動物實驗設(shè)計結(jié)果分析和解釋

1、動物實驗設(shè)計、結(jié)果分析和解釋,For scientific, ethical and economic reasons,it is important to design animal experiments,well, to analyze the data correctly, and to use,the minimum number of animals necessary to,achieve the scientific objectives,良好的動物實驗設(shè)計對提高研究工作質(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)域的動物實驗方面,還存在不少低質(zhì)量

2、的研究工作，一方面是所用,動物的質(zhì)量不高，級別低給實驗結(jié)果的科學(xué)性,帶來不小的影響，另一方面研究人員在實驗設(shè),計和統(tǒng)計學(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。,一個好的實驗設(shè)計，對統(tǒng)計學(xué)分析來說幫,助很大，可以使問題變得更容易解決，而一個,不正確的實驗設(shè)計，可能使我們不能從實驗結(jié),果中提煉出任何有用的信息。,另外通過良好的實驗設(shè)計和統(tǒng)計學(xué)方法也,可減少動物使用數(shù)量。對滿足動物實驗的倫理,性和經(jīng)濟性要求也有重要的意義。,一般來說，動物實驗的研究工作應(yīng)該明確,描述：,?,研究的目的和,/,或者需要驗證的假說。,?,選擇特定動物模型的原因。,?,動物種、品系、來源和類型。,?,每

3、個獨立實驗步驟的詳細描述，包括研究設(shè),計和使用動物數(shù)量。,?,數(shù)據(jù)分析所用的統(tǒng)計學(xué)方法。,一、動物實驗的分類,1,、確證性的實驗：用一種最大可能,正確解答問,題的系統(tǒng)方法，收集有關(guān)處理實施后動物反應(yīng),的科學(xué)數(shù)據(jù)。,2,、探索性的實驗：為產(chǎn)生新的假說提供素材。,這兩類實驗都涉及在實驗人員的控制下，對動,物施加一定的處理或操作，來發(fā)現(xiàn)是否處理在,實驗對象上引起一定的反應(yīng)，或者對這種反應(yīng),進行定量。,3,、檢驗性實驗：是觀察性的實驗，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,可能是暫時的也可能是長期的。,實驗設(shè)計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

4、引起；另一個目的是通過控制確,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,準確。,有機體的形態(tài)行為特征要適應(yīng)環(huán)境，正是,適應(yīng)導(dǎo)致有機體產(chǎn)生個體之間的差異，因而，,動物的適應(yīng)性的傾向?qū)σ粋€精確的實驗設(shè)計來,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背景上進行的，而且，這,個可變的背景比起傳統(tǒng)的物理化學(xué)實驗所遇到,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，另一方面是動物對環(huán)境,影響的積極適應(yīng)，從遺傳學(xué)方面講動物的穩(wěn)定,性也是較差的。一般用一群群體內(nèi)存在較大差,異的動物進行實驗，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

5、動物進行實驗。,二、差異的分類和控制,1,、實驗者帶來的差異,實驗者帶給實驗的差異主要有兩種。一是，,與正確恰當?shù)膶嶒灢僮饔嘘P(guān)，如：注射、灌胃,口服、外科手術(shù)等；二是，缺乏準確的測量手,段。,對第一種原因產(chǎn)生的差異，其控制應(yīng)以確,保實驗過程和操作的一致性、準確性和完整性,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)進行多次測量。,例子：動物注射給藥,動物的抓取固定操作,外科手術(shù),不準確的測量,?,測量儀器本身的不準確,?,觀察的不準確,GLP,是,1970s FDA,制定的實驗操作標準，保,證用于藥品登記的實驗數(shù)據(jù)可信準確。這種,基于通過工作質(zhì)量的保證實現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)信息,可信

6、準確的思想，為全球公認接受。,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,、動物帶來的差異,1,）動物的來源的差異,2,）動物飼養(yǎng)管理的差異,3,）生活在不同的環(huán)境,4,）健康狀況不同,5,）動物之間相互作用引起,的差異,1,）動物來源的差別,由于遺傳漂變可能來源于不同供貨商的動物,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相互關(guān)系。因此有必要,把動物來源的因素考慮到實驗的設(shè)計中，并采用

7、適,當?shù)目刂剖侄螜z查是否還應(yīng)延長時間讓動物適應(yīng)實,驗環(huán)境。,2,）動物飼養(yǎng)管理的差別,動物飼養(yǎng)管理方面的微小變化會對動物的行為、,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物在新的環(huán)境和更換飼,養(yǎng)人員的情況下，至少讓動物適應(yīng)調(diào)整,1,周，,才能開始實驗。,3,）生活在不同的環(huán)境,動物對其生活的環(huán)境是敏感的，一個微小的變化,都可以影響到它們的行為和生理學(xué)。這里我們強,調(diào)的是動物所占據(jù)的空間,微環(huán)境的差別。例如，,與進風口和排氣口的相對位置不同、垂直位置

8、不,同，會造成物理、化學(xué)和微生物組成的空間差異。,這些情況我們在進行實驗設(shè)計時也應(yīng)加以考慮。,4,）動物健康狀況,臨床疾病會引起明顯的疾病癥狀，患病的動物是不能,用來做實驗的。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，改變動物,的生理和生化狀態(tài)。如果這一功能是實驗過程的測定,結(jié)果時，那么實驗結(jié)果很可能產(chǎn)生偏差。二是，亞疾,病從廣義上講，對動物的健康造成不利影響，使動物,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重程度根據(jù)動物的體,質(zhì)而變化，因此在實驗的整個動物群體中差別被加大。,5,）動物之間相互作用引

9、起的差異,A,、動物是群居還是獨居要根據(jù)動物種屬的行為學(xué)特性,而定。實驗前應(yīng)了解所使用動物對群居的忍耐方式的,不同，如，地鼠是獨居動物，在實驗條件下不適合群,居生活；而小鼠的大多數(shù)品系獨居是一種應(yīng)激情形。,3-,5,只小鼠最佳，或獨居的動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,、動物社會階層的建立，會影響到實驗的數(shù)據(jù)的差異。,另外還要考慮動物建立社會等級的過程中，存在相當,高的侵略性，群體中因而引起持續(xù)的應(yīng)激和明顯影響,動物行為學(xué)、生理學(xué)和生化特征的情況。實驗前將動,物分組群居時，讓動物等級社會完全建立穩(wěn)定再進行,實驗處理是十分必要的。,人員培訓(xùn)的重要性,1,）了解動

10、物飼養(yǎng)管理的基本知識。,2,）規(guī)范操作減少動物緊張和痛苦水平。,3,）隨機化的處理安排減少處理動物對隨后動物,處理的困難和帶來實驗數(shù)據(jù)差異。,一個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行操作。,SHEFFIELD,大學(xué)進行小鼠免疫的例子。,三、實驗設(shè)計的步驟,1,、開始階段,1,）文獻查閱,2,）科研方法,3,）陳述問題、目標和假說,4,）動物模型的確定,5,）實驗人員的確定,1,）文獻查閱,查閱的文獻應(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,、,NCB

11、I,等，目的是了解清楚你所研究的,焦點問題都已知道些什么，明確所用的方法、動,物模型，排除不必要的重復(fù)研究。也是為,IACUC,審查提供項目不是重復(fù)研究、替代動物實驗的方,法不可行、可能引起動物疼痛的操作已得到評估,認可的證據(jù)。,2,）確立科研方法,1,觀察和描述實驗中的現(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,驗證學(xué)說。,3,）問題的提出,明確提出問題、目標和可能的結(jié)果十分關(guān)鍵。提,出的問題應(yīng)包括實驗將要說明的問題和它的意義。,目標應(yīng)該對總目標有一個概括性的描述，對特殊的,問題加以闡明。應(yīng)對每一個實驗方案有兩個清晰的,可能的結(jié)果（如，一個無效，一個預(yù)期）。

12、無效結(jié),果明確兩實驗組間沒有差別，預(yù)期結(jié)果表明在實驗,組之間有真實的差別。,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：各組實驗預(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：實驗組之間預(yù)期出現(xiàn)不同的結(jié)果。,?,不可檢驗：結(jié)果不容易明確或解釋。,4,）動物模型的確定,為實驗選擇最適當?shù)膭游锬Ｐ?，有以下幾點建議：,1,使用系統(tǒng)發(fā)育水平最低的動物，,2,使用的動物具,有想要的種屬或品系專一的特點或者具有特定研,究目的必需的特點，,3,考慮在實驗期間得到和維持,動物模型所需要的花費，,4,充分查閱文獻，與同一,領(lǐng)域的同事討論，與供應(yīng)商或

13、動物模型資源庫聯(lián),系確定動物模型可能的來源渠道，,5,在最終決定動,物模型前征詢實驗動物獸醫(yī)的意見。,5,）實驗合作者的確定,根據(jù)實驗實施的操作，決定什么樣專長的人是需,要的。在開始項目前，就確定每個人的職責和進,行的工作以及資格。合理地進行人員的分工安排，,參與計算、實驗設(shè)計和樣品收集對確保所得數(shù)據(jù),的有效性是十分重要的。一般一個大型研究單位,的實驗動物中心設(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)計階段,1,）研究方案,2,）實驗單元,3,）,N,因子：實驗組別的動物只數(shù),4,）對照,5,）隨機化,1,）研究方案,針對提出的問題、研究目標和假說，進行實驗的所有,

14、操作及安排應(yīng)細心地計劃和記錄在案。方案中應(yīng)包括,針對可控實驗變量的實驗操作、適合測定的變量參數(shù),（即得到準確測定實驗變量控制的效應(yīng)）、獲得樣品,和產(chǎn)生實驗數(shù)據(jù)的最適方法。項目的所有實物和數(shù)據(jù),收集和測定的時間安排表都應(yīng)這時確定。,實際操作的討論包括動物模型持續(xù)的時間（慢性研,究），模型中預(yù)期疾病的進程（決定測定的最適時間,點），人員參加項目的時間和崗位，實驗花費。已知,和潛在的危害因子也必須明確，最小危害因子風險適,當預(yù)防措施也必須在方案中明確。所有實驗操作步驟,應(yīng)通過,SOP,詳細規(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)計學(xué)計算而得，那么,應(yīng)明確所用統(tǒng)計學(xué)檢驗的方法。由數(shù)

15、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,）實驗單元,研究的實體是實驗單元，可以是一個動物個體，,也可以是一組動物群體。例如，當測試藥物治療,和外科手術(shù)時，一個大鼠個體就是一個實驗單元，,當測試環(huán)境致畸時，一整窩大鼠就是一個實驗單,元。,3,）實驗組別的動物只數(shù),將適當數(shù)量的動物分配到每一個實驗組別，是實,驗設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)。為了得到統(tǒng)計學(xué)意義的,結(jié)果，每一實驗組的動物數(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)計學(xué)檢驗而,決定的。一個標準籠所能容納動物的數(shù)量也是實,驗組動物數(shù)量確定的實際考慮的因素。,4,）對照,過多的變量（如遺傳、環(huán)境、感染因子）對動

16、,物實驗的結(jié)果產(chǎn)生影響，因此設(shè)置對照動物消,除這些外來變量或可能未知的變量帶來的影響。,總之，每一個實驗都應(yīng)使用對照組動物與實驗,組動物有一個直接對應(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,）隨機化,動物分組時必須將動物隨機分配到實驗各組，以,確保研究的變量在各組中不會導(dǎo)致偏差數(shù)據(jù)。,為達到隨機化必須在開始時將動物群體限定好。,隨機化的方法常用,1,每一只動物有一個固定的編號，,進行“暗箱”抽數(shù)，并隨機分配它們到不同組中。,2,利用隨機數(shù)字表或計算機隨機程序。,3,、設(shè)計后階段,1,）實驗操作步驟的確認,2,）人員的確認,3,）小規(guī)模預(yù)實驗

17、,4,）數(shù)據(jù)的輸入和分析,5,）評價,1,）實驗操作步驟的確認,IACUC,對實驗操作的確認,其他委員會對實驗操作的確認,2,）人員,參加研究項目的所有人員必須經(jīng)過培訓(xùn)和資格認可。,3,）小規(guī)模的預(yù)實驗,是使用數(shù)量少的動物得到預(yù)示性的數(shù)據(jù)，目的,1,通過,預(yù)實驗將操作和使用的技術(shù)固定完善，,2,預(yù)實驗的,數(shù)據(jù)是申請資助項目方案中證明其合理性的重要依,據(jù)，增加中標的機會。,3,估計變量參數(shù)測定的誤差，,為計算樣本量提供依據(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、輸入和分析負有完,全的責任。當處理的數(shù)據(jù)量很大時，很容易發(fā),生數(shù)據(jù)輸入的錯誤（如組標識調(diào)換、個體標識,調(diào)換），因此數(shù)據(jù)分析前

18、，數(shù)據(jù)質(zhì)量保證程序,應(yīng)建立并在實驗設(shè)計中包含，確保數(shù)據(jù)輸入的,錯誤能及時辨別。,四、對照的設(shè)立,在實驗中設(shè)立對照組動物，是為了與實驗組動物有一,個直接對應(yīng)的關(guān)系，以消除過多變量和未知變量對實,驗結(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標準測量各實驗組間,差異的程度，另一個是用來證明動物反應(yīng)是可探,測的，為實驗方法提供質(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驗組動物引起相反的,效應(yīng)不存在，即排除假陽性結(jié)果。,3,）空白

19、對照,是模擬處理組過程而實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，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,與非處理的對照比較時，溶媒對照將確定溶劑是否會,引起什么效應(yīng)。,5,）比擬物對照,屬于陽性對照，用一個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)實驗,2,、預(yù)期目標成功率低的實驗,3,、驗證假說的實驗,1,、小規(guī)模預(yù)實驗,小規(guī)模預(yù)實驗設(shè)計是為了探索一個新的研究領(lǐng)域，,確定是否能在不同的實驗條件下對研究的變量以足,夠的精度測得變量值，同時檢查所要進行實驗的必,備條件

20、。由于前期資料信息的缺乏或?qū)嶒灣晒Φ目?能不能肯定，有些實驗的樣本大小是無法計算的；,而另一些實驗是將復(fù)雜的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計簡化成一個重,要的比較事件，此時樣本的大小應(yīng)足夠大達到可以,發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計學(xué)意義的顯著差別。,例子：,假定一個科研人員想要確定是否,X,因子在炎癥,模型動物中水平升高。實驗室已經(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,10,只動物在誘發(fā)炎癥前和后測定,X,因子的濃,度。這個預(yù)實驗的結(jié)果經(jīng)統(tǒng)計學(xué)分析可估計誘,發(fā)炎癥前和后,X,因子濃度的平均值和方差，同,時可估算平均值的區(qū)別。這些估算結(jié)果可以用,來為進一步的實驗計算樣本大

21、小。,效應(yīng)大小、標準誤差（,SD,）、力度和顯著性水,平,一般，要計算樣本大小，必須提供三或四個,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準誤差,（,SD,）；（,3,）測定假定效應(yīng)的期望力度；（,4,）,顯著性水平。前兩個因素對特定實驗是對應(yīng)的，,而后兩個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準誤差（,SD,）,可以由小規(guī)模預(yù)試驗的結(jié)果得到，也可以由同,一實驗室以前的結(jié)果或科研文獻中得到。,統(tǒng)計學(xué)分析方法如雙樣,t,檢驗或通過,x2,（卡方）比,較比率的應(yīng)用是由實驗設(shè)計的類型決

22、定的。為避免偏,差，假定動物被隨機分配到不同的測試組，飼養(yǎng)在相,同的環(huán)境中，這時實驗的力度是指實驗效應(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%,機會發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計學(xué)意義上的結(jié),果。而此時,1,減去力度的符號表示為,是指得到一個假,陰性結(jié)果（,false-negative,）的幾率，即不能拒絕否定一,個不真實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，科研工作者錯誤表明差別,“顯著”（而此時事實上不存在差別）的機會不會大,于,5%,或,1%,。一旦力

23、度值和顯著性水平選定，統(tǒng)計學(xué),模型（如卡方、,t-,檢驗、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，,就可以計算實驗所用樣本（動物數(shù)量）的大小。,2,、預(yù)期目標成功率低的實驗,由于實驗過程成功的機會不穩(wěn)定（變數(shù)太大），,這類實驗所用動物數(shù)量的計算是很困難的。,例子：通過基因插入到受精卵或,ES,細胞制作轉(zhuǎn),基因動物，需要大量的動物。假定所有步驟的,成功率都是,5%,，那么用單組實驗的公式,N=log?,/logp,，計算可得要用,50,只動物，如果成,功率為,1%,，將需要,300,只動物，制作一個轉(zhuǎn)基因,動物系。,3,、驗證一個假說的正式實驗,驗證假說的

24、實驗是常見的動物實驗類型，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,）一個事件發(fā)生的時刻，,如疾病或死亡發(fā)生的時刻。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)計學(xué)方法來檢測。,一般，要知道或計算樣本大小，必須提供,3,或,4,個,已知因素,1,）效應(yīng)大小（一般為兩組間的差別）；,2,）群體標準誤差（,SD,，對連續(xù)性變量）；,3,）測,定假定效應(yīng)的實驗期望力度用,?,表示；

25、,4,）顯著性,水平，用,a,表示。,前兩個因素對特定實驗是專一的，而后兩個因素,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)站上得到計算樣本量大小的服務(wù)：,,/,rlench/power/index.html,www.zoology.ubc.ca/-krebs/power.html,.uk/hbook14.htm,幾個計算公式：,1,、二分變量（比率或百分率）,N=C,（,PcQc-PeQe,）,/d,2,-2/d

26、+2,2,、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,是實驗組中某事,件發(fā)生百分率。,qc=1,pc,，,qe=1,pe,，,d,是,pc,和,pe,之間的,差別，以一個正值表示，,C,是一個常數(shù)根據(jù),和,選定的值,而定，可通過查表而得。,舉一個例子,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腫瘤的發(fā)生率是,20%,，而,實驗設(shè)計解決的問題是是否同一品系大鼠經(jīng)某化合物處理,會在老年時增加腫瘤的發(fā)生率。這時假定化合物處理動物,后老年時腫瘤發(fā)生率增加到,50%,，

27、探測到這種增加的幾率,為,80%,，測試是在,P=0.05,的顯著性水平進行（即力度為,0.8,，,=0.05,）查得常數(shù),C=7.85,，用公式,1,可計算出實驗每,組用動物數(shù)為,31.07,或約,32,只，總共,64,只動物。,舉例：連續(xù)變量,這里,S,是變量的群體標準誤估算值，,d,是研究者期,望測得的差別即所說的效應(yīng)水平，,C,是一個根據(jù),（顯,著性水平）和,（力度）查表得到的常數(shù)。,舉個例子,假定在一個影響體重的實驗中，大鼠在某一,個年齡的平均體重是,400,克，,SD,為,23,克，某一減少食欲,的化學(xué)物質(zhì)用來進行實驗以了解該化合物是否會改變大,鼠的體重。同時假定研究人員在處理組和

28、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,（用雙側(cè)是因為化合物也可能增加體重），可根據(jù)公式,2,計算出每組所用動物數(shù)量為,28.8,只，即大約整個實驗,需要用,60,只大鼠（,30,2,）。,六、動物實驗中輔助變量的應(yīng)用,1,、輔助變量的定義,2,、輔助變量在動物實驗設(shè)計中的應(yīng)用,1,）完全隨機化設(shè)計,2,）隨機化模塊設(shè)計,3,、引入統(tǒng)計學(xué)分析的輔助變量,4,、利用輔助變量判斷局外數(shù)據(jù),5,、利用輔助變量評價隨機化過程,6,、利用輔助變量評價觀測的一致性,7,、利用輔助變量解釋實驗之間的差異

29、,1,、輔助變量的定義,除實驗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，包括被記錄但在實驗設(shè)計中不利用的,變量，以及不引入到對主要實驗反應(yīng)變量正規(guī)分,析中的變量。但往往這些記錄的,變量在實驗的分,析和解釋時起到輔助的作用。,記錄所有觀察到的變量作為實驗過程的一部分，,保存所有動物個體的信息作為實驗記錄的一部分,是非常重要的。實際上，不能確定動物及其相關(guān),的個體信息會嚴重限制信息用于實驗的可能性。,2,、輔助變量在動物實驗設(shè)計中的應(yīng)用,實驗設(shè)計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；另一個目的是通過控制確

30、,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,準確。,1),完全隨機化化設(shè)計,完全隨機化設(shè)計依賴于用一個保證每只動物有均,等可能接受任何處理的過程，將處理分配給實驗,動物。處理動物的順序也應(yīng)是隨機化過程的一部,分，以保證所有處理動物和處理時間以及反應(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驗差異和可能的偏差,減少到最小，從而得到可靠的結(jié)果。,但是如果實驗用的動物之間本身差別就比較大，,而實驗用的動物數(shù)量又較少，那么隨機化的過,程本身就可能在組間引入了不能接受的差別，,導(dǎo)致實驗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

31、個時候輔助變量（性,別、體重等）的應(yīng)用可以幫助我們進行組別的,動物分配，達到完全隨機化想要達到的目的。,2,）隨機化模塊設(shè)計,分模塊是為了控制一個或更多獨立變量，并用來,指導(dǎo)實驗者進行一定操作的方法。這些獨立的變,量可能是實驗用動物的特征（如性別、或窩仔）,或是實驗的環(huán)境因素（如，籠或架上的有效空,間）。實驗者可以將動物分成組（模塊），各組,（模塊）內(nèi)的動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)實驗者對它可,能效應(yīng)的知識背景而定。一般來說，社會和環(huán)境,效應(yīng)主要來自于群居結(jié)構(gòu)，與動物的品系、年齡,和性別有關(guān)，并可影響到實驗結(jié)果。,例如：,動物可以分成雌性組和雄性組，年輕和年長

32、,組，體重大和小組。甚至，如果實驗用的動,物一開始就是一個均勻的單一組（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,重要的變量，因為養(yǎng)在一個籠內(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。,在同一天的同一時刻處理所有的動物或測,量反應(yīng)是不可能辦到的，這種情況下，處,理或測量的時刻就成為可能影響結(jié)果的重,要變量，也是實驗者應(yīng)該控制和在設(shè)計中,考慮分模塊的可能因素。,3,、引入統(tǒng)計學(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)計學(xué)分析時可以采用變形的方式

33、減少,它對實驗結(jié)果的影響。例如，實驗中觀察某個,指標的增加情況，可以在統(tǒng)計學(xué)分析中以增加,的百分率形式進行比較，可以減少初始值差異,對結(jié)果的影響。,2,）多次測量,在許多實驗中動物都是天天觀察和測量。這種,多次測量，實際上可以將測量的錯誤“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，整個實驗期間動物體重的增加可將每天,動物體重增加的數(shù)據(jù)總和，另一些情況，表現(xiàn),為反應(yīng)線的斜率、反應(yīng)峰值時間、或曲線下的,面積?？傊捎枚啻螠y量，得到數(shù)據(jù)的一個完,整集合形成實驗結(jié)果的一部分，并可能通過適,當?shù)姆治鎏峁┫嚓P(guān)的信息。,3,）多變量分析,在有些動物實驗中，每只動物測量好幾個不同,的特征。例如，,10,個以上的血液特征參數(shù)被同,時測定，在涉及基因微陣列的實驗中，在一個,個體中幾千個特征要被測定，那么這時多變量,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),計分析的結(jié)果，導(dǎo)致產(chǎn)生錯誤的結(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明確的,解決辦法。有些局外