Магнитно-резонансная томография в Лаборатории мозга и поведения Женевского университета, Швейцария.Фото: Сальваторе Ди Нолфи/EPA/Shutterstock
«План эксперимента»: эти слова обозначают раздел исследовательской работы, который многие читатели, возможно, захотят бегло просмотреть, прежде чем перейти к фактическим результатам. Но исследование в Природа Эта неделя должна вдохновить всех исследователей – читателей и писателей – подумать о том, чтобы уделить немного больше времени методам, которые являются частью научного процесса.
Прочитайте статью: Особенности дизайна исследования повышают воспроизводимость исследований ассоциаций в масштабах всего мозга
Исследование, проведенное Саймоном Вандекаром, биостатистиком из Медицинского центра Университета Вандербильта в Нэшвилле, штат Теннесси, направлено на то, чтобы сделать ассоциативные исследования всего мозга (BWAS) более надежными (К. Канг). и др. Природа 2024). Основная идея BWAS — изучение коллекций изображений мозга с помощью статистических инструментов и алгоритмов машинного обучения. Он включает в себя прогнозирование того, какие конкретные функции мозга или модели активности связаны с чертами или поведением, например, способностью абстрактно рассуждать или склонностью испытывать определенные негативные эмоции.
Но у BWAS есть повторяющаяся и хорошо известная проблема низкой воспроизводимости: два исследования по одному и тому же предмету могут прийти к разным выводам. Большая часть проблемы заключается в том, что некоторые исследования BWAS требуют очень большого количества образцов, чтобы точно отразить эффекты. Небольшие размеры выборки могут преувеличивать взаимосвязь между определенной характеристикой мозга и поведением или чертой характера. В аналогичной области полногеномных ассоциативных исследований, которые стремятся связать различия ДНК с особенностями здоровья или заболеваний, проблема ненадежности решается путем сбора наборов данных, включающих десятки тысяч образцов от участников. Однако в случае с мозгом это гораздо сложнее, особенно для исследователей за пределами Европы и США. Один час сканирования на аппарате молекулярно-резонансной томографии (МРТ) стоит около 1000 долларов США. Национальные институты здравоохранения США ежегодно выделяют около 2 миллиардов долларов на исследования в области нейровизуализации, но лишь немногие другие страны имеют такой уровень ресурсов.
Вандекар и его коллеги предполагают, что решением может быть сосредоточение внимания на качестве, а не на количестве. Они проанализировали более 100 000 МРТ здоровых взрослых и детей, а также снимки детей с проблемами психического здоровья.
Советы по проектированию воспроизводимых исследований, связывающих мозг с поведением
Их целью было изучить, как такие факторы, как возраст, пол, когнитивные функции и психическое здоровье, связаны со структурой и функциями мозга в различных дизайнах исследований. Например, одно исследование изучало, как объем мозга меняется с возрастом. Вандекар и соавторы обнаружили, что по сравнению с однократным сканированием нескольких людей (поперечные исследования), повторные МРТ одних и тех же людей с течением времени дали более надежные результаты (см. RJ Chauvin и NUF Dosenbach). Природа 2024).
Подобные продольные исследования уже давно зарекомендовали себя в таких научных областях, как выявление биомаркеров хронических или дегенеративных заболеваний.Ю.Го и др. Естественное старение 4247-260; 2024 год). Хотя они не работают для определенных типов вопросов, для которых необходимы перекрестные исследования, лонгитюдные исследования эффективны для исключения нерелевантных факторов, которые, по-видимому, участвуют в небольших перекрестных исследованиях.
Однако есть предостережения: исследователи, проводящие продольные исследования, должны, например, быть осторожными и оставлять достаточно большие промежутки между измерениями человека, если они хотят уловить значимые и статистически значимые различия с течением времени. Вандекар и его коллеги также подчеркивают, что исследователи должны учитывать как изменения, происходящие у людей с течением времени, так и различия между людьми.
Все исследования должны быть запланированы. Для BWAS отбор участников для получения надежных результатов и использование правильных статистических моделей может повысить надежность результатов без автоматической необходимости увеличения размера выборки. Преимущества статистической строгости, в свою очередь, подчеркивают необходимость более тесного сотрудничества между статистиками и нейробиологами, поскольку последние используют в своих исследованиях более сложные методы обработки данных. Эти результаты будут ценны для нейробиологического сообщества и заслуживают дальнейшего внимания.
Многие научные области занимаются открытиями, основанными на данных, которым все чаще помогают возможности алгоритмов искусственного интеллекта по поиску закономерностей. При этом вопросы корреляции и причинно-следственной связи, а также необходимость обеспечения статистической значимости и воспроизводимости результатов становятся все более актуальными. Это означает, что исследователям не следует пренебрегать дизайном эксперимента, независимо от того, читают ли они статью или пишут.
Повышенное внимание к методам исследования и тому, как исследование получает сигнал о своем эффекте, является способом гарантировать, что результаты выдержат испытание временем.
