A tudományos gondolkodás iskolája

A természet kérdése. A kísérleti kutatás alapelvei.

"A kísérlet a természetre vonatkozó kérdés." Ma szeretnék beszélni arról a nyelvről, amelyen ezt a kérdést feltették, és amelyre a választ kapták.

A "hatáshatás" rendszer

Tehát a számunkra érdekes probléma kialakításában elfogadtunk néhány dolgozó hipotézist, és most kísérletileg próbáljuk tesztelni. Hogyan építhetünk egy kísérletet?

Nem mindig, de nagyon gyakran a kísérlet célja az okozati összefüggés megállapítása. Például érdekelheti, hogy valamely szerv reakciója az adott hormonnak való kitettség eredménye. Annak érdekében, hogy erre a kérdésre válaszolni, hogy van két módszer - akkor tönkre a természetben létező kapcsolat (például, távolítsa el a mirigy termel érdekel bennünket a hormon, hogy ha a szervezet reakciója továbbra), és fordítva, hogy szimulálja a hatását a tényező vizsgált (ebben az Például - hormon bejuttatását a vérbe, és megnézni, hogy mi lesz a válasz). Mindazonáltal látjuk, hogy mindkét esetben a kísérleti rendszer hasonlónak tűnik - kísérleti hatásokat adunk és megfigyeljük hatását. Az első esetben a hatás a mirigy eltávolítása, a második - az exogén hormon bevezetése volt. A "hatáshatás" rendszert szinte egyetemesen alkalmazzák; Az első feladat a nyomozó általában választani a megfelelő céljából a hatását, és a második -, hogy dolgozzon ki megfelelő módon a regisztráció a hatást.

A kísérleti hatásokra vonatkozó követelmények.

Ebben, nem is olyan bonyolult, például, azt látjuk, hogy az a követelmény, hogy a hatás a -FIND befolyásolja a vizsgált paraméterek, de nem befolyásolják jelentősen az egyéb kísérleti körülmények - van egy nagyon egyszerű összetétellel, de megfelel ennek a követelménynek nagy nehézségeit, és megköveteli a nagyon mély a tantárgy ismerete és az alapos gondolat.

Az elemi hatás követelménye közvetlenül követ egy másik követelményt - a hatásnak a lehető legteljesebb mértékben kell jellemeznie, vagyis tudnunk kell a lehető legjobban, hogy pontosan mi ez a hatás a vizsgált tárgyhoz képest. Például ismét érdekelnek egy bizonyos hormon bevonása bizonyos paraméterek szabályozásába. A kutatás egyik lehetséges módja, hogy a hormon receptorainak antagonistáját a szervezetbe vezesse be, így nem befolyásolhatja a célszervet. Ez egy szabványos, széles körben használt kísérleti eszköz, ugyanakkor egy olyan technika, amely az értelmezés súlyos nehézségeivel jár. Mindig két kérdés van. Először is az expozíció elég pontos? Van-e a felhasznált anyagnak elszámolt fiziológiai hatása? Még mindig hatással van néhány, talán ismeretlen, receptorra? És másodsorban, elegendő az alkalmazott koncentráció? A hormon természetes hatása teljesen elnyomódott? Tehát a farmakológiai ágensnek egy szerves testre történő alkalmazása szinte mindig nem eléggé jellemezhető hatása, ami kétségét fejezi ki az elemi jellegében; Az ilyen helyzeteket, amennyire csak lehetséges, kerülni kell a teljes körűen tanulmányozott hatások feltárásával.

A készülékek rögzítésére és mérésére vonatkozó követelmények

Továbbá szem előtt kell tartani, hogy a mérés teljesen pontos. A mérési pontosság jellemzője a hiba - azaz a mérési pontosság. a mennyiség valós és mért értéke közötti különbség. A hibák rendszeres és véletlenszerűek. A rendszeres hiba - egy állandó nagyságát és előjelét az eltérés a mért érték a valódi érték - leggyakrabban társított hibajelenség az eszköz (például helytelen értékelési skála) vagy módszer jellemzői. Például, ha a mért anyag koncentrációja eléggé specifikus módszer, amely érzékeny nem csak az anyag az érdeklődés, hanem egy állandóan jelenlévő szennyeződéseket, akkor rendszeresen túlbecsülte kapott értékek. Szisztematikus hibákat gyakran kiküszöbölhetünk, rendszerint meglehetősen könnyű figyelembe venni, és olyan tanulmányokban, ahol ugyanazon eszköz különböző méréseit hasonlítják össze, ezek egyáltalán nem befolyásolják az eredményt. A véletlenszerű hibák különböző többirányú folyamatokhoz kapcsolódnak, amelyek különböző mérésekben a mért értéket a valós értéktől eltérő irányban és különböző értékekkel irányítják el. Teljesen kizárni a véletlen hibákat, és lehetetlen becsülni csak az átlagot, miután ismételt méréseket végeztünk ugyanazon értékkel. Tehát az első, meglehetősen nyilvánvaló követelmény a mérőberendezések számára, hogy hibája jelentős - legalábbis nagyságrenddel - jelentősen kisebb, mint a kutató által várható hatás nagysága. Ha ez általánosan elérhető a kísérleti technológia jelenlegi szintjén, persze. Ugyanakkor, nem szabad arra törekszünk, hogy mindig rendkívül precíz mérőeszközök, mert nagyon pontos eszközök általában is nagyon drága, és terjedését a mért értékek miatt nem csak a műszer hibája.

Ezenkívül a mérőberendezésekre általában szükség van egy objektíven dokumentált rekord létrehozására a vizsgált folyamatról. így ezt a rekordot később a kísérletező saját maga vagy egy másik, a kapott eredmények iránt érdeklő kutató elemezheti. Az 1. ábrán látható. az izom összehúzódási ütemterve jó példája ennek a rekordnak.

Továbbá nyilvánvaló, hogy az eszköz csak olyan eseményt regisztrálhat, amely valamilyen módon befolyásolja ezt az eszközt. De nincsenek egyoldalú akciók a természetben - mindig az eszköz és a vizsgált tárgy kölcsönhatása miatt van, ezért a készülék befolyásolja a vizsgált tárgy viselkedését a mérési folyamat során. Példaként tekintse át a 13. Megmutatja az egy idegimpulzus által okozott izomösszehúzódást. Közvetlenül az impulzus után az izom rövidül (a görbe emelkedő része), majd ellazítja (a csökkenő szelet). Jelenleg azonban a számunkra a körkörös töredék a legérdekesebb. Látható, hogy az izom sokkal jobban meghosszabbodik, mint az alapállapotban, ismét lerövidül, és csak azután kapja meg a szokásos hosszúságot. Miért történik ez? A kérdés megválaszolásához nézzünk közelebb a regisztráló eszközhöz. A sémáját az 1. ábra mutatja. 2. Az 1 izomösszehúzódás során az 5 kar írásvége felemelkedik, és megjavítja a 4 forgó dobon lévő összehúzódást. Amikor az izom ellazul, a kar a gravitáció hatására esik. Ebben az esetben sikerül viszonylag nagy sebességet elérni, így a mozgás végén elasztikusan megnyújtja az izomot, amelyet ezután lecsökken, és a kapott csillapított rezgéseket az eszköz rögzíti. Tehát a relaxációs fázis végén a bazális szint feletti megnövekedett izomzat nem saját tulajdon, hanem a kísérleti beállításból való kitettség okozza. Az ilyen pszeudo-hatások, amelyek a kísérleti eljárás cselekvéséből adódnak, és amelyek torzítják a viselkedését, általában műtermékeknek nevezik. Bizonyos esetekben - mint ahogy azt az imént tárgyaltuk - az artifakt mesterséges eredete könnyen felismerhető, így kiderül, hogy ártalmatlan. Bonyolultabb esetekben azonban nem könnyű megkülönböztetni egy tárgyat egy nyílástól. És itt is szükség van a kísérleti rendszerben - fizikai, kémiai és biológiai - folyamatokban végbemenő mély ismeretekre.

Tehát kiderült, hogy maga a kísérleti eljárás befolyásolhatja az objektum viselkedését, így a probléma merül fel a kísérleti hatás tanulmányozott hatásának és a mérésekhez kapcsolódó mellékhatásoknak a megkülönböztetésére. Hogyan oldható meg ez a probléma?

A kísérlet tervezése és feltételei

Mindenekelőtt a kísérleti körülményeket maximálisan szabványosítani kell: a kémiai kísérletet ellenőrzött és szigorúan meghatározott pH, ionos oldat összetétel, hőmérséklet, nyomás stb. Alatt kell elvégezni; élettani kísérletben az állatoknak szabványos élelmiszereket kell kapniuk, normál fénynapot kell biztosítaniuk, a vivariumban bizonyos hőmérsékletet kell fenntartani, a sejteket bizonyos időben meg kell tisztítani stb. Megjegyezzük, hogy a szabványosítás legyen, amennyire csak lehetséges, minden körülmények között, még ha ez nem egyértelmű, hogy befolyásolni tudják az eredményt a tapasztalat - a kutató, mert soha nem lehet tudni az összes objektum tulajdonságait vizsgálták, és ezért nem lehet biztos abban, hogy néhány tényező nem befolyásolja az eredményt.

Tehát a kísérleti körülményeknek a lehető legelterjedtebbnek kell lenniük. De az abszolút elérhetetlen, sőt minden feltétel kissé eltér egyik kísérletben a másikra, hogy hozzájárul az eredmények további bizonytalanságot, hogy a teljes bizonytalanság a kísérleti eredmények két komponensből áll - a műszer hiba és hiba módszer. Továbbá, hogy az adatok terjedése nemcsak a kísérleti hibától függ, hanem alapvető forrásból is van - nevezetesen a kísérleti tárgyak tulajdonságainak varianciája. Tehát az élettani kísérletet állatokra teszik - patkányokon teszünk. De két patkány, természetesen, nem lehet teljesen azonos. Genetikai különbségek lehetnek, különböző sejtekben nőnek fel - és így különböző körülmények között. Ezért, ahogy a régi fiziológusok azt mondják: "az élmény élmény" (az egyik tapasztalat nem tapasztalat). A kísérleti hiba nagyságának (vagy egy általánosabb kifejezés használatával az adatok terjedésének nagyságrendje) számszerűsítése érdekében egy sor kísérletet kell elvégezni. Az eredményeket az egyes kísérletek ebben a sorozatban lesz némileg eltér egymástól, de megvizsgálva a természet a forgalmazás, meg lehet tanulni a legvalószínűbb kimenetele és mennyiségileg leírja a szórás értékét. Az ilyen kutatásokat matematikai statisztikákkal végezzük, amelyeket a következő előadásban részletesebben tárgyalunk.

Ezenkívül a vizsgált hatásnak a véletlenszerű tényezők által okozott rezgések hatásának megkülönböztetése érdekében nem csak egy, hanem két kísérletsorozatot - tapasztalatot és kontrollt tartalmaznak. A tapasztalat olyan sorozat, amelyben a tárgy a vizsgált hatásnak kitett; az ellenőrzési kísérletben a körülmények nem különböznek a tapasztalattól, de a vizsgált hatás nem adható meg. Hangsúlyozzuk kifejezetten - a kísérleti befolyás hiányát - ez az egyetlen különbség a kontrollcsoport és a kísérleti csoport között; minden más feltételnek azonosnak kell lennie. Például, ha az expozíció az állat eltávolítja néhány a belső elválasztású mirigyek, hormonok, hogy kapcsolja ki, majd használni, mint a kontroll nem ép és hamisan operált állatok - azaz, hogy végre az összes műtét, kivéve a tényleges visszavonása a prosztata. Erre azért van szükség, mert a kísérleti körülmények között olyan sebészeti trauma szerepel, amely valamilyen módon befolyásolhatja az eredményt, és azonosnak kell lennie a kontroll és a kísérleti csoportban. Ez az identitás követelménye olyan fontos, hogy különleges nevet kapjon - más egyenlő feltételek alapelvét. A betartása vezet, különösen arra a tényre, hogy a tárgyi leletek beállítások okozhatják ugyanaz lesz a kísérleti és a kontroll sorozat és nem lesz hatással a következtetést a hatását a hatást.

Abban az esetben, ha az eredmény tényezők befolyásolják, változékonysága, amely a kísérletező nem tudja ellenőrizni, ügyelni kell arra, hogy legalább ez a változékonyság hasonló volt a kísérleti és kontroll sorozat. Egy klasszikus példa: tanulmányozzák az új műtrágya hatását a paradicsom hozamára. A legegyszerűbb megoldás két sor paradicsom telepítése, az egyik az új műtrágyázással, a másik - a régi. Ez jó ötlet? Nem túl sok - különböző talajminőség jelenhet meg a különböző ágyakon, vagy különböző megvilágításban vagy különböző páratartalomban ... A helyszíni kísérlet körülményeit aligha lehet teljesen egységesíteni. Az egyik megoldás az, hogy válassza ki a bokrok feldolgozni új műtrágya mindkét ágy véletlenszerű sorrendben, akkor azt várhatjuk, hogy a változékonysága azok a plusz tényező lesz megközelítőleg azonos a kísérleti és a kontroll csoportban. Ez a módszer - a kísérleti és kontrollcsoportok véletlenszerű eloszlása ​​kontrollálatlan körülmények között - különleges elnevezést kapott a randomizációhoz.

Ezért létrehoztál egy kísérletet, végeztél minden közbenső számítást, és két oszlopod van előtted - a mérés eredményei a pilóta és vezérlő sorozatban. Most az adatokat tudományos eredménynek kell tekinteni - értelmezni. Az első kérdés, amelyre válaszolnia kell, az, hogy az adatok tapasztalaton és ellenőrzésen különböznek-e. Ez nem olyan triviális kérdés, ahogyan úgy tűnik - mivel mind a tapasztalat, mind az ellenőrzés mennyisége elterjedt, független a hatásaitól; a tapasztalat és a kontroll tartomány nagymértékben átfedhet, így a két csoport átlagértékeinek különbsége egyszerűen a véletlen változékonyság megnyilvánulása lehet, de hatása is lehet. Tehát abszolút bizonyossággal nem lehet azt mondani, hogy két véletlenszerű adatkészlet valóban különbözik-e egymástól. A matematikai statisztikák módszerei azonban lehetővé teszik, hogy felmérje a különbségek megbízhatóságát - vagyis azt a valószínűséget, hogy a különbségek nem véletlenek. Ezenkívül bizonyos fokú megbízhatósági szintet határoznak meg, amely után el lehet fogadni vagy elutasítani azt a hipotézist, hogy a különbség nem véletlenszerű. A biológiában hagyomány, hogy elfogadja ezt a hipotézist, ha valószínűsége több mint 95%.

Továbbá feltételezzük, hogy következtetésre jutott - a különbségek nem véletlenek. Most meg kell magyaráznod ezt a különbséget. Hogyan, milyen mechanizmuson ment keresztül a kísérleti hatás a kapott eredményekhez? Itt be kell vonni minden ismeretet a vizsgált tárgyról és a kísérleti módszerről, hogy alaposan átgondolja, hogy az objektum milyen változásokkal járhattak hatással és milyen kölcsönhatásokkal tudná megváltoztatni az objektum viselkedését. Ez az adatok értelmezésének legnehezebb szakasza, amellyel kapcsolatban a legtöbb hiba kapcsolódik - mivel minden jelentős kapcsolatot könnyen el lehet veszíteni. Ezen a számon létezik - és a kísérletezők nagy népszerűségnek örvendenek - a következő vicc: meg kell bizonyítani, hogy a csótány lábait hallja. Ehhez vidd a csótányt, tedd az asztalra és kopogtass az asztalra. A csótány elkezd futni. Ezután levágjuk a csótány lábait, újra felhelyezzük az asztalra, és kopogtatunk az asztalra. A csótány mozdulatlan marad. Következtetés - nem hallott minket. Ezért a csótány a lábával hallatszik.

És az utolsó kérdés - hogy mennyi adat van a kísérletben a természetben zajló eseményekkel? Legalábbis a biológiában világosan fel kell ismernünk, hogy a laboratóriumi kísérlet körülményei között elhelyezett objektum természetéből adódóan eltér a tárgytól. Következésképpen a kísérleti adatok a kísérleti modellen kapott adatok, amelyek többé-kevésbé különböznek a természetes körülmények között talált tárgyaktól. Mennyire fontosak ezek a különbségek? - egy kérdés, amelyet minden biológusnak meg kell kérdeznie.

Tehát ebben az előadásban a kísérleti művészet egyes alapelveiről beszélgettünk. Megtudtuk, hogy a kísérlet általában helyezni a „hatása -” és arra kell törekednünk, hogy az elemi műveletek - úgy, hogy a lehető legnagyobb mértékben befolyásolja csak az ingatlan tanulmányozzuk a kutatás tárgyát; Az elemi követelményhez szükséges feltétel egy eléggé teljes körű tanulmány a hatásról. Ezután megtudtuk, hogy a regisztrált hatást egyértelműen kell értelmezni - tehát tényleg tudni kell, hogy pontosan mit mérünk; kívánatos, hogy a mérési eredmények objektíven dokumentáltak legyenek - ami különösen lehetővé teszi az adatok értelmezésének szubjektivitásának minimalizálását. Azt találtuk továbbá, hogy a mérések elkerülhetetlenül valamilyen hibával járnak, ami miatt nem egyetlen kísérletre, hanem egy sor kísérletre van szükség. Ebben az esetben a hiba számszerűsíthető matematikai statisztikákkal. Továbbá annak érdekében, hogy megkülönböztesse a hatása a véletlenszerű szórás, két kísérletsorozatot kell tenni - a tapasztalat és ellenőrzése, amelyek csak a jelenléte vagy hiánya kísérleti expozíció és ugyanaz, mint a többi - az az elv ceteris paribus. Megállapítottuk, hogy a kísérleti eljárás megváltoztathatja az objektum viselkedését, hamis effekteket generálhat - műtermékeket; így a kapott eredmények értelmezése mélyreható elgondolást igényel, hogy a felfedezésből ne vegye fel a műtárgyat. (Egyébként ritkán előfordulnak hibák is, bár sokkal ritkábban). Mindezen elvek tiszteletben tartása lehetővé teszi a kísérleti hibák lehetőségének minimalizálását -, de sajnos nem zárhatja ki teljesen. Tehát még egy dolog - korábban nem említettük ebben az előadásban - az az elv, hogy az egyén (és más emberek) kísérleti adatait mindig kritikusan kell kezelni; egy kísérleti tény soha nem elég ahhoz, hogy eldöntsük az elmélet sorsát - amint azt az első előadásainkban említettük. Mellesleg ez a körülmény tükröződik a tudomány nyelvén - szinte soha nem használja a "bizonyított" szót, de szinte mindig azt mondja - megerősítést nyert; néha - jól megerősítették. Az abszolút igazság nem szerezhető meg a kísérletben.