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Vom Triangulieren beim Experimentieren

(05.03.2019) Die neuesten Einsichten des Wissen­schafts­narren gibt‘s bei uns nun auch als Preprint. Folge 18: Was hat die Geodäsie mit den Lebenswissenschaften zu tun?
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Triangulation! Die Ägypter bauten damit ihre Pyramiden. Die Griechen haben einen Zweig der Mathematik daraus entwickelt. Noch bis ins 19. Jahrhundert wurden ganze Länder so vermessen, und weit ins 20. Jahrhundert hinein haben Schiffe ihre Position damit bestimmt. Man braucht nur ein Geodreieck und einen Winkelmesser, den die Vermes­sungskundler einen Theodoliten nennen – und schon kann man mit den Koordinaten zweier sichtbarer Landmarken durch Tri­angulation seine eigene Position auf einer Karte bestimmen. So einfach ist das!

Doch was schwärmt der Narr da von der Landvermessung, der Geodäsie? Könnte es etwa sein, dass die Triangulation auch ein wichtiger methodischer Ansatz in der Biologie ist? Ein Heilmittel gar für die Replikationskrise? Marcus Munafò und George Smith von der Univer­sity of Bristol haben jedenfalls genau das vor kurzem in einem Kommentar in Nature postuliert.

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Editorial
Ulrich Dirnagl, Credit: BIH/ T. Rafalzyk

Die Soziologen nennen es Triangulation, wenn sie zwei oder mehr unterschiedliche Methoden einsetzen, um einen Sachverhalt zu untersuchen. Wenn die Resultate an einem Punkt konvergieren – das heißt, zum gleichen Ergebnis führen –, dann erhöht dies die Validität und die Glaubwür­digkeit des Resultats. Machen wir das nicht auch routinemäßig in den experimentellen Lebens­wissenschaften? Hat die Knock-out-Maus densel­ben Phänotyp wie eine, bei welcher der Signal­weg pharmakologisch geblockt wurde? Korrelie­ren Transkript und Proteinexpression mit dem Phänotyp? Auch die gute alte Dosis-Wirkungs­kurve hat etwas davon, schließlich „peilen“ wir mit ihr doch auf verschiedene Konzentrationen.

Die biologisch-medizinische Grundlagen­forschung ist es also gewohnt, von bereits etablier­tem Wissen (die Landmarken des Vermessers!) mit unterschiedlichen Methoden ein Ziel „anzupeilen“. Konvergieren dann die Resultate – bingo, schon haben wir den biologischen Mechanismus sicher verortet! Deshalb lässt es so viele von uns kalt, wenn gewisse Spaß­verderber mit einfacher Oberstufen-Statistik nachweisen, dass die meisten Studien in der Biomedizin trotz signifikantem p-Wert falsch positiv sein müssen (siehe meinen ersten „Wissenschaftsnarren“ in Laborjournal 4/17: 24-25). Weil wir ja nicht nur auf EIN Resultat setzen, sondern mittels verschiedener Ansätze triangulieren! Und zur Absicherung von Ergeb­nissen sollte das doch sogar besser sein als zu reproduzieren. Wenn etwas einfach nur wieder­holt wird, ist es schließlich nicht unwahrschein­lich, dass ein systematischer Fehler mit wiederholt wird. Und das macht das Ergebnis vielleicht reproduzierbar, aber immer noch nicht richtig.

Lagen die Skeptiker also falsch, die sich um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse aus der Biomedizin sorgten? Schön wär’s! Leider ist die Sache trotz munteren Triangulierens in vielen Laboren eben doch nicht so trivial. Denn wie jeder Geodät bestätigen wird, ist das Prinzip der Triangulation zwar einfach, exakte Ortsbestimmung durch Triangulieren aber beileibe kein Kinderspiel.

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Auf die biomedizinische Grundlagenforschung bezogen ergeben sich daher einige Spiel­regeln, die leider häufig nicht eingehalten werden. Zunächst einmal müssen wir uns sicher sein, dass unsere „Landmarken“ biologisch fundiert sind – und nicht selbst Resultat falsch-positiver Ergebnisse, einer Überinterpretation der Ergebnisse, oder ein Artefakt experi­menteller Bedingungen. Der Geodät tut sich da leichter: Die Position der Referenz­landmarken findet er Dezimalsekunden-genau auf der Landkarte.

Wenn wir dann den Winkelmesser – das heißt, verschiedene Methoden auf eine Hypo­these – ansetzen , müssen wir zudem sauber ablesen. Dies bedeutet: Verblindung, keine Flexibilität in der Auswahl der zu verwendenden Datenpunkte und so weiter. Und wenn die Peilung am Ende einen Winkel ergibt, der uns nicht ins Konzept passt, dann dürfen wir diesen Wert nicht einfach ignorieren und den Theodoliten ein wenig versetzen, um nochmals anzulegen. Etwa frei nach dem Motto „Probieren wir doch einfach mal ’nen anderen Antikörper“. Oder einen anderen pharmakologischen Blocker!

Wenn wir so etwas schon machen, dann müssen wir dies begründen und in der Publi­kation berichten. Der abgelesene Winkel muss quasi von hoher Präzision sein. Mit niedrigen Fallzahlen ist dies aber leider nur sehr selten zu haben, denn die biologische Varianz ist enorm. Und der gemessene Winkel muss tatsächlich existieren, darf also kein falsch-positiver Befund aufgrund niedriger Fallzahl oder einer unwahrscheinlichen Hypothese sein.

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Sie ahnen, worauf ich hinaus will: Wenn Landvermesser so triangulieren würden, wie wir experimentieren, würden sie zwar Landkarten erzeugen, die sich sehr plausibel zeichnen lassen – man könnte sie auch drucken, und sie würden hübsch aussehen. Aber wenn sich ein Wanderer danach richten würde, müsste er sich arg verlaufen.

Bei richtiger Anwendung kann Triangulation allerdings tatsächlich der Schlüssel zu robusteren Ergebnissen sein. Soll heißen: durch Experimente mit ausreichender Fallzahl, mit Verminderung von Bias (Verblindung, Randomisierung et cetera), mit vorbestimmten Ein- und Ausschlusskriterien sowie mit einer Veröffentlichung der Ergebnisse unabhängig von den Resultaten. Dann wäre Triangulation außerdem sehr effektiv: Die kumulativen Fallzahlen der experimentellen Serien verschiedener methodischer Ansätze können beispielsweise tatsächlich niedriger sein als diejenigen einer einzigen Serie mit nur einem Ansatz. Und dies sogar bei gleicher oder höherer Power wie auch höherer externer Validität. Das ist jedoch schwer in Zahlen zu fassen, denn hierfür lässt sich keine Power in statistischem Sinne berechnen. Und auch externe Validität, also die Generalisierbarkeit und Repräsentativität von Ergebnissen ist nicht wirklich quantifizierbar.

Wie aber geht es nun weiter, nachdem man durch Triangulation ein biologisches Phänomen vorläufig verortet hat? Natürlich wird man es der Welt in einer Publikation kundtun wollen. Dabei sollte man sich jedoch über die weiterhin existierenden Limitationen der so gewonnenen Befunde im Klaren sein. Das sollte sich beispielsweise bereits im Titel bemerkbar machen, in dem man die Studie als explorativ kennzeichnet. Und in den Conclusions sollte man sich zurückhalten. Der Verweis auf eine nun mögliche Therapie am Menschen oder die notwendige Überarbeitung von Lehrbüchern ist da in den wenigsten Fällen angebracht.

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Im September 1991 wanderten zwei Touristen in den Ötztaler Alpen, als sie die Leiche eines Mannes fanden. mehr

Erst eine Konfirmation durch Replikation in anderen Laboren kann Gewissheit über die Existenz und das wahre Ausmaß eines Effektes schaffen. Das benötigt in der Regel höhere Fallzahlen als im Originalexperiment, und zudem sollte die Studie präregistriert sein. Es ist völlig klar, dass dies nur bei einer geringen Anzahl von Befunden überhaupt machbar, sinnvoll und praktikabel ist. Wenn es aber zum Beispiel um die Entscheidung geht, ob man vom Tierexperiment zu einer Studie am Menschen übergeht, sollte dies selbstverständlich sein.

Schön daher, dass das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) dies auch so sieht – und vor kurzem eine Ausschreibung für präklinische konfirmatorische Studien veröffentlich hat. Das ist ein revolutionärer Vorstoß, der hoffentlich Schule machen wird. Bei anderen Fördergebern, klar. Aber auch bei uns Wissenschaftlern!

Ulrich Dirnagl

(Die zitierten Artikel sowie weiterführende Literatur und Links finden sich nach Drucklegung wie immer unter: http://dirnagl.com)



Letzte Änderungen: 05.03.2019

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