Předběžná reakce na podnět stran věrohodnosti dat v článku Tuček et al. Nature Communications 2016

Podání prof. Fiuráška ke kauze NatComm

Dne 7. 2. 2020 jsme od rektora UP, prof. Millera, obdrželi podnět týkající se věrohodnosti dat v článku Tuček et al. Nat. Comm. 2016 odeslaný prof. Fiuráškem a doplněný o přílohy prof. Opatrného. V rámci této předběžné reakce se níže vyjadřujeme k hlavním bodům podnětu.

1) Autoři neposkytli surová data z měření Mössbauerových spekter, a to ani pro spektra měřená za pokojové teploty ani pro spektra měřená za nízkých teplot v kryostatu

Je třeba zdůraznit, že všechna měření Mösbauerovských (dále jen MS) dat pro článek Tuček et al: Air-stable superparamagnetic metal nanoparticles entrapped in graphene oxide matrix. Nature Com. 7, 12879, 2016, byla zpracována kolegou doc. Jiřím Tučkem, který byl současně vedoucím MS laboratoře, a tudíž zodpovídal i za archivaci dat. Vážné zdravotní problémy doc. Tučka nejprve vedly k jeho dlouhodobé zdravotní neschopnosti a následně k úplnému odchodu z UP. Od počátku svého nenadálého odchodu doc. Tuček neposkytuje v pracovních otázkách žádnou součinnost. I přesto se v databázi MS spekter (dle archivovaných laboratorních deníků) podařilo beze vší pochybnosti dohledat MS spektra jednoznačně související s předmětnou studií měřená při 300 K, 50 K a 5 K. U těchto dat a předmětného obrázku nikdy nebylo indikováno jakékoliv pochybení. Přesto tato data nyní zpracováváme pomocí algoritmů a fitovacích/filtračních software uvedených v článku, abychom potvrdili korelaci s výsledky zpracování spekter uvedených ve Fig. 2 předmětného článku. Z důvodu selhání automatické zálohy jiného spektrometru, nebyla v databázi nalezena surová data pro obrázky v Supplementary Information Fig. 6 (b,c), která popisují stabilitu vzorku a k těmto měřením jsou k dispozici pouze filtrovaná data prezentovaná na obrázku. Proto byla tato část studie následně předmětem přeměření a přezkoumání zahraničními odborníky. Tato měření prokázala platnost závěrů článku týkajících se stability vzorku (www.upol.cz/univerzita/uredni-deska/dokumenty/nat-comm-2016/).

Shrnutí: Surová data pro spektra měřená za pokojové teploty i za nízkých teplot existují a jsou zpracovávána pomocí softwarových nástrojů uvedených v článku. Tato surová data a výsledky jejich zpracování budou poskytnuty externí komisi pověřené rektorem UP. Nově naměřená data na původním vzorku potvrzují validitu závěrů týkajících se stability superparamagnetického železa.

2) Publikovaná spektra měřená za pokojové teploty (graf 6 dodatku článku) vykazují nefyzikální extrémně nízký šum, jehož směrodatná odchylka je cca 7x nižší, než by odpovídalo fundamentálnímu Poissonovu šumu, který nevyhnutelně doprovází proces detekce fotonů. Doposud nikdo nebyl schopen doložit a specifikovat onu údajnou filtrační proceduru, která měla vést k redukci šumu ve filtrovaných datech bez toho, že by došlo k ovlivnění signálu. Profesor Opatrný matematicky dokázal, že žádnou filtrací založenou na Fourierově analýze a eliminaci nebo potlačení vybraných spektrálních komponent nelze filtraci provést, aniž by došlo k výrazné deformaci signálu.

Závěry plynoucí z matematických analýz prof. Opatrného, týkající se filtrace šumu a souvisejících výsledků, považujeme za mylné z důvodu minimálně pěti faktických chyb, kterých se prof. Opatrný dopustil ve vstupních předpokladech svých úvah:

1. Prof. Opatrný ukazuje, že takové míry vylepšení poměru signálu a šumu není možné dosáhnout jednoduchou metodou eliminace vysokofrekvenčních spektrálních komponent, avšak nástroje analytického software Mosswinn poskytují daleko komplexnější funkce, které prof. Opatrný zcela opominul. Jedná se především o funkce umožňující filtraci nejen vysokofrekvenčních složek, ale také selektivní filtraci jednotlivých frekvenčních pásem, nebo dokonce jednotlivých frekvenčních komponent.
2. SW Mosswinn obsahuje nejen nástroj filtrace spektra, ale také nástroj „Mössbauer Line Sharpening“ a nástroje pro korekci „odlehlých bodů“. Tyto nástroje, které mají zásadní vliv na míru šumu, prof. Opatrný ve svých úvahách také zcela opomíjí.
3. Prof. Opatrný pracuje s tzv. složenými spektry, která mají jen 512 bodů. V článku, který popisuje filtrační postup analyzovaný prof. Opatrným (Procházka et al. Measurement Science and Technology 21, 025107, 2010) je však jednoznačně demonstrováno, že filtrace se používá na spektrech nesložených, tedy s alespoň 1024 body a z obr. 4 tohoto článku je dokonce patrné, že je v této analýze používáno spektrum o 2048 bodech. Nízkoteplotní spektrometry použité v rámci studie v Nat. Comm. zaznamenávaly spektra skutečně na 2048 bodů. Tento fakt má významný vliv na interpretaci dopadů filtrační procedury. Pokud tedy filtrace probíhala na plném rozsahu a na nesloženém spektru, bylo takto ve skutečnosti získáno 4x více datových bodů, než v analýzách prof. Opatrného. Ten tedy zjevně pracuje s chybnými vstupními daty. Konkrétně, dle jeho analýz je pro správný popis signálu potřeba alespoň 40 významných Fourierovských komponent. Prof. Opatrný předpokládá, že míru redukce šumu prezentovanou v analyzovaném spektru nelze dosáhnout, neboť uvažuje 512 bodů, což odpovídá ponechání cca 10 komponent (Opatrný T: Filtrace dat a obrázky v Nature Communications, 18. prosince 2019, www.dzurnal.cz/wp-content/uploads/2019/12/Note-Moesb9.pdf). Aplikace správného postupu s daty reálného spektra o 2048 bodech umožňuje ponechat ve spektru potřebných 40 komponent a dosáhnout tak požadované míry redukce šumu. Krom toho, diskutovaný filtrační postup zcela jistě nebyl nikdy používán k tak drastické redukci šumu, neboť nástroje programu Mosswinn umožňují další snížení šumu pomocí řady komplementárních nástrojů.
4. Prof. Opatrný ve svých úvahách často diskutuje možnou přítomnost sextetu, která by v tomto případě odpovídala určitému množství feromagnetické formy částic železa ve vzorku. Nebere však v úvahu doplňkové výsledky magnetických měření, které naopak dokládají, že vzorek prezentovaný v rámci článku feromagnetický materiál neobsahoval (nebo jeho množství bylo pod detekčním limitem metody). Zde je potřeba zmínit, že Mössbauerova spektroskopie byla pouze jedna z technik, která byla ve studii použita. Pokud ostatní techniky dokazují, že se daná komponenta ve vzorku nevyskytuje a ve spektru se nejeví jako statisticky významná, je korektní tuto komponentu při zpracováni Mössbauerova spektra neuvažovat.
5. Prof. Opatrný vyvozuje závěry o možných změnách v průběžně měřených spektrech na základě předpokladu přítomnosti Poissonovského šumu, který ovšem byl již odstraněn filtrační procedurou.

Shrnutí: Na základě výše uvedeného jsme přesvědčeni, že analýzy prof. Opatrného jsou v mnoha ohledech irelevantní, neboť vychází hned z několika chybných předpokladů a neberou v úvahu řadu důležitých nástrojů a metod použitých pro filtraci a zpracování spekter.

3) První autor a korespondující autor poskytli grafy (jedná se vždy o první z trojice grafů, které oba poskytli), které jsou prakticky identické, ale liší se hodnotami na ose Y. Vysvětlení, že se jedná o průběžná a finální data z jednoho měření, bylo vyvráceno profesorem Opatrným. Oba grafy vykazují odlišnou relativní propustnost vzorku. Tato změna není konzistentní s postupným načítáním dat, ale s prostým posunutím všech datových bodů podél osy Y. Grafy jsou si extrémně podobné (až prakticky identické), což je v rozporu s tím, co lze očekávat v důsledku Poissonových fluktuací. Autoři argumentují, že je to v důsledku filtrace, avšak bez upřesnění filtrační procedury není tento argument relevantní.

4) Změny škály na ose Y grafů Mossbauerových spekter. Na původních grafech 6 v dodatku článku činí maximální pokles transmitance cca 7 promile. Na druhé straně, filtrovaná spektra dodaná prvním a korespondujícím autorem obsahující údaje o počtu detekovaných fotonů na ose Y vykazují maximální pokles transmitance pouze cca 2 promile. Při zaslání Author Correction do časopisu byly grafy na obrázku č. 6 původního dodatku bez zjevného důvodu nahrazené grafy bez uvedení škály na vertikální ose. Takto byla v opraveném dodatku 'smazána' důležitá charakteristika spektra, aniž by tato změna grafu byla jakkoliv zmíněna a zdůvodněna v textu Author Correction. Údaje o velikosti transmitance na ose Y poskytují důležitou informaci o tom, jak velký je pozorovaný signál, což přímo determinuje dobu měření potřebnou pro dosažení požadovaného poměru signálu k šumu. Je nepravděpodobné, že by k záměně škály na ose Y grafu došlo omylem. Běžné programy na vykreslování grafů přiřazují popisky na ose Y automaticky na základě vykreslovaných dat.

Vzhledem k úzké souvislosti obou bodů, odpovídáme na tyto současně:

Veškerá data poskytl výhradně první autor práce. Nejdříve doc. Tuček poskytl na vyžádání data komisi. Když byl následně k dodání dat vyzván i prof. Zbořil, ten o ně požádal doc. Tučka (jako autora zodpovědného za MS data), a dále pouze předal jím poskytnutá data. Autorem obou souborů je tedy první autor práce. Na základě aktuálních poznatků se domníváme, že diskutované body a rozdíly úzce souvisí s kombinací filtračních procedur používaných doc. Tučkem (viz také bod 5 předchozí odpovědi). V současnosti dokončujeme programování a testování filtračního software dle popisu v Procházka et al. Measurement Science and Technology 21, 025107, 2010. Výsledný software bude aplikován na reálná spektra včetně použití v kombinaci s nástroji obsaženými v balíku Mosswinn. Celý postup, jehož cílem je rekonstrukce filtrační procedury, kterou používal doc. Tuček, bude následně popsán včetně jednotlivých kroků.

Osa y není z hlediska fyzikální interpretace výsledků Mössbauerových spekter nijak relevantní, neboť neovlivňuje fyzikálně chemickou interpretaci a parametry spekter. Proto se v literatuře liší popisy i jednotky na ose Y, nebo se dokonce tyto neuvádí vůbec (viz příklady). Není žádný důvod ji jakkoliv úmyslně upravovat. Filtrační nástroje Mosswinn navíc vyžadují, aby osa Y byla znormována (hodnoty relativní transmitance 0-1), přičemž dochází ke ztrátě informace o čítaných fotonech a tato musí být následně manuálně zpět dodaná mimo program Mosswinn. Není tedy pravdou, že přiřazení popisků na ose Y je automatické, jak se uvádí v podnětu.

Příklady neuvádění osy Y v literatuře:

• www.medc.dicp.ac.cn/conference/mecame2018/volume/239/Hyperfine%20Interactions%20239(2018)31%20Berry.pdf
• www.medc.dicp.ac.cn/conference/mecame2018/volume/239/Hyperfine%20Interactions%20239(2018)34%20Unzueta.pdf

Shrnutí: Ihned po dokončení rekonstrukce filtračních procedur používaných doc. Tučkem budou veškeré materiály včetně zdrojových dat pro Mossbauerova spektra v obr. 2, popisu metod jejich fitování a filtrace odeslány rektorovi UP pro posouzení expertní komisí. Na základě výše uvedeného jsme přesvědčeni, že veškerá data, postupy jejich zpracování i závěry uvedené v práci Tuček et al. Nat. Comm. 2016 jsou zcela validní.

Radek Zbořil jménem autorů a členů pracovní skupiny pro ověření dat.