動物實驗設計與研究方法
Week 05｜處置與量測：實驗單元與資料結構
國家實驗研究院國家生物模式中心
宜蘭大學生物技術與動物科學系
October 8, 2026
Outcome 從哪裡來？
上週：
用來回答研究問題的主要量測指標是什麼？其結果是否回答了研究問題？
今天接著深入：
- 處置分派給誰？
- 量測結果來自哪一層？
肝臟
每組 3,000 筆紀錄，來自多少隻小鼠？
某藥物實驗：每組 3 隻小鼠
- 藥物組：逐隻注射藥物
- 對照組：逐隻注射溶劑
給藥後，取得肝臟切片：
- 每隻選 10 個顯微鏡視野
- 每個視野量測 100 個細胞
每組取得的資料：
- 30 個視野、3,000 筆細胞紀錄
實驗單元 Experimental Unit (EU)
就某一項處置比較而言，可以獨立分派並接受處置的最小單元。
看看 Methods：
- 處置實際分派給誰，又如何施加？
同一籠小鼠，兩種處置方式
- 共同吃一種實驗飼料
- 飼料分派到整籠，共用飼料槽。
- EU：cage
- 各自接受注射
- 同籠個體可以分別接受不同注射。
- EU：mouse
肉雞飼糧試驗：每組 6 個 pens
Seyedoshohadaei et al.（2024）
- 9 個飼糧處置組合
- 每個組合 6 個 pens
- 每 pen 飼養 12 隻肉雞
| 數量 | 本研究 |
|---|---|
| 每組合 EU 數 | 6 pens |
| EU 總數 | 54 pens |
| 動物總數 | 648 隻 |
飼糧處置的 EU：pen
母體接受處置，子代提供觀測
假設情境
母鼠於生產前分別接受 treatment 或 control
每胎選 4 隻仔鼠量測行為
- 處置分派單元：dam
- 行為觀測單元：pup
每胎 4 隻仔鼠，共享一次母體處置。
觀測單元 Observational Unit (OU)
實際取得某項 observation 或 measurement 的實體。
- Pig 的跛行紀錄：pig
- Pen 的採食量：pen
- Section 的病理評分：section
OU 要配合 outcome 的定義。
多張切片共享同一隻動物
小鼠接受處置後，資料可以來自不同層級
- mouse → tissue → section → field
巢狀結構 (nested structure)
- 每個 field 都能追溯到一張 section，以及一隻 mouse。
個別接受處置，也可能共享環境
同一 pen 內：
- 每隻動物可以分別接受不同藥物注射
- 所有動物仍共享環境與管理條件
個體處置分派與
觀測的相關性，都需要描述。
區集的例子：先量起始抗體，再安排免疫
案例情境：32 隻動物，分別接受疫苗或安慰劑注射。
兩組都涵蓋不同起始抗體；EU 仍是每隻動物。
觀察型研究：沒有處置分派時，從抽樣來源開始
先找看看：
- 個體或紀錄如何納入？
- 觀測來自哪些來源或批次？
- 同一來源是否被反覆觀察？
保留 來源、群聚與時間。
沒有分派處置，仍要看資料怎麼選進來
案例情境：調查養豬場的豬隻體重。
抽樣單元：在某一步被選取的單元；不等於處置單元。
商用豬資料：278 頭豬與 11 個批次
278 頭豬的屠體與肉品質紀錄，來自四季、11 個 slaughter batches。
- 量測來自 單一豬隻
- 批次保留在 季節 之內
- 季節是觀察條件，沒有分派給個體
278 頭豬與 11 個批次，是不同層級的數量。
重複量測 Repeated Measures
同一個來源，在不同時間被觀察。
例如同一隻豬，在不同週齡採集血清樣本。
- 多個時間點：描述時間變化
- Pig ID：保留共同來源
同一隻 pig 的多次觀測仍相互關聯。
技術重複 Technical Replicates
同一份 serum sample，分到 3 個 ELISA wells。
- 量測是否穩定
- 操作技術是否穩定
- 分裝與讀值的變異
仍只有 1 份來源樣本。
IgY 案例：蛋黃混合後，再比較萃取方法
- 6 隻母雞接受免疫，持續收集雞蛋
- 抗體時程：每週收集的蛋黃 pooled
- 方法比較：35 顆蛋的蛋黃材料分配至 3 種萃取法，各做 triplicate extraction
先看比較什麼，再依樣本處理流程辨認單元與重複。
保留來源，才能描述正確的不確定性
回到每組 3 mice、30 fields、3,000 cells 的情境。
可以：
- 依研究問題形成 mouse-level summary
- 使用能處理來源階層的適當模型
兩種做法都保留 mouse 的來源關係。
豬場自家疫苗試驗：Vaccine 分派給個體
- Individual ID 的奇/偶數對應 vaccine 或 saline
- 奇/偶數與處置的對應，由每 pen 的隨機清單決定
- 每隻 pig 分別接受 injection
- 每 pen 內有兩種 treatment groups
Vaccine 比較的處置單元：pig
跛行治療：每隻豬記有／無，保留飼養來源
育肥期間，這隻豬是否因跛行接受治療？
- 依起立、承重與步態判定；排除足部／蹄部病灶
- 符合標準並接受治療，記為「有」
- 主要分析 (primary outcome) 只計首次事件
- 每隻豬保留 Pig ID、pen、room
結果記在豬隻；同 pen 的豬仍共享環境與管理。
抗體資料：118 隻 pigs，430 份血清樣本
Exploratory serology
- 最初選取 120 pigs：convenience sample
- 實際分析：118 pigs、430 serum samples
- 採血週齡：6、8、13、19–21 weeks
- 多份樣本共享同一個 pig ID
作者以 pig random intercept 處理重複觀測。
你的 paper：畫出一個比較的來源關係
沿用 Week 04 的研究問題與 outcome。
在 Methods 找出：
- 處置分派或抽樣的起點
- Outcome 記錄的層級
- 共享來源、批次與時間
用紙筆或平板註記畫圖，附上 Methods 依據與一項資訊缺漏。
下週：哪些條件跟著 treatment 一起改變？
今天完成：
處置或抽樣來源，以及 outcome 的量測層級。
帶著自己的來源圖，下一週檢查：
如果 treatment 與 cage、batch 或 time 一起改變，這個比較能分辨什麼？
