Metody měření a vyhodnocení experimentů výzkumu neurodegenerativních chorob se zaměřením na analýzu chyb

Autor:

Ing. Lucie Houdová, Ph.D.

Školitel:

doc. Ing. Eduard Janeček, CSc.

Oponenti:

doc. Ing. Pavel Nahodil, CSc.; MUDr. Jiří Růžička, Ph.D.

Abstrakt

Tématem práce je analýza užívaných metodik měření a metod vyhodnocení, analýza chyb těchto metod, návrh metod nových, které lépe popisují proces učení a způsoby eliminace určených chyb. Analýzy jsou zaměřeny na experimenty motorického a prostorového učení inbredních myší v souvislosti s výzkumem neurodegenerativních chorob. V práci jsou uvedeny nedostatky měření a standardních metod vyhodnocení, možnosti využití nevyužívaných metod biologické statistiky, využití klasifikačního kritéria a jsou navrženy nové metody vyhodnocení s využitím aproximací normálním, Weibullovým a Coxovo fázovým rozdělením. Současně s metodami je určen vliv nevyužití apriori informace, provedena citlivostní analýza na množství dat a určeny chyby jednotlivých metod a měření. Závěrem je pro odborníky sestaven doporučený způsob vyhodnocování experimentů a popisu procesu učení ve variantách s minimálním a se zásadním zásahem do jimi užívaných standardních metod.

Resumé práce

Používání zvířecích (biologických) modelů je důležitou součástí biomedicínského výzkumu. V případě neurodegenerativních onemocnění jsou jako modeloví jedinci využívány zejména myši, krysy a nečlověčí primáti. Při užívání myších modelů je pro stanovení úrovně funkce/dysfunkce spojené s neurodegenerativním onemocněním využíváno testování motorického a prostorového učení (ve spojení s určováním excitability CNS). Výzkum je tímto spojen s hodnocením procesu učení daného změnou motorických a kognitivních schopností jedinců. Práce se zabývá novým přístupem k hodnocení procesu učení sestaveným speciálně pro případy využívání zvířecích experimentálních modelů.

V práci je poukázáno na nedostatky měření a standardních metod vyhodnocení a předložen návrh možných inovativních přístupů získávání informací pro komplexní vyhodnocení experimentu a procesu učení (jako je nestandardní využití korelační analýzy, analýzy rozptylu a kvantilových informací).

V souvislosti s prováděnou analýzou chyb užívaných metod je popsán systém definující proces učení, potřebný k vyhodnocování testovaných hypotéz (společně s využitím standardních metod testování hypotéz). Pro správné rozdělení datového souboru je navrženo klasifikační kritérium. Pro popis nového přístupu hodnocení experimentů je zkoumaný systém učení definován z pohledu stochastických systémů. Proces učení daný měřeními motorických a kognitivních schopností myších jedinců je popsán náhodnými proměnnými (atributy úspěšnost a doba přechodu, obecně latence). Zásadní změnou nového přístupu v porovnání s běžně používanými je využití obou atributů systému učení pro vyhodnocení jednotlivých motorických testů či testů prostorového učení (kognitivního testování) bez využití parametrů normálního rozdělení, ale s využitím empirické distribuční funkce a její aproximace vhodným teoretickým rozdělením. Metody aproximace empirických dat teoretickým rozdělením jsou v práci navrženy, je definováno kritérium pro výběr vhodné aproximace a určeny odchylky vybraných aproximací.

Zcela novým přístupem je hodnocení procesu učení v pravděpodobnosti a v jednotkách náhodné veličiny za využití Wassersteinovy pseudometriky (na základě určování statistické vzdálenosti). Současně je navrženo využití informačního přínosu jednotlivých testů experimentu, vydatnosti a kvality učení. Také je určen vliv nevyužití apriori informace, provedena citlivostní analýza na množství dat a určeny chyby jednotlivých metod a měření.

Hlavním výstupem práce je pro odborníky sestavení doporučeného způsobu měření a vyhodnocování experimentů a popisu procesu učení s minimálním a se zásadním zásahem do jimi užívaných standardních metod. Navržené metody byly ověřeny na několika experimentech provedených na Lékařské fakultě v Plzni.