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Blockchain in der Wissenschaft – eine Revolution in den Startlöchern?

Henrik Müller


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Eine Blockchain ist nichts anderes als eine Art, Daten zu strukturieren. Und doch prophezeien einige, dass ihre vielfältigen Anwendungsgebiete dabei helfen könnten, die Replikationskrise zu überwinden und bessere Wissenschaftler aus uns zu machen.

Unsere Wissenschaftskultur ist ungerecht. Oft behaupten dies der wissenschaftliche Nachwuchs oder auch Forscherinnen und Akademiker außerhalb sogenannter „exzellenter“ Forschungseinrichtungen. Forscher, die im bestehenden System gut etabliert sind, sehen es häufig anders. Doch auch letztere können den Druck nicht abstreiten, Studien in Zeitschriften mit möglichst hohem Impact-Faktor zu veröffentlichen. Schließlich klopft der nächste Vergleich ihrer Produktivität bereits an die Tür.

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Illustr.: BTCManager

Überrascht da die seit Jahren grassierende Replikationskrise? Dass es oftmals nicht gelingt, publizierte Ergebnisse erneut zu reproduzieren? Verwundert es, dass die spektakulärsten Fälle wissenschaftlichen Fehlverhaltens öfter mit Artikeln in High-Impact-Journalen zusammenfallen? Ist ein in der Öffentlichkeit sich ausbreitender Wissenschafts-Skeptizismus tatsächlich so unerklärlich?

Gleichzeitig beschwört in wissenschaftskulturellen Diskussionen seit einer Weile ein Zauberwort eine offene Art von Wissenschaft, in der Forscher nicht nur zuverlässiger publizieren, sondern vielmehr die Welt der Forschung mehr noch in ihrer Gesamtheit verändern wollen. In dessen Gefolge finden sich das Ende der Publish-or-Perish-Mentalität, ein Überwinden der Replikationskrise, ein In-Frage-Stellen der Wissenschaftsverlage, offene Finanzierungsmechanismen, ein Aussterben von Karrieristen sowie neubelebtes Vertrauen in die Wissenschaft. Das Zauberwort, das all dem vorgeblich Leben einhauchen soll, lautet Blockchain.

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Das Grundprinzip von Blockchain ist simpel – und geht etwa so:

  1. Ich packe meinen Koffer und nehme darin mit – Transparenz.
  2. Ich packe meinen Koffer und nehme ­darin­ mit – Transparenz und Unveränderlichkeit.
  3. Ich packe meinen Koffer und nehme ­darin mit – Transparenz, Unveränderlichkeit und Glaubwürdigkeit.
  4. Ich packe meinen Koffer und...

Jede Spielrunde beinhaltet also alle Daten der vorherigen Runden, aneinandergereiht wie bei einer Perlenkette.

Eine solche unverzweigte Datenstruktur ist auch das simple Geheimnis einer jeden Blockchain. Jeder Datenblock enthält neben neuer Nutzinformation samt deren Zeitstempel auch die Daten des jeweils vorherigen Blocks. Letzteres allerdings kryptographisch komprimiert in Form einer kurzen Prüfsumme, dem sogenannten hash-Wert. Aus hash-Werten können Daten nicht „zurück errechnet“ werden. Da jeder hash-Wert aber den vorherigen Datenblock zusammenfasst, ist flink überprüft, ob die Kette manipuliert wurde. Der hash-Wert des allerletzten Datenblocks gibt Aufschluss darüber. Auf effiziente Art können so digitale Objekte aufbewahrt werden, seien es Finanztransaktionen, Vermögenswerte, Patente, Urheberrechte – oder eben Forschungsergebnisse. Jeder kann sie einsehen, doch niemand sie ändern.

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Replikationskrise passé

Und wenn der „Besitzer“ der Blockchain eben doch genug Rechenpower aufbringt, einen Datenblock zu seinen Gunsten zu manipulieren und die hash-Werte aller folgenden Datenblöcke neu zu berechnen? Diese Frage stellt sich nicht, da eine Blockchain keinen Besitzer kennt. Ihre Authentizität wird nicht durch eine zentrale Autorität fragwürdigen Charakters garantiert, sondern durch den dezentralen Charakter eines Peer-to-Peer-Netzwerks. Synchronisierte Kopien der Blockchain befinden sich auf unzähligen Computern. Es existiert keine einzelne IT-Infrastruktur, die zugunsten Einzelner manipuliert, blockiert oder zensiert werden kann. Ein Vergleich der letzten hash-Werte der Blockchain-Kopien würde den „Betrüger“ überführen. „Wahr“ in der Blockchain ist, was die Mehrheit sagt.

Warum aber könnte eine derartige Datenstruktur unsere Wissenschaftskultur revolutionieren? Weil sie die Urheberschaft jeder Forschungsleistung notarisieren und somit eine Art Gewissen der Forschungsgemeinde darstellen würde. Als unbestechliche „Vertrauensmaschine“ würde sie erfasste Methoden, Datensätze und Analysen ihren Autoren zuordnen, sie aber vor allem detailliert nachvollziehbar wie auch fälschungssicher machen. Selektive Darstellungen von Ergebnissen wären offensichtlich. Verfälschungen – etwa durch eine nachträgliche Anpassung der Testparameter, sogenanntes p-Hacking – würden protokolliert. Statistikschwächen und fehlende Sorgfalt hätten keine lange Halbwertszeit.

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Als Resultat würde der etablierte wissenschaftliche Verifizierungsprozess eine Replikationskrise im Keim ersticken. Und das Vertrauen in wissenschaftliche Daten wiederherstellen.

Technisch wohl am weitesten entwickelt auf dem Weg zu solchen sich selbst regulierenden und dezentralen Wissenschaftsnetzwerken sind Blockchain-Plattformen wie das schweizerische AKASHA (akasha.world) oder das französische SteemSTEM (steemstem.io). (Ab Seite 16 folgt ein Interview mit Martin Etzrodt von AKASHA. Link zum Interview)

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Foto: Blockchain Decrypted

AKASHAs Vision könnte hierbei vor allem dann funktionieren, wenn Wissenschaftler trotz Reputationsdruck und Zeitnot nicht das große Ganze aus den Augen verlieren. Und sich Grundsatzfragen stellen wie: Welchen Wert hat Wissen? Und was sollte Wissen kosten?

Gemessen am weltweiten Gesamtumsatz aller Wissenschaftsverlage ist neues Wissen pro Jahr 60 Milliarden Euro wert. Diesen Markt dominieren die fünf Verlage Elsevier, Springer, Wiley-Blackwell, Taylor & Francis und SAGE. Elsevier etwa verzeichnete im Jahr 2016 bei einem Umsatz von 3 Milliarden Euro einen Gewinn von 1,2 Milliarden Euro. Derartige Gewinnmargen von 40 Prozent lassen selbst Tech-Titanen wie Amazon, Google oder Apple sabbern.

An der Profitabilität ihres Geschäfts änderte auch der vor zehn Jahren von Helmholtz, Max-Planck, Leibniz & Co. unterzeichnete Aufruf zum Open-Access-Publishing nichts. Dieses schafft zwar kostspielige Abonnements ab, sodass Wissenschaftler außerhalb vermögender Universitäten gleichberechtigten Zugriff auf Wissen erlangen. Für die Abtretung seines Urheberrechts hat der Wissen-publizierende Autor aber drei- bis vierstellige Summen pro Artikel an die ausbeuterischen Verlage zu entrichten – während er zum überwiegenden Teil aus Steuermitteln finanziert wird. Darüber hinaus geben sich Wissenschaftler als Editoren und Gutachter zur Qualitätssicherung von Journalen und für das Peer-Review von Artikeln her, größtenteils ohne ein Honorar vom Verlag zu erhalten.

Anreiz durch digitale Währung?

Kein Wunder, dass Robin-Hood-Dienste wie Sci-Hub den großen Wissenschaftsverlagen ein Dorn im Auge sind. Sci-Hub bietet etwa aktuell über 60 Millionen von Verlagen „entführte“ Fachartikel kostenlos zum Download an. Laut seiner Betreiberin Aleksandra Elbakjan beklagen sich ihr gegenüber aber keinerlei Wissenschaftler über die freie Verteilung von Wissen, sondern nur Elsevier.

Blockchain-Anhänger sehen jetzt die Möglichkeit, ganz ohne altmodische Wissenschaftsverlage auszukommen. Denn welchen Mehrwert bieten diese? Einmal stellen Wissenschaftsverlage Publikationsplattformen zur Verfügung; weiterhin treffen sie redaktionelle Entscheidungen; und nicht zuletzt koordinieren sie den Begutachtungsprozess.

Als Publikationsplattform könnte anstelle der Verlage eine Peer-to-Peer-Datenbank dienen. Dank Blockchain-Basis wäre jegliche Bemessung während des Publikationsprozesses dann objektivierbar und überprüfbar. Selbst Gutachten könnten veröffentlicht werden. Redaktionelle Entscheidungen zur Priorität von Artikeln entfielen, da unendlicher digitaler Speicherplatz die Artikelanzahl pro Ausgabe nicht länger beschränkte.

Bliebe der Begutachtungsprozess. Wie in Laborjournal 06/2019 (Seite 8) zusammengefasst, funktioniert Post-Publication-Peer-Review laut englischen Informationswissenschaftlern nicht wirklich. Über neunzig Prozent der von ihnen untersuchten 15.000 Artikel blieben unkommentiert, was sie auf eine Frage mangelnden Anreizes zurückführen. Wozu Zeit zum Kritisieren erübrigen, wenn die Mühe nicht gewürdigt wird?

Die Blockchain-Technologie schafft ein solches Anreizsystem, und zwar in Form einer digitalen Währung. Mit einer Kryptowährung könnten Autoren je nach Download- und Zitationshäufigkeit ihrer Artikel belohnt, Editoren und Gutachter bezahlt werden – vielleicht sogar mit Gewinnbeteiligung am Erfolg begutachteter Artikel. Zum Einreichen neuer Manuskripte wären digitale Münzen nötig.

Ein solches Peer-to-Peer-Publizieren brächte entscheidende Vorteile. Alle Veröffentlichungen würden kritisiert. Der Publikations-Bias, nur positive Ergebnisse zu veröffentlichen, würde verringert. Es wäre Anreiz vorhanden, dringend notwendige Replikationsstudien durchzuführen. Über kurz oder lang könnte die zurückgewonnene Glaubwürdigkeit gar den Wissenschafts-Skeptizismus in die Knie zwingen.

Viele Handhabungsdetails sind aktuell jedoch noch unausgegoren, wie etwa der Widerruf von Publikationen, wissenschaftlicher Betrug und Vetternwirtschaft. Auch hält sich die Anzahl registrierter Nutzer derartiger Plattformen wie ScienceRoot (scienceroot.com) oder Pluto (pluto.network) in Grenzen. Dezentralisierte Publikationsplattformen stellen die Geschäftsmodelle klassischer Wissenschaftsverlage zwar in Frage. Doch zu umfangreich scheint deren Lobby-Erfahrung. Allein Elsevier hatte 2016 schließlich 1,2 Milliarden Gründe, seinen Gewinnanteil nicht in der Wissenschaftsgemeinde verbleiben zu lassen.

Denn das Herzstück unserer Wissenschaftskultur sind ihre Metriken zur Evaluierung wissenschaftlichen Erfolgs. Der Wert von Artikeln – und somit von Wissenschaftlern und deren Institutionen – wird am Prestige von Journals gemessen. Erfolglos forderte die 2012er „San Francisco Declaration on Open Research Assessment“ einen Bann Journal-basierter Metriken. Letztere werden weiterhin überwiegend im Verborgenen unter dem Einfluss von Wissenschaftsverlagen erstellt. Dagegen aufzubegehren heißt, die wissenschaftliche Karriere zu riskieren.

Kollektive Gutachter-Intelligenz

Die Blockchain-Technologie zeigt hier erneut eine Alternative auf. Anonyme Autoren beschrieben 2016 ein dezentrales System zur Verteilung von Fördermitteln (zenodo.org/record/60054). In dessen Mittelpunkt stehen Academic Endorsement Points (AEP), mit denen Wissenschaftler die Forschungsleistung und -vorhaben anderer Wissenschaftler belohnen. Erhaltene AEPs bemessen den Wert eines Forschungsobjekts und den Impact eines Wissenschaftlers. Nur Forschungsvorhaben mit genug AEPs werden real finanziert. Und zwar, weil sie die Wissenschaftsgemeinschaft als lohnenswert erachtet, selbst wenn ein gegenwärtiger För­dergeber sie als zu risikoreich befände. Anfänge solcher dezentralen Verteilungsnetzwerke wie etwa DEIP (deip.world) weiten das Gutachterwesen auf die kollektive Intelligenz aller Forschenden aus. Sie stellen wissenschaftliche Demokratie her, die das auch für Verwaltungszwecke verwendete Geld der realen Förderung von Forschung zukommen lässt.

Blockchain rundum im Kommen

Bis zu echter offener Wissenschaft ist es jedoch noch ein steiniger Weg. Erste Blockchain-Implementierungen zeigen immerhin das Potenzial für die (Bio-)Wissenschaften auf. Die Züricher Open-Access-Blockchain-Plattform ScienceMatters (sciencematters.io) etwa veröffentlicht keine Publikationen im herkömmlichen Sinn, sondern einzelne Beobachtungen, Hypothesen sowie negative und Replikationsdaten.

Die Pharmasparte Serono der Darmstädter Merck KGaA kooperiert seit Juni 2019 mit der kalifornischen Nebula Genomics (nebula.org). Die Sequenzierungs-Firma erlaubt es Kunden dank Blockchain, einerseits die Kontrolle über die eigenen Genomdaten zu behalten, und andererseits diese in anonymisierter Form Forschern zur Verfügung zu stellen.

Seit 2017 bietet Sony ein Cloud-basiertes Blockchain-System zur Speicherung von Abschlusszeugnissen, Diplomen und Testresultaten an (blockchain.sonyged.com). Seit Anfang 2019 speichert Malta als erstes Land der Welt alle Schulabschlussdaten in einer Blockchain (blockcerts.org).

Ähnlich transparent, doch unveränderlich könnten akademische Qualifikationen, von Kursanwesenheit in studentischen Praktika bis zu professoralen Urkunden, gespeichert werden, um wissenschaftliche Kompetenz zu verifizieren.

Seit Frühjahr 2019 vollzieht das US-Pilotprojekt RemediChain (remedichain.com) auf Blockchain-Basis alle Schritte in der Arzneimittel-Vertriebskette nach und schafft so Authentizität von Medikamenten. Eine ähnliche Überwachung von Versorgungsketten mittels Blockchain-Technologie setzen Agrarbetriebe ein, von süditalienischen Molkereien über innermongolische Rindermastbetriebe bis zu nordirischen Brauereien. Einen aufschlussreichen Überblick darüber bietet der Artikel A review on blockchain applications in the agri‐food sector von Francesca Antonucci et al. (J. Sci. Food Agric., doi: 10.1002/jsfa.9912).

Ähnliches wäre auch für Chemikalien im biowissenschaftlichen Labor denkbar. Laut einer Umfrage der Unternehmensberatung ­BearingPoint im Herbst 2018 haben ein Drittel aller deutschen Chemie- und Life-Sciences-Unternehmen bereits Blockchain-Lösungen eingeführt. Und gerade eben, im September, hat die Bundesregierung ihre Blockchain-Strategie zur Ausbildungs- und Forschungsoffensive vorgestellt (blockchain-strategie.de).

Kurzum, Blockchain ist in aller Munde. „Unsere Wissenschaftskultur wird sie trotzdem nicht umwälzen“, erklärt Sönke Bartling von Blockchain for Science im Interview für Laborjournal online (siehe laborjournal.de). Denn warum sollte ein Forscher seine Daten leichter falsifizierbar machen? Warum seine Forschungsideen veröffentlichen? Warum sollten Verlage ihrem lukrativen Geschäft schaden? Warum sollte ein Drittmittelgeber seine Verwaltungsarbeit in die Hände der Forschergemeinschaft legen – und sich selbst abschaffen?

Zu radikal für Wissenschaftler?

Nur wenn Blockchain-Technologie weitflächig in der Wissenschaftswelt angenommen würde, könnte sie ihre Vorteile ausspielen. Da dafür Fördergeber und Verleger, vor allem aber die Wissenschaftler selbst ihre Einstellungen fundamental ändern müssten, werden in naher Zukunft höchstens Teilaspekte die (Bio-)Wissenschaften erreichen. Mehr wäre zu radikal für alle Beteiligten, sind sie doch zu sehr dem Vermächtnis einer behäbigen über Jahrhunderte gewachsenen Wissenschaftskultur verhaftet.

Daher ist sicher: Würden die (Bio-)Wissenschaften eines Tages tatsächlich aus ihrem digitalen Tiefschlaf erwachen, wäre das nicht weniger als eine Revolution.



Letzte Änderungen: 29.11.2019
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