プリンキピア

第1章標本抽出とデータ

1.4 Experimental Design and Ethics1.4　実験計画と倫理

Does aspirin reduce the risk of heart attacks? Is one brand of fertilizer more effective at growing roses than another? Is fatigue as dangerous to a driver as the influence of alcohol? Questions like these are answered using randomized experiments. In this module, you will learn important aspects of experimental design. Proper study design ensures the production of reliable, accurate data.
英語のヒント
アスピリンは心臓発作のリスクを減らすか。ある銘柄の肥料は、別の銘柄よりバラを育てるのに効果的か。疲労は運転者にとってアルコールの影響と同じくらい危険か。こうした問いには、無作為化実験によって答えを得る。この節では、実験計画の重要な側面を学ぶ。適切な研究計画は、信頼できる正確なデータを得ることを保証する。
The purpose of an experiment is to investigate the relationship between two variables. When one variable causes change in another, we call the first variable the explanatory variable. The affected variable is called the response variable. In a randomized experiment, the researcher manipulates values of the explanatory variable and measures the resulting changes in the response variable. The different values of the explanatory variable are called treatments. An experimental unit is a single object or individual to be measured.
英語のヒント
実験の目的は、2つの変数の関係を調べることである。ある変数が別の変数を変化させるとき、前者を説明変数という。影響を受ける変数は応答変数という。無作為化実験では、研究者が説明変数の値を操作し、それによって生じる応答変数の変化を測定する。説明変数に設定する異なる値を処理という。実験単位とは、測定の対象となる1つの物や1人の個体である。
You want to investigate the effectiveness of vitamin E in preventing disease. You recruit a group of subjects and ask them if they regularly take vitamin E. You notice that the subjects who take vitamin E exhibit better health on average than those who do not. Does this prove that vitamin E is effective in disease prevention? It does not. There are many differences between the two groups compared in addition to vitamin E consumption. People who take vitamin E regularly often take other steps to improve their health: exercise, diet, other vitamin supplements, choosing not to smoke. Any one of these factors could be influencing health. As described, this study does not prove that vitamin E is the key to disease prevention.
英語のヒント
ビタミンEに病気を予防する効果があるか調べたいとする。被験者を募り、日常的にビタミンEを摂取しているか尋ねる。摂取する被験者は、摂取しない被験者より平均的に健康状態がよいと分かった。これでビタミンEが病気の予防に有効だと証明できるだろうか。できない。比較する2群には、ビタミンEの摂取以外にも多くの違いがある。日常的にビタミンEを摂取する人は、運動、食事、ほかのビタミンのサプリメント、喫煙しないという選択など、健康を改善するためのほかの対策も取っていることが多い。これらのどの要因も健康に影響している可能性がある。ここで述べた研究では、ビタミンEが病気の予防の決め手だとは証明できない。
Additional variables that can cloud a study are called lurking variables. In order to prove that the explanatory variable is causing a change in the response variable, it is necessary to isolate the explanatory variable. The researcher must design her experiment in such a way that there is only one difference between groups being compared: the planned treatments. This is accomplished by the random assignment of experimental units to treatment groups. When subjects are assigned treatments randomly, all of the potential lurking variables are spread equally among the groups. At this point, the only difference between groups is the one imposed by the researcher. Different outcomes measured in the response variable, therefore, must be a direct result of the different treatments. In this way, an experiment can prove a cause-and-effect connection between the explanatory and response variables.
英語のヒント
研究の結果を曇らせる可能性がある、ほかの変数を潜在変数という。説明変数が応答変数に変化を起こしていると証明するには、説明変数の影響を切り離す必要がある。研究者は、比較する群の違いが計画した処理だけになるように実験を設計しなければならない。これは、実験単位を各処理群に無作為に割り当てることで達成できる。処理を被験者に無作為に割り当てると、潜在変数となりうるものがすべて各群に均等に分散する。この時点で群間にある唯一の違いは、研究者が与えたものである。したがって、測定された応答変数の結果の違いは、異なる処理が直接もたらしたものとなる。このようにして、実験は説明変数と応答変数の因果関係を証明できる。
The power of suggestion can have an important influence on the outcome of an experiment. Studies have shown that the expectation of the study participant can be as important as the actual medication. In one study of performance-enhancing drugs, researchers noted:
英語のヒント
暗示の力は、実験の結果に大きな影響を及ぼすことがある。研究参加者の期待は、実際の薬と同じくらい重要になりうると研究で示されている。運動能力を高める薬の研究で、研究者は次のように述べた。
Results showed that believing one had taken the substance resulted in [performance] times almost as fast as those associated with consuming the drug itself. In contrast, taking the drug without knowledge yielded no significant performance increment. McClung, M. Collins, D. “Because I know it will!”: placebo effects of an ergogenic aid on athletic performance. Journal of Sport & Exercise Psychology. 2007 Jun. 29(3):382-94. Web. April 30, 2013.
英語のヒント
結果は、その物質を摂取したと信じることによって、実際に薬を摂取した場合とほぼ同じ速さの［競技］タイムが得られることを示した。対照的に、本人に知らせずに薬を摂取させても、競技成績の有意な向上はなかった。McClung, M.、Collins, D.「効くと分かっているから！：運動能力を高める補助物のプラセボ効果」、Journal of Sport & Exercise Psychology、2007年6月、29(3)：382–94。ウェブ、2013年4月30日。
When participation in a study prompts a physical response from a participant, it is difficult to isolate the effects of the explanatory variable. To counter the power of suggestion, researchers set aside one treatment group as a control group. This group is given a placebo treatment–an active treatment that cannot directly influence the response variable. The control group helps researchers balance the effects of being in an experiment with the effects of the active treatments. Of course, if you are participating in a study and you know that you are receiving a pill which contains no actual medication, then the power of suggestion is no longer a factor. Blinding or masking in a randomized experiment preserves the power of suggestion. When a person involved in a research study is blinded, they do not know who is receiving the active treatment(s) and who is receiving the placebo treatment. A double-blind experiment is one in which both the subjects and the researchers involved with the subjects are blinded.
英語のヒント
研究への参加そのものが参加者の身体的反応を引き起こすと、説明変数の効果を切り分けるのは難しい。暗示の力に対処するため、研究者は処理群の1つを対照群にする。この群には、応答変数に直接は影響しない処理であるプラセボ処理を施す。対照群によって、実験に参加していることの効果と、有効な処理の効果を釣り合わせられる。もちろん、研究に参加していて、自分の飲む錠剤には実際の薬が入っていないと知っていれば、暗示の力はもはや要因にならない。無作為化実験の盲検化、別名マスキングは、暗示の力を保つ。盲検化された研究関係者には、誰が有効な処理を受け、誰がプラセボ処理を受けているか分からない。二重盲検実験とは、被験者と、被験者に関わる研究者の双方を盲検化した実験である。
Example 1.19例題 1.19
Researchers want to investigate whether taking aspirin regularly reduces the risk of heart attack. Four hundred people between the ages of 50 and 84 are recruited as participants. The people are divided randomly into two groups: one group will take aspirin, and the other group will take a placebo. Each person takes one pill each day for three years, but they don't know whether they are taking aspirin or the placebo. At the end of the study, researchers count the number of people in each group who have had heart attacks.
研究者は、日常的なアスピリンの服用が心臓発作のリスクを減らすかを調べたい。50～84歳の400人を参加者として募る。参加者を無作為に2群に分け、一方はアスピリン、もう一方はプラセボを服用する。各人は3年間、毎日1錠を飲むが、自分がアスピリンとプラセボのどちらを服用しているかは知らない。研究の最後に、各群で心臓発作を起こした人数を数える。
Identify the following values for this study: population, sample, experimental units, explanatory variable, response variable, treatments.
この研究の母集団、標本、実験単位、説明変数、応答変数、処理をそれぞれ示せ。
Solution解き方
The population is people aged 50 to 84.
The sample is the 400 people who participated.
The experimental units are the individual people in the study.
The explanatory variable is oral medication.
The treatments are aspirin and a placebo.
The response variable is whether a subject had a heart attack.
英語のヒント
母集団は50～84歳の人々、標本は参加した400人である。実験単位は研究対象となる個々の人である。説明変数は服用する薬であり、処理はアスピリンとプラセボである。応答変数は、被験者が心臓発作を起こしたかどうかである。
Example 1.20例題 1.20
The Smell & Taste Treatment and Research Foundation conducted a study to investigate whether smell can affect learning. Subjects completed mazes multiple times while wearing masks. They completed the pencil and paper mazes three times wearing floral-scented masks, and three times with unscented masks. Participants were assigned at random to wear the floral mask during the first three trials or during the last three trials. For each trial, researchers recorded the time it took to complete the maze and the subject’s impression of the mask’s scent: positive, negative, or neutral.
英語のヒント
嗅覚・味覚治療研究財団は、においが学習に影響するかを調べる研究を行った。被験者はマスクを着け、何度も迷路を解いた。紙と鉛筆を使う迷路を、花の香りのマスクで3回、無臭のマスクで3回解いた。参加者には、最初の3回か最後の3回のどちらで花の香りのマスクを着けるかを無作為に割り当てた。研究者は試行ごとに、迷路を解き終えるまでの時間と、マスクの香りについての被験者の印象（好ましい、好ましくない、どちらでもない）を記録した。
  1. Describe the explanatory and response variables in this study.
    この研究の説明変数と応答変数を述べよ。
  2. What are the treatments?
    処理は何か。
  3. Identify any lurking variables that could interfere with this study.
    この研究を妨げうる潜在変数を挙げよ。
  4. Is it possible to use blinding in this study?
    この研究で盲検化は可能か。
Solution解き方
  1. The explanatory variable is scent, and the response variable is the time it takes to complete the maze.
    説明変数は香り、応答変数は迷路を解き終えるまでの時間である。
  2. There are two treatments: a floral-scented mask and an unscented mask.
    処理は2つあり、花の香りのマスクと無臭のマスクである。
  3. All subjects experienced both treatments. The order of treatments was randomly assigned so there were no differences between the treatment groups. Random assignment eliminates the problem of lurking variables.
    被験者は全員、両方の処理を受けた。処理の順序は無作為に割り当てられたため、処理群の間に違いはない。無作為割付は、潜在変数の問題を取り除く。
  4. Subjects will clearly know whether they can smell flowers or not, so subjects cannot be blinded in this study. Researchers timing the mazes can be blinded, though. The researcher who is observing a subject will not know which mask is being worn.
    被験者には、花の香りがするかどうかが明らかなので、この研究で被験者を盲検化することはできない。しかし、迷路を解く時間を測る研究者は盲検化できる。被験者を観察する研究者には、どちらのマスクを着けているかを知らせない。
Example 1.21例題 1.21
A researcher wants to study the effects of birth order on personality. Explain why this study could not be conducted as a randomized experiment. What is the main problem in a study that cannot be designed as a randomized experiment?
ある研究者は、出生順が性格に及ぼす影響を調べたい。なぜこの研究を無作為化実験として実施できないか説明せよ。無作為化実験として計画できない研究には、どのような主な問題があるか。
Solution解き方
The explanatory variable is birth order. You cannot randomly assign a person’s birth order. Random assignment eliminates the impact of lurking variables. When you cannot assign subjects to treatment groups at random, there will be differences between the groups other than the explanatory variable.
説明変数は出生順である。人の出生順を無作為に割り当てることはできない。無作為割付は、潜在変数の影響を取り除く。被験者を処理群に無作為に割り当てられない場合、群間には説明変数以外の違いも生じる。