Естественный эксперимент — это исследование, в котором отдельные лица (или группы особей) подвергаются воздействию экспериментальных и контрольных условий, определяемых природой или другими факторами, неподконтрольными исследователям. Процесс управления рисками, возможно, напоминает случайное распределение . Таким образом, натурные эксперименты являются наблюдательными исследованиями и не контролируются в традиционном понимании рандомизированного эксперимента ( интервенционного исследования ). Естественные эксперименты наиболее полезны, когда имело место четко определенное воздействие, охватывающее четко определенную субпопуляцию (и отсутствие воздействия в аналогичной субпопуляции), так что изменения в результатах можно с большой долей вероятности отнести на счет воздействия. [1] [2] В этом смысле разница между естественным экспериментом и неэкспериментальным наблюдательным исследованием состоит в том, что первое включает сравнение условий, открывающих путь для причинного вывода , а второе — нет.
Естественные эксперименты используются в качестве планов исследований , когда контролируемое экспериментирование чрезвычайно сложно осуществить или неэтично, например, в некоторых областях исследований, которыми занимается эпидемиология (например, оценка воздействия на здоровье людей различной степени воздействия ионизирующей радиации у людей, живущих недалеко от Хиросимы во время атомный взрыв [3] ) и экономика (например, оценка экономической отдачи от количества обучения взрослых в США [4] ). [1] [2]
Одним из самых известных ранних естественных экспериментов была вспышка холеры на Брод-стрит в 1854 году в Лондоне , Англия. 31 августа 1854 года в Сохо произошла крупная вспышка холеры . За следующие три дня в районе Брод-стрит погибло 127 человек. К концу вспышки умерло 616 человек. Врач Джон Сноу определил источником вспышки ближайший общественный водяной насос, используя карту смертей и заболеваний, которая выявила группу случаев заболевания вокруг насоса.
В этом примере Сноу обнаружил сильную связь между использованием воды из насоса и смертностью и болезнями, вызванными холерой. Сноу обнаружил, что компания Southwark and Vauxhall Waterworks Company , которая поставляла воду в районы с высокой интенсивностью атак, получала воду из Темзы ниже по течению, откуда неочищенные сточные воды сбрасывались в реку. Напротив, в районах, которые снабжались водой компанией Lambeth Waterworks Company , которая получала воду выше по течению от точек сброса сточных вод, уровень заболеваемости был низким. Учитывая почти бессистемное развитие системы водоснабжения в Лондоне середины девятнадцатого века, Сноу рассматривал эти события как «эксперимент... величайшего масштаба». [5] Конечно, воздействие загрязненной воды не находилось под контролем ни одного ученого. Поэтому данное воздействие было признано естественным экспериментом. [6] [7] [8]
Целью исследования Angrist and Evans (1998) [9] было оценить влияние размера семьи на положение матери на рынке труда. По крайней мере, по двум причинам корреляция между размером семьи и различными результатами (например, заработками) не дает нам информации о том, как размер семьи причинно влияет на результаты на рынке труда. Во-первых, как на результаты рынка труда, так и на размер семьи могут влиять ненаблюдаемые «третьи» переменные (например, личные предпочтения). Во-вторых, результаты рынка труда сами по себе могут влиять на размер семьи (так называемая «обратная причинно-следственная связь»). Например, женщина может отложить рождение ребенка, если ей повышают зарплату на работе. Авторы заметили, что в семьях с двумя детьми, в которых есть два мальчика или две девочки, вероятность рождения третьего ребенка значительно выше, чем в семьях с двумя детьми, в которых есть один мальчик и одна девочка. Таким образом, пол первых двух детей представляет собой своего рода естественный эксперимент: как если бы экспериментатор случайным образом поручил одним семьям иметь двух детей, а другим — троих. Затем авторы смогли достоверно оценить причинное влияние рождения третьего ребенка на положение на рынке труда. Ангрист и Эванс обнаружили, что деторождение оказывает большее влияние на бедных и менее образованных женщин, чем на высокообразованных женщин, хотя влияние на заработок рождения третьего ребенка имеет тенденцию исчезать к 13-летию этого ребенка. Они также обнаружили, что рождение третьего ребенка мало повлияло на заработок мужей. [9]
В экономике игровые шоу представляют собой часто изучаемую форму естественного эксперимента. Хотя игровые шоу могут показаться искусственными контекстами, их можно считать естественными экспериментами, поскольку контекст возникает без вмешательства ученого. Игровые шоу использовались для изучения широкого спектра различных типов экономического поведения, таких как принятие решений в условиях риска [10] и кооперативное поведение. [11]
В Хелене, штат Монтана, в течение шестимесячного периода с июня 2002 года по декабрь 2002 года действовал запрет на курение во всех общественных местах, включая бары и рестораны. Хелена географически изолирована и обслуживается только одной больницей . Исследователи заметили, что частота сердечных приступов снизилась на 40%, пока действовал запрет на курение. Противники закона одержали верх и добились приостановки исполнения закона через шесть месяцев, после чего количество сердечных приступов снова возросло. [12] Это исследование было примером естественного эксперимента, называемого экспериментом по перекрестному рассмотрению случаев , когда воздействие на время прекращается, а затем возвращается. Исследование также отметило свои собственные недостатки, которые потенциально предполагают, что неспособность контролировать переменные в естественных экспериментах может помешать исследователям сделать однозначные выводы». [12]
В результате испытаний ядерного оружия в атмосферу было выброшено большое количество радиоактивных изотопов , некоторые из которых могли быть включены в биологические ткани. Выпуск прекратился после подписания в 1963 году Договора о частичном запрещении ядерных испытаний , который запрещал ядерные испытания в атмосфере. Это напоминало крупномасштабный эксперимент по погоне за импульсами , но не могло быть проведено как обычный эксперимент на людях из-за научной этики. Стало возможным несколько видов наблюдений (на людях, родившихся до 1963 г.), например определение скорости замены клеток в различных тканях человека.
Важный вопрос в экономических исследованиях заключается в том, что определяет доходы. Ангрист (1990) оценил влияние военной службы на пожизненный заработок. [13] Используя статистические методы, разработанные в области эконометрики , [14] Ангрист воспользовался приблизительным случайным распределением призывной лотереи времен войны во Вьетнаме и использовал его в качестве инструментальной переменной , связанной с правомочностью (или непригодностью) к военной службе. Поскольку многие факторы могут предсказать, будет ли кто-то служить в армии, лотерея призыва представляет собой естественный эксперимент, в ходе которого призванных в армию можно сравнить с теми, кто не призван в армию, поскольку эти две группы не должны существенно отличаться до военной службы. Ангрист обнаружил, что заработки ветеранов были в среднем примерно на 15 процентов меньше, чем заработки неветеранов.
С промышленной революцией девятнадцатого века многие виды моли, в том числе хорошо изученная перцовая моль , отреагировали на загрязнение атмосферы диоксидом серы и сажей вокруг городов промышленным меланизмом , резким увеличением частоты темных форм по сравнению с прежними. обильные бледные, крапчатые формы. В двадцатом веке, когда регулирование улучшилось, а уровень загрязнения снизился, создав условия для крупномасштабного природного эксперимента, тенденция к промышленному меланизму изменилась, и меланические формы быстро стали редкими. Этот эффект привел биологов-эволюционистов Л.М. Кука и Дж.Р.Г. Тернера к выводу, что « естественный отбор — единственное достоверное объяснение общего упадка». [15]