Per valorizzare il lavoro dei ricercatori e i loro risultati, verificandoli e autenticandoli in modo univoco, un gruppo di ricerca del King’s College di Londra ha testato le prestazioni di Labtrace, sistema di autenticazione basato sulla blockchain Algorand.
La frode scientifica: un problema non trascurabile
La produzione esponenziale dei dati digitali negli ambiti della sanità e della ricerca medica è accompagnata da una crescente incidenza di frodi scientifiche, che includono la manomissione dolosa di dati risultanti da esperimenti, la falsificazione di dati, il plagio, la pubblicazione multipla dello stesso risultato. In tal senso, è necessario distinguere l’errore dalla frode. Il primo è la diretta conseguenza del fatto che la scienza sia un’impresa umana: Karl Popper riteneva che la scienza procedesse grazie alla confutazione di teorie che erroneamente erano state precedentemente considerate corrette. La seconda, invece, contiene in sé il concetto di dolo, ovvero di disonestà.
Le cause di questo fenomeno son molteplici: tra le varie é importante sottolineare la pressione a cui gli scienziati sono sottoposti per ottenere risultati di grande impatto, che garantiscano maggiore riconoscimento e avanzamento di carriera. Questo però non giustifica nè rende ammissibile tale pratica, che va limitata e gestita di modo che la cittadinanza e gli studiosi stessi possano essere tutelati.
Alcuni esempi di frodi nella storia della scienza
Nei secoli ci son stati diversi esempi di frodi, anche molto illustri. Anche se non esistono ad oggi prove della sua scorrettezza, non sapendo se si rendesse conto di selezionare intenzionalmente i dati o se ritenesse di fare la cosa giusta omettendo alcuni esperimenti, sappiamo che Mendel ha manomesso i suoi risultati. Darwin, dal canto suo, ha ammesso di aver modificato alcune fotografie pubblicate nel suo saggio “L’espressione delle emozioni nell’uomo e negli animali“. Newton, invece, aveva l’abitudine di aggiustare i suoi calcoli, affinché si adattassero meglio ai suoi modelli. La lista di frodi non così famose è molto più lunga e continua a crescere vertiginosamente, comportando il ritiro annuo di un’ingente quantità – anche 10.000 – di articoli da riviste scientifiche internazionali.
Tracciare i dati tramite tecnologia blockchain: una soluzione possibile
A sostenere l’idea di tutelare cittadinanza e studiosi dalle frodi vi sono i ricercatori del Centre of Neuroimaging Science presso il King’s College di Londra, che hanno condotto uno studio per valutare se, utilizzando tecnologia blockchain, sia possibile validare l’integrità dei dati e quindi la bontà degli studi clinici condotti.
Cosa sono le blockchains?
Una blockchain (dall’inglese ‘catena di blocchi’, Figura 1) è un registro digitale decentralizzato e distribuito che opera come un grande libro mastro pubblico. Questo registro archivia in modo permanente e verificabile le variazioni di stato di un sistema – come transazioni, contratti o certificazioni – attraverso una rete di computer indipendenti (nodi) che collaborano per validare e registrare le informazioni senza bisogno di un’autorità centrale. Ogni variazione viene raggruppata in un ‘blocco’ contenente anche un riferimento crittografico al blocco precedente, creando così una catena cronologica inalterabile. La sicurezza e l’immutabilità sono garantite da meccanismi di consenso che richiedono la verifica da parte della maggioranza dei nodi.
Gli smart contract rappresentano un’evoluzione fondamentale di questa tecnologia: sono programmi autonomi che risiedono sulla blockchain ed eseguono automaticamente azioni predefinite quando specifiche condizioni vengono soddisfatte. Le applicazioni della blockchain spaziano dalle criptovalute (Bitcoin, Ethereum) alla gestione delle filiere produttive (tracciabilità di alimenti o farmaci), dalla certificazione di proprietà intellettuale alla creazione di sistemi di voto elettronico sicuri, fino alla gestione di identità digitali sovrane.
La loro natura decentralizzata e sicura le rende una tecnologia promettente per migliorare l’efficienza, la trasparenza e la sicurezza in molti ambiti. Infatti questo sistema è un ottimo mediatore per mantenere la fiducia tra due parti che non si fidano ciecamente l’una dell’altra.
Tra questi, Algorand è una piattaforma blockchain decentralizzata che utilizza un protocollo di consenso progettato per offrire una maggiore scalabilità, sicurezza e velocità rispetto ad altre blockchain (Figura 2). E’ stata teorizzata e ideata dal professor Silvio Micali, che l’ha fondata nel 2017 dopo aver ottenuto nel 2012 il Premio Turing per il contributo fornito nei temi della teoria della complessità e nel campo della crittografia.
La scelta di Algorand come blockchain da utilizzare per questo sistema deriva dall’alta capacità di elaborazione (fino a 10.000 transazioni al secondo), dalla finalità immediata e dalla certezza delle transazioni, che garantiscono l’immutabilità immediata delle informazioni registrate, aggiungono una firma temporale (timestamp) e certificano i risultati degli studi clinici. Queste caratteristiche consentono di soddisfare gli stringenti requisiti dell’industria biotecnologica e farmaceutica.
Se ti interessa l’argomento blockchain, ne abbiamo parlato anche in questo articolo: Blockchain e intelligenza artificiale per la tracciabilità dei dispositivi medici
Labtrace: il sistema per monitorare i dati di laboratorio
LabTrace è un sistema di verifica dell’autenticitá delle informazioni basato su blockchain per la certificazione dell’integrità dei dati e della proprietà intellettuale in ambiti di ricerca (Figura 3).
Basandosi sulla tecnologia della blockchain Algorand, LabTrace permette di certificare la paternità di progetti di ricerca con più collaboratori, delineando chiaramente i contributi di ciascun partecipante. Nei progetti che coinvolgono più istituzioni, può registrare e definire i diritti di proprietà sui dati e sulle scoperte. Inoltre consente di timbrare temporalmente dati sperimentali e risultati clinici, proteggendo le proprietà intellettuali e supportando eventuali domande di brevetto. In LabTrace gli scienziati possono archiviare e certificare le loro idee, invenzioni e progetti, assicurandosi che siano protetti da eventuali contestazioni o appropriazioni indebite.
Un punto di forza di LabTrace risiede nella capacità di mantenere l’integrità dei dati condivisi tra gruppi di ricerca, garantendo che non vengano alterati nel tempo. Questo sistema può effettuare una verifica incrociata tra i risultati delle pubblicazioni scientifiche e i dati originali, e fornendo dei registri digitali integrabili nei software di gestione dei dati
Tale infrastruttura consente, inoltre, di monitorare l’evoluzione dei dati in studi a lungo termine, certificando la provenienza e l’uso di dati derivati. Aiuta anche a verificare le analisi secondarie, creando collegamenti certificati tra i dati originali e quelli derivati. Gli accademici possono usare LabTrace anche per certificare le proprie pubblicazioni, tracciare citazioni e derivazioni del proprio lavoro. In ultimo, LabTrace integra anche una funzionalità per il versionamento del codice, permettendo ai ricercatori di certificare ogni modifica e tenere traccia dell’evoluzione del software sviluppato nei loro studi.
I dati così certificati vengono diffusi pubblicamente e non possono essere alterati. La maggioranza degli algoritmi per le certificazioni viene eseguita da smart contract open source. In questo modo è possibile avere un eccellente livello di trasparenza dei dati, anche grazie a informazioni pubbliche e algoritmi open source.
Lo studio e i possibili sviluppi futuri
Nell’estate 2024 é stato annunciato il completamento del primo studio di medicina sperimentale che ha utilizzato LabTrace come strumento di notarizzazione on-chain. Questo lavoro é stato portato avanti dall’ateneo londinese nell’ambito del progetto UNITY (Ultra Low Field Neuroimaging in the Young), finanziato dalla Bill & Melinda Gates Foundation, che utilizza scanner MRI portatili a basso campo magnetico per valutare la salute e lo sviluppo cerebrale di neonati e bambini piccoli in contesti a basse risorse.
LabTrace riesce a raggiungere un ottimo livello di trasparenza dei dati assegnando un Content ID (CID), un hash univoco generato da un file su rete IPFS (InterPlanetary File System), e un protocollo distribuito.
L’azienda ha la missione di abilitare la piena tracciabilità dei dati nei trial clinici e migliorare la riproducibilità scientifica nella ricerca medica.
Per raggiungere questo obiettivo, LabTrace ha sviluppato un sistema basato su blockchain per la notarizzazione sicura e immutabile dei dati digitali. Ogni riferimento univoco (CID) riceve una notarizzazione on-chain da parte di soggetti autorizzati, con permessi definiti e controllati da uno smart contract Algorand. L’ateneo londinese ha implementato LabTrace come ulteriore livello di registrazione immutabile e per dimostrare una strada percorribile per garantire l’integrità dei dati medici digitali.
Gli strumenti di blockchains hanno dei limiti?
Le maggiori limitazioni di un sistema di questo genere risiedono nelle difficoltà associate alla sua scalabilità. La “catena di blocchi” generata é immutabile e dovrà conservare tutte le informazioni dalla sua creazione in avanti. Rendere questa infrastruttura accessibile su larga scala induce problematiche legate al consenso e alla congestione. Infatti, aumentare il numero di nodi, implica l’ingrandimento della rete dei partecipanti e il numero di messaggi per trovare un nodo validatore e propagare il blocco a tutti gli altri. Ciò rende più complesso il meccanismo di consenso. Inoltre, a causa della presenza di un numero definito di validazioni caricabili su un singolo blocco, può capitare che vi sia bisogno di attendere più blocchi (e quindi più tempo) prima che una validazione venga effettuata e conclusa. Infine un’altra limitazione è associata alla notarizzazione di dati sensibili e non eliminabili. La blockchain, per sua costituzione, non garantisce il diritto all’oblio dei dati che vengono salvati al suo interno. Per questo motivo LabTrace associa ai dati un CID e il salva poi su IPFS.
Conclusioni
Oltre alla ricerca medica e farmaceutica, LabTrace sta entrando nel mondo accademico con un’iniziativa denominata Academic Notebook. Si tratta di un taccuino open source basato su blockchain per l’università, rivolto sia al personale che agli studenti. Lo scopo è l’archiviazione verificabile delle ricerche svolte negli atenei, così come anche appunti, dati e codice, rendendoli aperti e disponibili a professori e supervisori. L’iniziativa vuole migliorare strumenti di ricerca come Overleaf e GitHub, semplificando la documentazione e mantenendo standard di verifica rigorosi.
Fonti ed approfondimenti:
- LabTrace
- Memori – LabTrace Case study
- Algorand – Algorand can protect the integrity of medical research data.
- Algorand Foundation – How LabTrace verifies and authenticates important medical data using Algorand in a world where AI forgery is rife
- PR NEWswire – LabTrace Completes the First Study Using its Blockchain-Based Data Authentication System, Designed to Ensure Data Integrity in Clinical Trials
- Il BO live, Universita di Padova – Frodi scientifiche: il lato oscuro della scienza
- Salute Internazionale – La frode scientifica: il lato oscuro della ricerca
- Algorand – Credits immagine di copertina
