C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -1-1. výzkum C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii Petr Kulhánek kulhanek@chemi.muni.cz Národní centrum pro výzkum biomolekul, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita, Kamenice 5, CZ-62500 Brno 1. lekce (Výzkum) Revize 2 C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -2-1. výzkum Obsah ➢ Výzkum základní a aplikovaný výzkum, formulace problému, literární rešerše, experimenty a simulace, analýza dat, zveřejnění výsledků ➢ Primární a sekundární data nezpracované (surové) data, analyzované data, reprodukovatelnost, archivování ➢ Zveřejnění výsledků reporty, prezentace, plakátové sdělení (postery), bakalářské/diplomové/disertační práce, články C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -3-1. výzkum Výzkum C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -4-1. výzkum Výzkum Výzkum je často popisován jako aktivní, vytrvalý a systematický proces bádání s cílem objevit, interpretovat nebo přepracovat fakta. Tento intelektuální proces produkuje velké množství teorií, zákonů, popisů chování a umožňuje jejich praktické využití. Základní výzkum je experimentální a teoretická práce vynakládaná zásadně za účelem získání nových vědomostí o základních principech jevů nebo pozorovatelných skutečností, která není primárně zaměřena na uplatnění nebo využití v praxi. Aplikovaný výzkum (někdy též cílený výzkum) je experimentální a teoretické práce k získání nových poznatků, ale zcela jednoznačně zaměřených na specifické, konkrétní předem stanovené cíle využití v praxi. https://cs.wikipedia.org/wiki/V%C3%BDzkum https://cs.wikipedia.org/wiki/Z%C3%A1kladn%C3%AD_v%C3%BDzkum https://cs.wikipedia.org/wiki/Aplikovan%C3%BD_v%C3%BDzkum C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -5-1. výzkum Vědecká metoda Vědecká metoda je posloupnost nebo sada procesů, používaných při vědeckém výzkumu. Cílem je získat znalosti a vědomosti pomocí pozorování a dedukce na základě dosud známých poznatků. Přijímání nových vědeckých poznatků je založeno na konkrétních důkazech. Vědecká metoda je založena na předpokladu, že kritériem pravdivosti vědecké hypotézy je souhlas předpovědí s výsledky výzkumu. Tento přístup udržuje vědecké hypotézy v neustálém kontaktu s realitou a umožňuje jejich falzifikaci, neboť hypotéza, jejíž důsledky jsou v rozporu s výzkumnými zjištěními, bude falzifikována (tedy vyvrácena). Mnohokrát ověřená hypotéza, kterou se zatím nepovedlo vyvrátit, se stává vědeckou teorií. https://cs.wikipedia.org/wiki/V%C4%9Bdeck%C3%A1_metoda C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -6-1. výzkum Vědecká metoda ➢ Observation/question (pozorování/otázka): definice (vytvoření, formulace) předmětu (cíle) pozorování (sledování), otázky ➢ Research topic area (tematická oblast výzkumu): shromažďování informací (zdrojů, pramenů) o pozorování (sledování), otázce ➢ Hypothesis (hypotéza): vytvoření (formulace, definice) vysvětlující hypotézy (predikce) ➢ Test with experiment (testování pomocí experimentu): ověření hypotézy (predikce) provedením experimentu a sběru údajů (dat) opakovatelným (reprodukovatelným) způsobem ➢ Analyze data (analýza údajů): analýza a interpretace údajů (dat) a vyvození závěrů, která pak slouží jako východiska (vstupy, podklady) pro nové pozorování, otázky a potažmo hypotézy (predikce) ➢ Report conclusions (zveřejnění výsledků): uvedení závěrů ve všeobecnou známost (uveřejnění), obvykle v renomovaném periodiku – ve věhlasném médiu s dobrou pověstí, nejčastěji proto primárně (hlavně, prvotně) v recenzovaném časopise → literární rešerše (viz samostatná lekce) https://cs.wikipedia.org/wiki/V%C4%9Bdeck%C3%A1_metoda C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -7-1. výzkum Experiment vs simulace hypothesi s výsledky problém znalosti experimenty simulace ▪skutečnost ▪ rozlišení ▪ náklady, rizika (bezpečnost), příliš komplikované nebo nemožné uskutečnit ▪ rozlišení ▪ téměř libovolné uspořádání ▪ model laboratoř (super)počítač V moderním výzkumu je nutné k získaní uceleného závěru použít jak experimenty tak i simulace. C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -8-1. výzkum Superpočítání - historie http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_computing_hardware 1985 Cray 2 1,9 GFLOPS http://www.root.cz Pavel Tišnovský, Unixové vykopávky1800 počátky děrných štítků 1946 ENIAC 1947 objev tranzistoru 1971 Intel 4004 (4 bit) 1974 Intel 8080 (8 bit) 1976 Intel 8086 (16 bit) 1985 Intel 80386 (32 bit) 2001 IA-64 (64 bit) 2003 AMD64/EM64T (64 bit) proprietární vektorové CPU 2010 Intel Core i7 980X: @3,33 GHz (6C/12T, Turbo@3,46 GHz): 109 GFLOPS zdroj: wikipedia.org, intel.comPřehled superpočítačů: TOP500 (https://www.top500.org/) VS Podrobněji: C2115 Praktický úvod do superpočítaní C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -9-1. výzkum Experimenty - CryoEM Pavilon E35/ CEITEC Urychlovací napětí: 300 kV Elektronová kryogenní mikroskopie je forma transmisní elektronové mikroskopie, při níž se vzorek studuje při nízkých teplotách (obvykle při teplotě kapalného dusíku). Tato technika se používá ve strukturní biologii. C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -10-1. výzkum Experimenty - CryoEM http://proj.ncku.edu.tw/research/commentary/e/20080919/2.html C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -11-1. výzkum Filozofické přístupy Occamova břitva je princip logické úspornosti, od 19. století nazývaný podle anglického logika, františkána Williama z Ockhamu (1287–1347). Několik různých formulací (např.): Pokud pro nějaký jev existuje vícero vysvětlení, je lépe upřednostňovat to nejméně komplikované. Falzifikovatelnost (častěji vyvratitelnost nebo zpochybnitelnost) je ve filosofii vědy vlastnost takového tvrzení, hypotézy nebo teorie, které je principiálně možné vyvrátit, například experimentem. (Karl R. Popper, 1934). Popperova břitva: – „Vědecké teorie jsou ověřitelné. Ověřitelné teorie je možné na základě ověřovacího postupu zamítnout (a nahradit teoriemi jinými).“ https://cs.wikipedia.org/wiki/Occamova_b%C5%99itva https://cs.wikipedia.org/wiki/Falzifikovatelnost C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -12-1. výzkum Primární a sekundární data C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -13-1. výzkum Data ➢ Primární data jsou data shromážděna výzkumníkem během výzkumu. Tyto data jsou výsledkem experimentů, simulací, či teoretických úvach. Návrh experimentů musí zajištovat vysokou míru reprodukovatelnosti získaných dat. Je tedy nutné evidovat, kdy byly experimenty provedeny, za jakých podmínek probíhaly, kdo je realizoval, a jakým způsobem byla data zaznamenávaná. Evidenci je nutné vést formou laboratorního deníku či obdobným způsobem. ➢ Sekundární data jsou data shromážděna buď stejným výzkumníkem v předchozím výzkumu či vytvořená jinými výzkumníky. Užitečnost sekundárních dat je omezena s ohledem na relevanci či přesnost, protože byly primárně určeny k jiným účelům. Typicky mezi sekundární data patří data z literární rešerše. Primární data Sekundární data surová data Analýza zpracované data zveřejnění C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -14-1. výzkum Archivace dat Správně provedený výzkum poskytuje závěry postavené na experimentech či jiných výstupech, které jsou zcela reprodukovatelné a to i nezávislými výzkumníky. Takto ideální výstup je však v současné době ne zcela dosažitelný většinou z důvodu složitosti prováděných experimentů. Proto je nutné veškeré data archivovat tak, aby mohla být podrobena pozdější analýze/kritice v případě zpochybnění zveřejněných závěrů. Z důvodů nárustu počtu provinění vůči správné vědecké praxi či dokonce úmyslných podvodů při zveřejňování vědeckých výsledků, je nutné data archivovat minimálně 5 let.* K archivaci je možné použít datové úložiště CESNETu a MetaCentra. podrobněji v C2115 Praktický úvod do superpočítání * v současné době probíhá široká debata jak archivovat výzkumná data C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -15-1. výzkum Zveřejnění výsledků C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -16-1. výzkum Formy ➢ Reporty, souhrnné zprávy, protokoly ➢ Prezentace ➢ Plakátové sdělení (postery) ➢ Bakalářské/Diplomové/Disertační práce ➢ Články článek prezentace poster C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -17-1. výzkum Obecná osnova ➢ Název práce ➢ Autoři ➢ Afilace ➢ Klíčová slova ➢ Abstrakt ➢ Úvod ➢ Metody ➢ Výsledky ➢ Diskuze ➢ Závěr ➢ Poděkování ➢ Doprovodné materiály ➢ Citace Pořadí sekcí a jejich obsah se liší podle formy presentování. Zde uvedený seznam je častý při zveřejňování výsledků ve formě článků. C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -18-1. výzkum Obecná osnova ➢ Název práce ➢ Autoři ➢ Afilace ➢ Klíčová slova ➢ Abstrakt ➢ Úvod ➢ Metody ➢ Výsledky ➢ Diskuze ➢ Závěr ➢ Poděkování ➢ Doprovodné materiály ➢ Citace Název práce stručně vyjadřuje obsah sdělení. Je vhodné se vyvarovat použití spojení, které evokují novost nebo unikátnost práce, např. nový (new, novel), první, atd. (novost posuzuje čitatel) C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -19-1. výzkum Obecná osnova ➢ Název práce ➢ Autoři ➢ Afilace ➢ Klíčová slova ➢ Abstrakt ➢ Úvod ➢ Metody ➢ Výsledky ➢ Diskuze ➢ Závěr ➢ Poděkování ➢ Doprovodné materiály ➢ Citace Seznam autorů, kteří se podíleli na vypracování práce. Pořadí by mělo určovat zásluhu autorů na vypracování publikace. Korespondující autor (*) je zodpovědný za konečnou podobu publikace, dále komunikuje s redakcí a editorem časopisu. Vyhněte se zásluhovému autorství (honorary authorship), tj. když je vaše jméno uvedeno na aplikaci, na které jste se prakticky nepodíleli (při návrhu a realizaci experimentů, analýze a interpretaci dat, sepisovaní výsledků, apod.) C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -20-1. výzkum Obecná osnova ➢ Název práce ➢ Autoři ➢ Afilace ➢ Klíčová slova ➢ Abstrakt ➢ Úvod ➢ Metody ➢ Výsledky ➢ Diskuze ➢ Závěr ➢ Poděkování ➢ Doprovodné materiály ➢ Citace Přiřazení autorů k institucím. Uvádí kontaktní informace: adresy, e-mailové a telefonní kontakty. C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -21-1. výzkum Obecná osnova ➢ Název práce ➢ Autoři ➢ Afilace ➢ Klíčová slova ➢ Abstrakt ➢ Úvod ➢ Metody ➢ Výsledky ➢ Diskuze ➢ Závěr ➢ Poděkování ➢ Doprovodné materiály ➢ Citace Vhodně volená klíčová slova zlepšují indexaci v bibliografických databázích a pozdější vyhledávání publikovaných výsledků. C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -22-1. výzkum Obecná osnova ➢ Název práce ➢ Autoři ➢ Afilace ➢ Klíčová slova ➢ Abstrakt ➢ Úvod ➢ Metody ➢ Výsledky ➢ Diskuze ➢ Závěr ➢ Poděkování ➢ Doprovodné materiály ➢ Citace Abstrakt stručně shrnuje studovaný problém a dosažené výsledky. Abstrakt je publikován a indexován v bibliografických databázích. U prezentací a plakátových sdělení je abstrakt publikován v konferenčním sborníku (Book of Abstracts, Proceedings). V ojedinělých situacích může být publikován a indexován v bibliografických databázích. C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -23-1. výzkum Obecná osnova ➢ Název práce ➢ Autoři ➢ Afilace ➢ Klíčová slova ➢ Abstrakt ➢ Úvod ➢ Metody ➢ Výsledky ➢ Diskuze ➢ Závěr ➢ Poděkování ➢ Doprovodné materiály ➢ Citace Úvod do studované problematiky. Souhrn již publikovaných výsledků. C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -24-1. výzkum Obecná osnova ➢ Název práce ➢ Autoři ➢ Afilace ➢ Klíčová slova ➢ Abstrakt ➢ Úvod ➢ Metody ➢ Výsledky ➢ Diskuze ➢ Závěr ➢ Poděkování ➢ Doprovodné materiály ➢ Citace Popis použitých metod. Popis musí zajistit jednoznačnou reprodukovatelnost prezentovaných experimentů, simulací, či analýz. V případě, že je popis příliš dlouhý, může být v publikaci uvedena stručná forma, která je rozvedena v doprovodných materiálech (Supporting Information, Supplementary Materials). C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -25-1. výzkum Obecná osnova ➢ Název práce ➢ Autoři ➢ Afilace ➢ Klíčová slova ➢ Abstrakt ➢ Úvod ➢ Metody ➢ Výsledky ➢ Diskuze ➢ Závěr ➢ Poděkování ➢ Doprovodné materiály ➢ Citace Souhrn dosažených výsledků. Interpretace a diskuze získaných dat. Může být uvedeno v samostatných kapitolách. popř. Výsledky a diskuze } C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -26-1. výzkum Obecná osnova ➢ Název práce ➢ Autoři ➢ Afilace ➢ Klíčová slova ➢ Abstrakt ➢ Úvod ➢ Metody ➢ Výsledky ➢ Diskuze ➢ Závěr ➢ Poděkování ➢ Doprovodné materiály ➢ Citace Stručné shrnutí výsledků. C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -27-1. výzkum Obecná osnova ➢ Název práce ➢ Autoři ➢ Afilace ➢ Klíčová slova ➢ Abstrakt ➢ Úvod ➢ Metody ➢ Výsledky ➢ Diskuze ➢ Závěr ➢ Poděkování ➢ Doprovodné materiály ➢ Citace Poděkování pracovníkům, kteří se podíleli na diskuzi k výsledkům, ale ne významnou rolí. Poděkovaní za poskytnuté financování či jiné služby (integrované laboratoře, superpočítačové centra, apod.) C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -28-1. výzkum Obecná osnova ➢ Název práce ➢ Autoři ➢ Afilace ➢ Klíčová slova ➢ Abstrakt ➢ Úvod ➢ Metody ➢ Výsledky ➢ Diskuze ➢ Závěr ➢ Poděkování ➢ Doprovodné materiály ➢ Citace Stručný popis doprovodných materiálů (Supporting Information, Supplementary Materials) obsahující informace, které nejsou klíčové pro pochopení prezentovaných dat v hlavním textu publikace. Jedná se například o úplná spektra (NMR), termogramy (ITC), absolutní energie (modelování), geometrie (modelování), apod. C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -29-1. výzkum Obecná osnova ➢ Název práce ➢ Autoři ➢ Afilace ➢ Klíčová slova ➢ Abstrakt ➢ Úvod ➢ Metody ➢ Výsledky ➢ Diskuze ➢ Závěr ➢ Poděkování ➢ Doprovodné materiály ➢ Citace Použitá literatura. C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -30-1. výzkum Jak psát abstrakt/souhrn? https://www.nature.com/documents/nature-summary-paragraph.pdf C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -31-1. výzkum Publikační proces Zaslání publikace do redakce časopisu Posouzení formálních náležitostí redakcí Prvotní hodnocení (redakce/editor) Recenzní řízení (oponenty volí editor) zamítnutí (rejected) (bez detailnějšího rozboru) Posudky z recenzního řízení (vyhodnocuje editor) zamítnutí (rejected) přijato s případnými drobnými revizemi (accepted) vyžadovány opravy (major revision) Oprava (dodatečné experimenty, analýzy) Hodnocení úprav editorem opravy přijato s případnými drobnými revizemi (accepted) nové recenzní řízení C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -32-1. výzkum Publikační proces, pokr. zkušební verze (galley proofs) ASAP zveřejnění Finální zveřejnění Indexace abstraktu v bibliografických databázích přijato (accepted) vysázení textu (vydavatelem časopisu) korektury(drobnéopravy) on-line zveřejnění (DOI, bez čísel stránek) připraveno pro tisk (DOI, přiřazeny čísla stránek) DOI = Digital Object Identifier https://doi.org C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -33-1. výzkum Závěr ➢ Výzkum vyžaduje dobrou organizaci práce, preciznost, a trpělivost. ➢ Výzkum je typicky iterativní proces. Experimenty a simulace je nutné opakovat pro ověření jejich robustnosti a reprodukovatelnosti. ➢ Zveřejňování vědeckých výsledků je časově náročný proces vyžadující vysokou preciznost již při přípravě publikace. ➢ V kurzu C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii se seznámíte s částí publikačního procesu, který zahrnuje přípravou vizuálních dat (obrázky, grafy, apod). ➢ Podrobnější informace k některým formám zveřejňování výsledků (bakalářské/diplomové práce) získáte od svého školitele, na oborových seminářích, či specializovaných seminářích, které pořádá Knihovna Univerzitního kampusu. C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii a biochemii -34-1. výzkum Cvičení 1 1. Jaký je autorský podíl autorů publikace DOI:10.1021/acs.jcim.1c00731? 2. Kdo je korespondenčním autorem uvedené publikace? 3. Jak dlouho trval publikační proces u publikace DOI:10.1093/nar/gkaa896? 4. Kolik příloh má uvedená publikace? 5. O čem je publikace DOI:10.1038/s41586-021-03819-2? 6. Jakou roli má redakční rada a editoři časopisu? 7. Kdo je editorem v časopise Nucleic Acid Research? 8. Který vydavatel vydává časopis Nucleic Acid Research?