Факторная схема при проверке гипотез с одним отношением

 

Рассмотрим теперь, как нужно проводить факторный эксперимент для проверки гипотез с одним отношением. Именно о таких экспериментальных гипотезах мы обстоятельно говорили в предыдущих главах. Речь идет о проверке отношении между одной независимой и зависимой переменными, скажем, между состоянием свода (рассечен или лет) и сохранностью способности к узнаванию.

 

Устранение сопутствующего смешения базисных переменных

 

Итак, Гаффану удалось показать, что при рассечении свода нарушается память, а не восприятие, причем именно способность к узнаванию. В каждой из двух своих гипотез он связывал воздействие независимой переменной с изменением определенной базисной переменной, т. е. с нарушением памяти и узнавания. Для проверки этих гипотез ему нужно было устранить смешение базисных переменных с другими. Вы уже знаете (по главе 5), что смешение со второй переменной можно исключить с помощью введения контрольного условия, сравнивая его действие с действием активного условия основной переменной. Однако такой прием непригоден, если в эксперименте нужно определить не просто качкое-то влияние независимой переменной на поведение, но именно влияние на базисную переменную.

 

Контроль естественного смешения. Чтобы проверить, нарушается ли у животных память, Гаффан должен был давать после пробы-образца достаточно большую отсрочку (130 с). Но если использовать только такую отсрочку, трудно решить, чем именно объясняются различия в результатах групп с рассеченным и с интактным сводом: нарушениями памяти или восприятия? Исследователя интересует одна базисная переменная — память, но ей неизбежно сопутствует вторая базисная переменная — восприятие. С какой из них можно связывать изменение в состоянии свода? Давайте построим диаграмму для случая с использованием только длинной отсрочки и покажем на ней возможные результаты рассечения свода.

 

Интервал отсрочки	Состояние свода
рассеченный	интактный
Длинный	память (требуется)	может быть нарушена	воздействия нет
восприятие (требуется)	может быть нарушено	воздействия нет

 

Мы видим, что при использовании длинной отсрочки различие между группами с рассеченным и с интактным сводом можно приписать изменениям любой потенциальной базисной переменной, поскольку и та и другая необходимы для выполнения задачи. И если связывать это различие с памятью, то нужно как-то отделить ее от восприятия, т. е. устранить смешение с побочной базисной переменной,

 

В главе 5 мы показали, как устранить смешение между состоянием свода и состоянием окружающей его области: нужно ввести контрольное условие ‑ повредить у животных эту область, не рассекая свод. Однако смешение, с которым мы встретились сейчас, никакими контрольными условиями для группы с интактным сводом устранить нельзя. Понадобилось бы обеспечить для этой группы ту же самую вероятность нарушения восприятия, что и для группы с рассеченным сводом. А это невозможно сделать, ведь вероятность такого нарушения при рассечении свода нам неизвестна. В данном случае требуется другой прием: нужно подобрать такой интервал отсрочки, при котором полученное различие нельзя будет приписать нарушению памяти. Отсрочка между пробой-образцом и пробой-выбором должна быть короткой. В этом случае для правильного выполнения задачи не нужно запоминать предъявленный предмет надолго, и возможные результаты рассечения свода будут следующими.

 

Интервал отсрочки	Состояние свода
рассеченный	интактный
Короткий	память(не требуется)	не может быть нарушена	воздействия нет
восприятие (требуется)	может быть нарушено	воздействия нет

Теперь различие между группами можно объяснить только нарушением восприятия. Смешение устранено. Однако при короткой отсрочке мы можем исследовать связь состояния свода только с восприятием, а ведь у нашего эксперимента цель другая.

 

Для того чтобы изучать нарушения памяти при рассечении свода, нужно использовать интервал отсрочки в качестве второй независимой переменной (помимо состояния свода). Давайте рассмотрим приведенные диаграммы как две составные части факторного эксперимента. Вернувшись к рис. 8.1, мы увидим, что рассечение свода не приводит к нарушению восприятия: обе группы одинаково успешно решают задачи с отсрочкой в 10 с. А факт расходящегося взаимодействия между состоянием свода и интервалом отсрочки свидетельствует о том, что в результате рассечения свода пострадала память. Смешение памяти с восприятием — пример естественного сопутствующего смешения, описанного в главе 5. Чтобы запомнить, нужно сначала воспринять, — таков «естественный порядок вещей», как в жизни вообще, так и в эксперименте. Мы взяли в споем примере только два интервала отсрочки ради простоты изложения. Более информативными, как мы показали в главе 7, всегда являются многоуровневые независимые переменные.

 

Контроль искусственного смешения. Но какой же именно вид памяти оказался нарушен? В реальности (которая, собственно, и дала начало исследованию) — это неспособность людей с дефектами в области гиппокампа опознавать недавно увиденные предметы. Обнаружить такое нарушение у человека очень просто. Достаточно показать ему несколько небольших предметов, вроде тех, что предъявлял в своем эксперименте Гаффан, и чуть позже спросить, узнает ли он эти предметы среди других, ранее не показанных? Мы уже видели, как организовал задачу на узнавание Стернберг (1969), работая с людьми: если тестовый стимул входил в предъявленный ранее набор, испытуемые нажимали одну кнопку, если нет — другую.

 

Но мы не можем поговорить с обезьяной (а ведь когда-то, наверное, могли). Чтобы исследовать способность обезьяны к опознанию предметов, Гаффан сопровождал их предъявление пищевым подкреплением — сладкой кукурузой. Но тогда различие в результатах решения задач на узнавание между группами с рассеченным и с интактным сводом допускает двоякую интерпретацию: его можно связывать либо со способностью узнавать ранее предъявленные предметы, либо запоминать их по ассоциации с подкреплением. Вспомните, ведь при проверке все «неподкрепленные» предметы были новыми, т. е. ранее не предъявлялись. Поэтому вполне возможно, что у животных с рассеченным сводом нарушена сама способность к образованию ассоциаций. Давайте посмотрим по диаграмме, о каких нарушениях могут свидетельствовать результаты решения задач на узнавание.

 

Предварительное предъявление неподкрепленных предметов	Состояние свода
рассеченный	интактный
Нет	узнавание (требуется)	может быть нарушено	воздействия нет
образование ассоциаций (требуется)	может быть нарушено	воздействия нет

 

В этом эксперименте использовалась та же стратегия устранения смешения, что и в приведенном ранее эксперименте по разделению памяти и восприятия.

 

Мы уже видели, как исследуется способность к образованию ассоциаций — и у людей, и у танцующих мышей. В опытах Калфи и Андерсон (1971) испытуемые связывали числа с триграммами. У испытуемых Йеркса и Додсона (1908) вырабатывали связь внешнего вида туннеля с электроударом. Гаффан (1974) подобрал такую задачу на ассоциацию, для успешного выполнения которой не обязательно отличать ранее предъявленные предметы от новых, т. е. Опознавать их. Животному предъявлялись все предметы, но одни — с подкреплением, а другие — нет. Теперь возможные результаты рассечения свода, судя по результатам выполнения ассоциативных задач, можно представить так.

 

Предварительное предъявление неподкрепленных предметов	Состояние свода
рассеченный	интактный
Есть	узнавание (требуется)	не может быть нарушено	воздействия нет
образование ассоциаций (требуется)	может быть нарушено	воздействия нет

 

Давая только эти задачи, можно проверить, нарушается ли при рассечении свода образование ассоциаций, - но не больше. А ведь изучаемой базисной переменной было узнавание. Однако в эксперименте использовались оба типа задач — и на узнавание, и на ассоциацию, т. е. вводилась вторая независимая переменная — предварительное предъявление неподкрепленных предметов: его наличие или отсутствие. На рис. 8.2 вы видели, что когда требовалось просто установить ассоциацию, результаты обеих групп были почти одинаковы, но когда нужно было определить, предъявлялся ли предмет ранее, т. е. опознать его, группа с рассеченным сводом потерпела крупную неудачу. Расходящееся взаимодействие между переменными состояния свода и предварительного предъявления свидетельствует о том, что базисной переменной, принимающей разные значения у каждой из групп животных, было именно узнавание, а не образование ассоциаций.

 

Так же, как и в случае разделения памяти и восприятия здесь нельзя было ввести контрольное условие, т. е. обеспечить одинаковую вероятность нарушения образования ассоциаций у групп с интактным и с рассеченным сводом. Был необходим факторный эксперимент с привлечением второй независимой переменной — предварительным предъявлением негативных (неподкрепленных) предметов. Иначе говоря, нужно было ввести контрольную переменную. Смешение между узнаванием и образованием ассоциаций порождалось самой экспериментальной процедурой. Чтобы иметь возможность проверить способности обезьян к узнаванию, нужно было создать у них ассоциацию между определенными предметами и сладкой кукурузой. В реальности и люди и животные могут опознавать предметы без всякой связи с подкреплением. Следовательно, в данном случае смешение было искусственным, вызванным требованиями эксперимента. А смешение памяти с восприятием было естественным: ничто нельзя запомнить, не восприняв. Но в обоих случаях стратегия контроля за смешением переменных — одна и та же.

 

При организации условия, необходимого для проверки предполагаемой базисной переменной, последняя сопровождалась другой, сопутствующей базисной переменной. Тогда вводилось новое условие, при котором разные уровни первичной независимой переменной действовали только на сопутствующую базисную переменную, приводя к различным результатам. Использование и того и другого условия давало вторую, контрольную независимую переменную — с двумя уровнями: более и менее активным.

 

Эксперимент с целью контроля смешения базисных переменных

Контрольная независимая переменная	Первичная независимая переменная
активный уровень	пассивный уровень
Более активный уровень
Предполагаемая базисная переменная	действие возможно	воздействия нет
Сопутствующая базисная переменная	действие возможно	воздействия нет
Менее активный уровень
Предполагаемая базисная переменная	действие невозможно	воздействия нет
Сопутствующая базисная переменная	действие возможно	воздействия нет

При «более активном» уровне контрольной переменной активный уровень первичной независимой переменной (рассечение свода) может оказывать действие либо на предполагаемую базисную переменную (намять, узнавание), либо на сопровождающую (восприятие, образование ассоциаций). При «менее активном» уровне контрольной переменной воздействие активного уровня первичной независимой переменной не затрагивает предполагаемую базисную переменную. Расходящееся взаимодействие между первичной и контрольной независимыми переменными позволяет проверить гипотезу об изменении изучаемого базисного процесса.

Контроль сопутствующего смешения повышает внутреннюю валидность эксперимента. В чистом эксперименте (как варианте идеального) можно было бы исследовать память отдельно от восприятия и проверять способность обезьян к узнаванию предметов, не прибегая к ассоциированию со сладкой кукурузой. Факторный эксперимент с привлечением второй, контрольной независимой переменной позволяет проверять гипотезы, близкие к тем, что могли бы проверяться в идеальном эксперименте.

Контроль обобщения экспериментальных результатов

Вспомним теперь еще одно исследование, описанное в главе 5 — эксперимент Роя Вайза и Вивиен Досан (1974) по изучению влияния диазепама на пищевое поведение. Гипотеза заключалась в том, что данное лекарство оказывает непосредственное действие на процесс питания — оно делает животных голодными. При проведении опытов ради удобства каждое животное помещали на 15 минут в специальную клетку, определяя затем количество съеденной там пищи. Эта особенность методики привнесла трудности в проверку исходной гипотезы. Ведь объяснить, почему в специальной клетке крыса с инъекцией диазепама съедает больше, чем крыса с контрольной инъекцией, можно и по-другому. Альтернативной является гипотеза о снятии тревожности.

Новая ситуация вызывает у крысы состояние тревожности и тем самым — подавляет аппетит. А диазепам — известный транквилизатор — снимает это состояние, и крыса нормально ест. Ясно, что для проверки исходной гипотезы необходим специальный контроль.

Эксперимент проводился на 15 крысах, применялась кросс-индивидуальная схема позиционного уравнивания. Инъекции производились за 15 минут до опыта. «Перед опытом в специальную или домашнюю клетку помещалось 20 (±5) граммов пищи (точный вес был известен), а после опыта взвешивалась несъеденная пища и оставшиеся крошки» (Вайз и Досан, 1974, с. 931 — 932). На рис. 8.4 сравнивается количество съеденной пищи при инъекциях диазепама и плацебо. Легко убедиться, что при инъекции диазепама крысы съедали гораздо больше. При тех и других инъекциях в домашней клетке пищи съедалось несколько больше, чем в специальной. Взаимодействие было почти нулевым.

 

Таким образом, разница в количестве съеденной пищи при инъекции диазепама и без него оказалась весьма значительной как в специальной, так и в домашней клетках (в последней — чуть больше). Следовательно, действие диазепама было непосредственным, независимым от снятия тревожности. Это не значит, что связь уменьшения тревожности с повышением аппетита полностью отрицается. Однако если основной результат действий окружающей обстановки (специальная или домашняя клетка) составил лишь 0,7 (грамма), то основной результат действия диазепама был равен 3,5 (грамма).

 

Мы рассказали лишь об одном из многих экспериментов, вошедших в обширное исследование Вайза и Досан (1974). Проверка гипотезы о непосредственном специфическом действии диазепама на пищевое поведение была общей задачей этого исследования. А в данном, только что описанном эксперименте проверялась альтернативная гипотеза: результат воздействия является не простым, а комбинированным, связанным с двумя переменными — самим введением диазепама и обстановкой, вызывающей тревожность. Но чтобы разделить эти две гипотезы, не обязательно ставить факторный эксперимент. Для проверки гипотезы о снятии тревожности достаточно провести все опыты только в домашних клетках. Мы можем убедиться в этом по следующим диаграммам. Рассмотрим, во-первых, опыты в специальных клетках.

 

Обстановка, вызывающая беспокойство	Введение диазепама
есть	нет
	активный	пассивный
Есть (специальная клетка)	активный	активный

Понятно, что инъекция диазепама — это «активный» уровень соответствующей переменной. Поскольку в специальной клетке у животного возникает состояние тревожности, данный уровень переменной окружающей обстановки тоже будет «активным» (как при введении диазепама, так и без него). Если при введении диазепама пищи будет съедено больше, то это можно объяснить как действием его самого, так и совместным влиянием двух названных переменных. Без диазепама тревожность, возникающая у крысы в специальной клетке, может мешать ей принимать пищу. При инъекции диазепама тревожность снималась бы, и крыса ела бы спокойно. Возможность подобного комбинированного воздействия можно устранить, если проводить опыты в домашних клетках.

Обстановка, вызывающая беспокойство	Введение диазепама
есть	нет
	активный	пассивный
Нет (домашняя клетка)	пассивный	пассивный

В этом случае активные уровни двух переменных сочетаться не будут. Поэтому любое различие в количестве съеденной пищи между инъекциями диазепама и плацебо следует интерпретировать как результат непосредственного действия диазепама.

Зачем же понадобилось проводить опыты в специальных клетках, если для разделения гипотез необходимости в этом не было? Ради чего тогда ставился факторный эксперимент? Ответ такой: если в эксперименте задействовали только один уровень дополнительной переменной, то предлагаемые выводы всегда могут вызвать критику. Безоговорочно обобщать результаты, подтверждающие экспериментальную гипотезу, довольно опасно. Скорее нужно предположить, что эти результаты связаны с конкретным сочетанием переменных, и поэтому обобщать их не следует. Гипотеза о снятии тревожности — это и есть сомнение в том, что диазепам непосредственно вызывает голод, и его действие можно рассматривать независимо от таких дополнительных условий, как окружающая обстановка. Напротив, гипотеза о непосредственном воздействии диазепама универсальна, приложима к любым обстоятельствам. И когда эксперименты проводятся на нескольких уровнях дополнительной переменной, можно не сомневаться: полученные результаты просты и не зависят от сочетаний с этими уровнями, и их можно обобщать.

 

Теперь мы можем ответить на вопрос, заданный в главе 5, по поводу эксперимента по трудовой этике, когда испытуемые предпочитали получать награду не просто так, а нажимая на рычаг. Зачем же, привлекались девочки-индианки? Бот и ответ: если бы эксперимент проводился только на белых детях, то можно было бы предположить, что нажимать на рычаг предпочитают именно они, т. е. приписать полученный результат сочетанию с дополнительной переменной. Экспериментаторы сделали даже более конкретное предположение: факт предпочтения, обнаруженный в предыдущем исследовании одного из них (Сингх, 1970), может объясняться тем, что белые дети воспитаны в духе протестантской морали — «чтобы получить награду, надо работать» (Сингх и Кэри, 1977, с. 77). Влияние столь специфичного фактора следовало устранить, и для этого Сннгх и Кэрн провели эксперимент, привлекая не только белых девочек, но и девочек-индианок, а также мальчиков-индейцев и белых мальчиков. Вторую переменную в этом эксперименте можно назвать культурным фоном. И поскольку полученные результаты оказались независящими от культурного фона, можно было с большей уверенностью обобщить исходную гипотезу о том, что люди предпочитают активно действовать, а не сидеть сложа руки. И надо сказать, не только люди. Подобные результаты были получены в опытах с голубями и крысами (Пенсен, 1963; Нейрингер, 1969; Кардер и Берковиц, 1970; Сингх, 1970). Правда, если уж быть совершенно точным, надо признать, что исключение составляют кошки. «Вот она, кошачья лень, — так описывают свои результаты Кеннет Коффер и Грант Коулсон (1971), — кошки предпочитают есть легкодоступную пишу, а не ту, которую нужно специально добывать». Шесть подопытных котов (Зеро, Пи-Уи, Галем, Немо, Иван и Зелма) в ситуации выбора сначала съедали свободно лежащую приманку (специальные говяжьи консервы «Кот в сапогах») и только после этого нажимали на рычаг, чтобы получить точно такую же. Это не первое свидетельство того, что у кошек есть свои причуды (а может быть именно они и ведут себя по-настоящему рационально).

 

Использование разных уровней второй переменной, включая индивидуальные различия, служит не для устранения смешения, а для обоснованного обобщения результатов. Оно приближает нас к эксперименту полного соответствия, т. е. «такому безупречному эксперименту, где мы могли бы проверить свою гипотезу на всех уровнях дополнительных переменных и на всех испытуемых, к которым применяются полученные результаты. Следовательно, привлечение второй переменной повышает внешнюю валидность эксперимента.

 

В главе 5 мы обсуждали связь обобщения результатов с внутренней валидностью. Чтобы обобщать полученное отношение между независимой и зависимой переменными, мы должны быть уверены, что наша независимая переменная является чистой, свободной от побочных «примесей». Только тогда можно исследовать результаты действия независимой переменной в любых, отличных друг от друга ситуациях. Однако теперь мы убеждаемся, что для надежного обобщения результатов этого недостаточно. Если отношение между независимой и зависимой переменными обнаружено нами при вполне определенных уровнях дополнительной переменной, мы должны учитывать, что действие независимой переменной может оказаться непрямым, а его результат — не простым, а комплексным, комбинированным. Распространение этого результата на все остальные уровни дополнительной переменной связано, таким, образом, с вопросами внешней валидности эксперимента. В сжатой форме все это можно выразить так: для надежного обобщения нужно выделить простые результаты действия изолированных переменных.

 

Схемы позиционного уравнивания

 

Читая экспериментальные работы, вы обнаружите, что схемы позиционного уравнивания часто рассматриваются как факторные, т. е. включающие вторую независимую переменную, даже если в самой гипотезе фигурирует только одна. Например, в каждой паре экспериментов Кеннеди и Ландесмана (1963) было обнаружено определенное отношение между высотой рабочей поверхности и количеством обработанных деталей. Каждая такая высота с одинаковой частотой предъявлялась всем испытуемым в каждой из шести последовательных проб. Средние оценки вычислялись по каждой пробе. Тем самым местоположение пробы в последовательности их предъявления автоматически оказывалось второй независимой переменной. Таким образом, мы можем выделить основные результаты действия как высоты рабочей поверхности, так и местоположения каждой пробы. Можно измерить и взаимодействие между этими двумя независимыми переменными. Иногда взаимодействие оказывается настолько большим, что требуется специальное объяснение. Но так пли иначе, переменная местоположения проб — это автоматически возникающая особенность применения схем позиционного уравнивания (отличных от реверсивного позиционного уравнивания в многоуровневых экспериментах). Поэтому такие схемы всегда следует анализировать как факторные.