Wikiversity:Fellow-Programm Freies Wissen/Einreichungen/Open Science für bildgebende Verfahren: Standardisierte Experimente für BIDS

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Open Science für bildgebende Verfahren: Standardisierte Experimente für BIDS[Bearbeiten]

Projektbeschreibung[Bearbeiten]

Ein zentrales Anliegen der Offenen Wissenschaft ist es Experimente reproduzierbar zu machen[1]. Viel beachtete Schätzungen gehen davon aus, dass nur 10-40% aller Experimente reproduzierbar sind[2][3]. Laut einer Umfrage[4] unter Forschern liegen die Gründe dieser Reproduzierbarkeitskrise unter anderem in schlechter Labororganisation, fehlender Dokumentation und an wenig durchgeführter Replikationen der eigenen Experimente. Diese Faktoren führen dazu, dass Daten nur selten von unabhängigen anderen Wissenschaftlern re-analysiert werden. Dies ist besonders bedauerlich, da Meta-Analysen einer einheitlichen statistische Aufarbeitung bedürfen, die nur schwer zu bewerkstelligen ist. Dabei könnten gerade studienübergreifende Vergleiche einen Ausweg aus der Replikationskriese darstellen[5].

Insbesondere bildgebende Verfahren, wie die Messung von Gehirnströmen mit Elektroenzephalographie (EEG) oder Magnetresonanztomographie (MRT), erzeugen große Datensätze, welche die statistische Auswertung vor Herausforderungen stellt[6][7][8]. Um beispielsweise Aufnahmen eines EEG Experiments wiederzuverwenden (bzw. von einem unabhängigen Wissenschaftler analysiert werden zu können), muss genau angegeben sein welche Messpunkte zu welchem Teilexperiment gehören, auf welche Weise Versuchspersonen sich bewegt haben und welche Artefakte aufgezeichnet wurden. Diese Dokumentation ist aber in der Regel nicht standardisiert, was zu Missverständnissen bei der re-analyse, sowie einem enormen Zeitaufwand und weiteren unüberwindbaren Schwierigkeiten für Re- oder Metaanalyse führt.

Aus diesen Gründen haben Neurowissenschaftler eine Initiative gegründet, die klare und offene Standards zur Datenspeicherung anbietet (BIDS)[9][10]. Die Hürde ein neues Format, neuen Programmcode und andere Protokolle einzuführen ist allerdings hoch. Daher ist es wichtig Wissenschaftlern konkrete Hilfestellungen zur Einführung dieser offenen Standards zu geben! Zwar regen Fachzeitschriften immer häufiger die Veröffentlichung von Rohdaten an, ohne die relevanten Zusatzinformationen über experimentelle Details sind diese Daten jedoch kaum nachhaltig nutzbar. Um die Benutzung offener Standards tatsächlich Realität werden zu lassen, müssen diese Datenformate bereits bei der Aufzeichnung der Daten und der vorausgehenden Erstellung von Programmiercode zur Durchführung eines Experiments eingebunden werden. Hierbei soll Hilfestellung geleistet werden um diese Standards in voller Breite des Forschungsfeldes zu etablieren.

Das Projekt soll folgendem Arbeitsplan folgen: In einem ersten Schritt werde ich mit wenigen Zeilen Programmkode die relevanten Informationen für ein typisches Experiment exemplarisch speichern und den Kode öffentlich zur Verfügung stellen (z.B. Github). In einem zweiten Schritt werde ich vorhandene Beispiele aus der BIDS Community zusammentragen. Es gibt bereits ein BIDS-starter-kit[11], welches Beispiele für die Speicherung der bildgebenden Aufnahmen enthält. Damit sich Labore aber von der ersten Implementierung des Experiments an für BIDS entscheiden, ist es wichtig auch Beispiele im passenden Programmcode (z.B. unterschiedliche Sprachen wie Matlab, Python, R, etc.) zur Experimenterstellung zu geben. Ziel ist es, dass ein neuer Anwender nur noch den passenden Code aussucht und direkt in sein eigenes Programm hineinkopieren kann.

Zur Umsetzung des Projekts gilt es zuerst einige Fragen zu klären, bei dem mir das Expertenwissen im Fellow-Programm helfen kann:

  • Welche Programmiersprachen und Software-tools werden von der großen Mehrheit von neurowissenschaftlichen Laboren zur Implementierung von Experimenten verwendet?
  • Auf welche praktische Weise kann eine Datei pro Labor angelegt werden, die immer wieder für das gleiche Bildgebende Verfahren verwendet werden kann und automatisch die relevante Information in einem BIDS Format speichert (z.B. JSON)?
  • Welche Information darf bei solch einem Verfahren nur lokal gespeichert werden und darf aus Datenschutzrechtlicher Erwägung nicht weitergeben werden bzw. muss nach einem Zeitraum gelöscht werden?

Mit Hilfe der Antworten auf diese Fragen wird das eigentliche Ziel bearbeitet: Die Erarbeitung von BIDS-kompatiblem Programmcode, der einfach in bereits laufende Laborprozesse eingebunden werden kann. Damit wird vor allem erreicht, dass die Hürde gesenkt wird den Open Science Standard BIDS zu benutzen. Nachdem der Kode an meinen Heimatinstitutionen, der Freien Universität Berlin und der Universität Oxford, erprobt ist, möchte ich das Netzwerk des Fellow Programms nutzen, um den Programmkode der breiten Öffentlichkeit zur Verfügung zu stellen. Wenn möglich kann hierfür ein Wiki in Kombination mit Gibhub geschaffen werden, das auch durch andere Nutzer aktiv weiterentwickelt werden kann und damit langfristig nutzbar und aktuell bleiben soll.


Autor/in[Bearbeiten]

  • Name: Alexander von Lautz
  • Institution: Neurocomputation Neuroimaging Unit, Freie Universität Berlin
  • Kontakt: alexander.von-lautz@bccn-berlin.de

References[Bearbeiten]

  1. https://de.wikipedia.org/wiki/Offene_Wissenschaft
  2. https://www.nature.com/articles/483531a
  3. https://www.nature.com/news/over-half-of-psychology-studies-fail-reproducibility-test-1.18248
  4. https://www.nature.com/news/1-500-scientists-lift-the-lid-on-reproducibility-1.19970?WT.mc_id=SFB_NNEWS_1508_RHBox
  5. https://www.nature.com/news/metascience-could-rescue-the-replication-crisis-1.16275
  6. http://www.pnas.org/content/114/17/E3374.long
  7. http://www.pnas.org/content/114/17/E3368
  8. http://www.pnas.org/content/113/28/7900.long
  9. http://bids.neuroimaging.io/
  10. https://www.nature.com/articles/sdata201644
  11. https://github.com/INCF/bids-starter-kit