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实验结果无法重复?实验设计时这几个问题需要考虑下

    去年底,全球生物标准研究所(GBSI,The Global Biological Standards Institute)首任主席LeonardFreedman在接受TheScientist 采访时,谈到科研结果难以重复的首要因素是生物试剂和参考资料本身存在错误;其次就是实验设计的不规范。NIH专家Francis S. Collins 等也讨论认为,实验设计时如忽略某些细节如单双盲、随机、重复、样本数量和性别等因素都与实验数据可靠性密切相关,并提到动物实验研究甚至已经成为结果无法重复的重灾区[2]。

    本文主要就实验设计角度出发,一起看看重复性原则是什么,又有哪些注意事项?

 

什么是重复性原则?


重复通常包括重复实验、重复测量和重复取样。

实验设计中的重复原则指的是重复实验,即在相同实验条件下的独立重复实验的次数应足够多,以降低因个体差异而导致的各种实验误差。“独立”则是指要用不同的个体或样品做实验,而不是在同一个体或样品上做多次实验[3]。

 

实验中如何实施重复性原则?


重复原则的内在要求:一是实验每个组别要有一定的例数重复;二是要进行必要的独立重复实验;然后就是保证样本的可重复性。在实施中,主要考虑以下几个方面:


1. 合适的样本量


重复原则中重要的具体实施,就是样本含量的确定。简单来说就是你的结果能够在不同样本中重现,古人“三人成虎”就是一个很好的例子。一个人说有虎,大家并不相信,两个人说有虎,便开始半信半疑,三个人说的时候,几乎就相信了,这就是重复的作用。那么,是不是样本量越大就越好呢?其实不然!

 

  • 样本量太大:往往会导致人力、物力和时间上的浪费;并且由于可能过分求数量,导致投入不足,质量控制下降,对研究结果造成不良影响;

  • 样本量太少:难以排除偶然的误差,出现了非真实的阴性结果,并不能代表总体。

 

那如何确定合适的样本量?


严格来说,样本含量的估计需要借助于特定的公式来完成,根据研究目的、资料性质、实验设计类型及分析方法的不同,样本含量的估计公式也有所不同;本文不再细述。根据前人经验,动物实验研究中,如果是小动物实验(如小鼠来源方便,花费不太大),各小组动物数不少于10只为宜。若是较大动物实验,各小组动物数不少于5只为宜。

 

2. 必要的独立重复次数


我们常常在发表的paper里看到,一般的实验要进行3次独立重复实验,且保证每次实验条件稳定,才能确保数据的可靠性。如对于细胞上的药物筛选,至少独立重复3次以上才可靠;但是动物实验时,我们必须考虑动物福利中的3R的减少原则(reduce),必须严格进行实验设计才可以进行实验。


由此我们可以看出,仅仅样本量有重复是不够的,也就是说一个实验动物组选取多只动物进行实验并不能算完整的实验重复原则,而应该在实验条件和动物福利允许的情况下,在相同条件下进行2次或以上的独立实验[4]。

 

3. 样本自身的可重复性


确定样本量之后,也要考虑到实验结果在各个样品中的再现性,即样本自身的可重复性,因此在选取动物时应注意动物的种属、性别以及饲养环境等对结果的影响。这也就是Leonard Freedman主席提到的生物试剂的因素。如我们要选择可靠可重复性的动物疾病模型,保证样本之间基本没有差异。

 

综上,我们为大家简单介绍了实验时的重复性原则,重复性原则可以说是科学研究中非常重要的原则,其有利于使随机变量的统计规律性充分地显露出来。试想如果一个现象或结果不能被别人重复,那么这项研究就没有继续研发的意义。所以,研究人员在进行实验设计的时候,从一开始就要考虑到一个问题,就是按照这样的设计所获得的实验结果是否能遵从文中所说的重复性原则。

 

参考文献

1. Jocelyn Kaiser. Thecancer test. ,Science ,348 (6242), 1411-1413

2. Francis S. Collins,Lawrence A. Tabak. NIH plans to enhance reproducibility. Nature, 612, VOL 505,2014

3.柳伟伟,胡良平,贾元杰,鲍晓蕾.实验设计中的重复原则[J].药学服务与研究,2010,10(05):330-334.

4. 刘永珍,张雪峰,程玉梅,李向红,任进.随机、对照、重复和均衡原则在安评试验中的重要性[J].毒理学杂志,2007(04):312.


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