cuò)誤表明差別 顯著 而此時(shí)事實(shí)上不存在差別 的機(jī)會(huì)不會(huì)大于5 或1 一旦力度值和顯著性水平選定 統(tǒng)計(jì)學(xué)模型 如卡方 t 檢驗(yàn) 差異分析 線性回歸 選定 然后給出研究者期望效應(yīng)的的大小以及群體SD因子 就可以計(jì)算實(shí)驗(yàn)所用樣本 動(dòng)物數(shù)量 的大小 2 預(yù)期目標(biāo)成功率低的實(shí)驗(yàn)由于實(shí)驗(yàn)過程成功的機(jī)會(huì)不穩(wěn)定 變數(shù)太大 這類實(shí)驗(yàn)所用動(dòng)物數(shù)量的計(jì)算是很困難的 例子 通過基因插入到受精卵或ES細(xì)胞制作轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 需要大量的動(dòng)物 假定所有步驟的成功率都是5 那么用單組實(shí)驗(yàn)的公式N log logp 計(jì)算可得要用50只動(dòng)物 如果成功率為1 將需要300只動(dòng)物 制作一個(gè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物系 3 驗(yàn)證一個(gè)假說的正式實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假說的實(shí)驗(yàn)是常見的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)類型 可以通過得到相關(guān)的一些有用信息 估算所需要的動(dòng)物數(shù)量 一般來說 有三種類型的變量可以測定1 二分變量 一般表現(xiàn)為是 否結(jié)果的百分率 如 在某給定時(shí)間疾病或生存的發(fā)生 2 連續(xù)變量 如某一物質(zhì)在體液中的濃度或生理功能如血流速度或排尿 3 一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)刻 如疾病或死亡發(fā)生的時(shí)刻 這些變量數(shù)據(jù)之間的顯著性差異現(xiàn)在有許多的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來檢測 一般 要知道或計(jì)算樣本大小 必須提供3或4個(gè)已知因素1 效應(yīng)大小 一般為兩組間的差別 2 群體標(biāo)準(zhǔn)誤差 SD 對連續(xù)性變量 3 測定假定效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)期望力度用 表示 4 顯著性水平 用a表示 前兩個(gè)因素對特定實(shí)驗(yàn)是專一的 而后兩個(gè)因素一般為慣例固定的 一般來說 研究人員希望看到差別的樣本越小或群體變異性越大 觀察到顯著性差異的樣本量一定越大 我們可以從專業(yè)網(wǎng)站上得到計(jì)算樣本量大小的服務(wù) www biomath info 幾個(gè)計(jì)算公式 1 二分變量 比率或百分率 N C PcQc PeQe d2 2 d 22 連續(xù)變量N 1 2C s d 2用于研究比較兩組的平均值 舉例 二分變量 比率或百分率 這里pc是對照組中某事件發(fā)生百分率 pe是實(shí)驗(yàn)組中某事件發(fā)生百分率 qc 1 pc qe 1 pe d是pc和pe之間的差別 以一個(gè)正值表示 C是一個(gè)常數(shù)根據(jù) 和 選定的值而定 可通過查表而得 舉一個(gè)例子 來說明該公式的應(yīng)用 假如 以前的研究告訴我們 某一品系的大鼠老年時(shí)腫瘤的發(fā)生率是20 而實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)解決的問題是是否同一品系大鼠經(jīng)某化合物處理會(huì)在老年時(shí)增加腫瘤的發(fā)生率 這時(shí)假定化合物處理動(dòng)物后老年時(shí)腫瘤發(fā)生率增加到50 探測到這種增加的幾率為80 測試是在P 0 05的顯著性水平進(jìn)行 即力度為0 8 0 05 查得常數(shù)C 7 85 用公式1可計(jì)算出實(shí)驗(yàn)每組用動(dòng)物數(shù)為31 07或約32只 總共64只動(dòng)物 舉例 連續(xù)變量這里S是變量的群體標(biāo)準(zhǔn)誤估算值 d是研究者期望測得的差別即所說的效應(yīng)水平 C是一個(gè)根據(jù) 顯著性水平 和 力度 查表得到的常數(shù) 舉個(gè)例子 假定在一個(gè)影響體重的實(shí)驗(yàn)中 大鼠在某一個(gè)年齡的平均體重是400克 SD為23克 某一減少食欲的化學(xué)物質(zhì)用來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以了解該化合物是否會(huì)改變大鼠的體重 同時(shí)假定研究人員在處理組和對照組之間能以90 的力度測得大鼠體重20克的減少 并且顯著性水平為5 查得常數(shù)C為10 51 用雙側(cè)非配對t檢驗(yàn) 用雙側(cè)是因?yàn)榛衔镆部赡茉黾芋w重 可根據(jù)公式2計(jì)算出每組所用動(dòng)物數(shù)量為28 8只 即大約整個(gè)實(shí)驗(yàn)需要用60只大鼠 30 2 六 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中輔助變量的應(yīng)用1 輔助變量的定義2 輔助變量在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用1 完全隨機(jī)化設(shè)計(jì)2 隨機(jī)化模塊設(shè)計(jì)3 引入統(tǒng)計(jì)學(xué)分析的輔助變量4 利用輔助變量判斷局外數(shù)據(jù)5 利用輔助變量評價(jià)隨機(jī)化過程6 利用輔助變量評價(jià)觀測的一致性7 利用輔助變量解釋實(shí)驗(yàn)之間的差異 1 輔助變量的定義除實(shí)驗(yàn)中限定或主要目的反應(yīng)變量外 可以收集的其他變量的總稱 它與目的反應(yīng)變量不一定有直接關(guān)系 包括被記錄但在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中不利用的變量 以及不引入到對主要實(shí)驗(yàn)反應(yīng)變量正規(guī)分析中的變量 但往往這些記錄的變量在實(shí)驗(yàn)的分析和解釋時(shí)起到輔助的作用 記錄所有觀察到的變量作為實(shí)驗(yàn)過程的一部分 保存所有動(dòng)物個(gè)體的信息作為實(shí)驗(yàn)記錄的一部分是非常重要的 實(shí)際上 不能確定動(dòng)物及其相關(guān)的個(gè)體信息會(huì)嚴(yán)重限制信息用于實(shí)驗(yàn)的可能性 2 輔助變量在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要目的一是保證所測變量的任何差異是由處理造成的 而不是其他非對照變量引起 另一個(gè)目的是通過控制確定的變量在盡可能小的范圍內(nèi) 減少所測反應(yīng)的變異性 這樣對處理效應(yīng)的評介更準(zhǔn)確 1 完全隨機(jī)化化設(shè)計(jì)完全隨機(jī)化設(shè)計(jì)依賴于用一個(gè)保證每只動(dòng)物有均等可能接受任何處理的過程 將處理分配給實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 處理動(dòng)物的順序也應(yīng)是隨機(jī)化過程的一部分 以保證所有處理動(dòng)物和處理時(shí)間以及反應(yīng)測量之間的差別以均等的幾率散布在所有的處理組中 只有這樣才有可能對實(shí)驗(yàn)差異和可能的偏差減少到最小 從而得到可靠的結(jié)果 但是如果實(shí)驗(yàn)用的動(dòng)物之間本身差別就比較大 而實(shí)驗(yàn)用的動(dòng)物數(shù)量又較少 那么隨機(jī)化的過程本身就可能在組間引入了不能接受的差別 導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)差異可能很大以至于在處理組之間不能探測到什么差別 在這個(gè)時(shí)候輔助變量 性別 體重等 的應(yīng)用可以幫助我們進(jìn)行組別的動(dòng)物分配 達(dá)到完全隨機(jī)化想要達(dá)到的目的 2 隨機(jī)化模塊設(shè)計(jì)分模塊是為了控制一個(gè)或更多獨(dú)立變量 并用來指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行一定操作的方法 這些獨(dú)立的變量可能是實(shí)驗(yàn)用動(dòng)物的特征 如性別 或窩仔 或是實(shí)驗(yàn)的環(huán)境因素 如 籠或架上的有效空間 實(shí)驗(yàn)者可以將動(dòng)物分成組 模塊 各組 模塊 內(nèi)的動(dòng)物盡可能在這些特征方面一致 這種分組相關(guān)特征的選定 是根據(jù)實(shí)驗(yàn)者對它可能效應(yīng)的知識背景而定 一般來說 社會(huì)和環(huán)境效應(yīng)主要來自于群居結(jié)構(gòu) 與動(dòng)物的品系 年齡和性別有關(guān) 并可影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果 例如 動(dòng)物可以分成雌性組和雄性組 年輕和年長組 體重大和小組 甚至 如果實(shí)驗(yàn)用的動(dòng)物一開始就是一個(gè)均勻的單一組 如40只小鼠品系一致 年齡一致 體重在有限小的范圍內(nèi) 飼養(yǎng)的每籠數(shù)量有一定限制 如每籠飼養(yǎng)不能多于10只 那么籠盒就成了一個(gè)重要的變量 因?yàn)轲B(yǎng)在一個(gè)籠內(nèi)的小鼠相似的方面比起與別的籠盒內(nèi)的小鼠相似的更多 在同一天的同一時(shí)刻處理所有的動(dòng)物或測量反應(yīng)是不可能辦到的 這種情況下 處理或測量的時(shí)刻就成為可能影響結(jié)果的重要變量 也是實(shí)驗(yàn)者應(yīng)該控制和在設(shè)計(jì)中考慮分模塊的可能因素 3 引入統(tǒng)計(jì)學(xué)分析的輔助變量1 協(xié)變量分析指那些可以測量但不容易控制又影響反應(yīng)的變量 在統(tǒng)計(jì)學(xué)分析時(shí)可以采用變形的方式減少它對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響 例如 實(shí)驗(yàn)中觀察某個(gè)指標(biāo)的增加情況 可以在統(tǒng)計(jì)學(xué)分析中以增加的百分率形式進(jìn)行比較 可以減少初始值差異對結(jié)果的影響 2 多次測量在許多實(shí)驗(yàn)中動(dòng)物都是天天觀察和測量 這種多次測量 實(shí)際上可以將測量的錯(cuò)誤 平均掉 從而增加分析的精確度 許多情況下 簡單地將多次測量的數(shù)據(jù)總和起來就可以了 例如 整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間動(dòng)物體重的增加可將每天動(dòng)物體重增加的數(shù)據(jù)總和 另一些情況 表現(xiàn)為反應(yīng)線的斜率 反應(yīng)峰值時(shí)間 或曲線下的面積 總之采用多次測量 得到數(shù)據(jù)的一個(gè)完整集合形成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一部分 并可能通過適當(dāng)?shù)姆治鎏峁┫嚓P(guān)的信息 3 多變量分析在有些動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中 每只動(dòng)物測量好幾個(gè)不同的特征 例如 10個(gè)以上的血液特征參數(shù)被同時(shí)測定 在涉及基因微陣列的實(shí)驗(yàn)中 在一個(gè)個(gè)體中幾千個(gè)特征要被測定 那么這時(shí)多變量分析的方法就值得去采用 4 利用輔助變量探測局外數(shù)據(jù)局外數(shù)據(jù)或極端數(shù)據(jù) 對分析有不利的影響 擾亂統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果 導(dǎo)致產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)論 但不幸的是 對于這些數(shù)據(jù)的探測和判定和處理還沒有一個(gè)明確的解決辦法 有些局外數(shù)據(jù)是轉(zhuǎn)抄或輸入的錯(cuò)誤 可以通過追查記錄更正 而有些情況下 輔助變量可