[기초통계학] 실험연구와 경험적연구(자연실험)

실험 연구

• 실험연구란 변인들의 관계를 발견하기 위해 상황을 통제하여 독립변수를 인의적으로 control하여 그것이 종속변수에 어떤 영향을 미치는지를 측정 및 분석하는 연구이다
• 많은 경우 연구자는 특정 처리(예컨대, 대학 교육, 백신 투여 등)의 효과를 처리집단과 통제집단간 반응(예컨대, 소득, 소아마비 발병률 등)을 비교함 으로써 파악하고자 한다.
• 여기서 처리를 가한 집단을 처리집단(treatment group), 처리를 가하지 않은 집단을 통제집단(control group)이라고 부른다.

 

실험 연구의 특징

1. 독립 변수 중 몇개를 실험자가 control한다
2. 무작위 배정 (randomized control)
   • 처리집단(treatment)과 통제집단(control)으로 구분.
   • 확률에 의존한 무작위 배정.(예컨대, 동전 던지기에 의한 배정)
3. 이중 눈가림(double blindness)
   • 피험자가 본인이 처리를 받았는지 안 받았는지 모르게 조치하여 피험자의 심리 적 효과 내지 위약효과(placebo effect)를 통제.
   • 실험자가 피험자의 소속집단을 모르게 조치하여 실험자가 피험자의 반응을 해석 할 때 자의성이 개입되지 않도록 함.

즉 이상적인 실험은 "무작위로 통제된 이중 눈가림 실험"이다

 

실험 연구의 예시 - 소아마비 재단 실험

소아마비 백신의 효과 측정을 위해 처음에는 아래와 같이 실험을 구성하였다. 하지만 아래 실험에는 문제가 있었다.

첫째, 집안 형편이 좋은 아이들이 동의를 많이 받아왔다. 부모가 합격수준이 높고 경제적 여건도 좋은 경우 동의를 하였다. 따라서 위 실험에서 처리집단의 평균적인 가정환경이 더 좋아지게 되었다. 

둘째, 소아마비 백신은 역설적이게도 환경이 좋으면 저항력이 생성이 안되기 때문에 가정환경이 좋을 수록 저항력이 약하다. 즉 좋지 않은 환경에서 자랐으면 오히려 내성이 커서 소아마비 잘 안 걸린다

따라서 이런 노이즈가 있기 때문에 무작위 추출을 하여야 한다..

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따러서 아래와 같이 다시 실험설계를 진행하였다.

아래 실험설계의 경우 노이즈 통제를 잘하였는데

1. 부모가 동의한 아이들 중에서 처리집단과 통제집단에 무작위로 배정.

2. 학년 구분 제거하고 식염수가 든 가짜약 이용하여 이중 눈가림 실험 진행

통제를 하지 못한 경우와 제대로 통제를 한 경우 발병률 집계가 굉장히 크게 달라지게 된다 

통제를 한 경우 통제집단의 발병률이 더 높아졌다.

 

경험적 연구(관찰 연구)

• 경험적 연구는 통제된 실험과 달리 관측자료에 의존한다.
• 연구자는 개체의 행동이 가져오는 결과를 지켜볼 뿐이다

 

경험적 연구의 특징

• 있는 그대로의 현상을 관찰할 뿐 독립변수를 조작할 수 없다
• 무작위 배정과 이중 눈가림을 사용할 수 없다
• 관련성을 알 수 있을 뿐 인과관계를 알 수 없다. 즉 관찰 결과는 상관관계로 설명하여야 한다

 

혼동 요인(Confounding Factor)

• 통제되지 않은 제 3의 요인이 처리 여부와 관련이 있으면서 동시에 처리집단과 통제집단의 반응에 차별적인 영향을 주는 경우, 이러한 제 3의 요인을 혼동요인이라 한다.

 

EX1) : 태아 때 초음파에 노출되면 출생 시 저체중이 초래되는가?

• 보통 태아에 문제가 있다고 느낄 때 초음파 검사를 한다.
• 즉 인과관계가 아닌 역인과관계.(reverse causality)가 있는 것이다

 

EX2) : 처방을 잘 따르는 순응자가 비순응자보다 사망률이 낮은데, 이를 근거로 처방이 효과가 있다고 판단할 수 있는가? 

• 순응자와 비순응자는 건강에 대한 태도 및 사는 것에 대한 애착이 다르다.
• 즉, 건강에 더 관심이 있고 자신을 잘 보살피는 사람이 순응자가 되는 경우가 많다.

 

심슨의 역설

• 하위집단에서 관찰된 관계는 하위집단들이 결합되었을 때 그 관계가 바뀌어 나타날 수 있는데 이를 심슨의 역설이라고 부른다.
• 심슨의 역설은 혼동요인을 통제할 필요성을 보여준다.

CF) https://ysyblog.tistory.com/387

[기초통계학] Monty Hall 문제와 Simpson's Paradox(심슨의 역설)

 

혼동 요인의 통제

• 동질적인 하위집단을 따로따로 비교함으로써 혼동요인을 통제한다.

EX 1) : 흡연자와 비흡연자간 사망률 단순 비교의 문제점 : 흡연자 중에는 남성이 많은데 남성은 여성에 비해 심장질환에 걸릴 가능성이 더 높다.

-> 남성 흡연자와 남성 비흡연자 / 여성 흡연자와 여성 비흡연자를 각각 분리하여 비교한다

EX 2): 나이에 따라 흡연습관이 다를 뿐 아니라, 폐암 발병률도 다르다.

-> 나이든 남성 흡연자와 나이든 남성 비흡연자 / 나이든 여성 흡연자와 나이든 여성 비흡연자로 더욱 세분화하여 비교한다.