静进医生：统计学上的相关性不一定存在因果关系

文|静进医生

事实与谬误

这些年带过不少研究生，也参加过许多不同专业研究生的论文答辩。查阅科研论文，则是我保饭碗的必做工作之一。无论读哪种论文，主要直奔看结论，其次关注方法论，尤其是统计学。因为，科研结果的解释主要靠统计学数据，“证伪”只能拿统计数据来证明。许多科学证据是基于变量的相关性来解释的，因为它是被同时观察到的。然而，事实上，相关性并不一定意味着有因果关系。

人们的科学证明，主要是探索问题有无因果关系、治疗疗效有无统计学意义、病例对照比较结果有无统计学差异、康复训练有无效果等等、等等。尤其是追捧大数据的时代，人们更容易相信数据结果，似乎数据就是解释一切的关键所在。从浩如烟海的科研论文来看，毫无疑问，得出“阳性”结果的论文占有十之八九。隐约感到，通过数据解释生命科学问题，有时容易误读公众，甚至得出谬误结论。纵观现代医学发展史，这种错误不胜枚举。

因果分析是与确定因果关系有关的实验设计与统计学的核心。对任何A与B两件事情进行相关分析，大概有如下几个范式：

直接因果：A导致B

反向因果：B导致A

隐性因果：A和B都是由C引起的

双向因果：A导致B，B导致A

毫无关联：A和B没有联系，相关性纯属巧合

举个例子。我一天早晨回办公室，看到前前后后约有三、四个学生在大门口滑了一跤。为什么？你若拿它作科学问题去探索，不但有趣，也可能得出无数个因果相关结果。例如，滑跤与台阶表面光滑度相关、滑跤与台阶高度相关、与学生早晨没精打采相关、与雨后地湿相关、与鞋底材料相关、与赶着上课相关、与学生身高有关、与性别差异有关……你可以推导出无数个相关性可能。接着用测量学、统计学进行测试分析，可能得出很多高相关的结论。呵呵，于是有了“科学”结论，上述相关性均能得出“阳性”结果，好了，完成课题，撰写论文，发表论文。当然，这是一种戏虐比喻。我看到的事实是，这些学生都在低头看手机走路，压根没注意脚下而滑跤，与上述推论没有半毛钱关系。

好啦，举个真实的科学研究例子。美国宾夕法尼亚大学医学中心于1999年5月在著名《自然》杂志上发表过一篇关于儿童近视的论文，认为开着灯睡觉的幼儿在以后的生活中更容易患上近视。因此得出结论：儿童开灯睡觉会导致近视。该研究产生很大范围影响，且媒体做过大肆报道。然而，俄亥俄州立大学后来的研究并没发现婴幼儿开着灯睡觉会导致近视。倒是发现，父母的近视与儿童近视之间密切关联，因为近视父母更可能在孩子卧室里开着灯观望孩子。说明宾大的研究结论是错误的。

再譬如，随着冰淇淋销量增加，儿童溺水死亡率急剧上升。可笑的是，由此可能推导出，食用冰淇淋会导致儿童溺水。该推论没认识到，一年中的时间和温度对冰淇淋销售有重要影响。炎热夏季，冰淇淋销售量远高于秋冬季。而且夏季，儿童恰逢放暑假，又喜欢参与涉水活动，因此溺水风险远高于秋冬季。其溺水与冰淇淋没任何关系。

这些年，心脑血管疾病发病率猛增。科学研究认为，高密度脂蛋白（HDL）与心脏病发生率呈负的相关。因此，建议服用药物来提高HDL水平，会降低心脏病发作几率。然而，进一步的研究证明，导致心脏病发作有许多其他潜在因素，如基因、饮食和运动，都会影响HDL水平和心脏病发作的可能性。药物干预只能影响到直接可测量的HDL水平，而不会有效降低心脏病发作的几率。

这类“科学”发现，在海量科研论文中大量存在。例如，早些年，烟草行业就依赖相关数据证据来批驳烟草与肺癌间存在关系，甚至发表在《自然》杂志上。酒业也有过类似操弄。如何去伪存真，找到真正因果关系，发现真相，是考验研究者思路、视野及逻辑思辨能力水平的试金石。

静老师说

凭直觉，因果关系不仅需要相关性，还需要反事实依据。科学实验和统计方法的一个主要目标是尽可能接近客观的反事实状态。

举例，假设一组学生在一次突考中平均成绩不理想，可以推测他们头天晚上没有复习功课。于是，某个时刻，敦促他们复习功课后，再来一次突考，以验证头天晚上复习会否提高考试成绩。当然，这种因果关系的验证十分局限，其中的混杂因素无法得到有效控制，如考试内容的可比性、孩子们的情绪状态、复习的有效性等等。

其中，有可能存在着隐性因素的因果关系，即A和B都是C引起的。

打个比方，穿鞋睡觉与醒来时头痛密切相关。因此，穿鞋睡觉会引起头痛。这个例子犯了相关性暗示谬误，过早下了结论：穿鞋睡觉会导致头痛。其更合理的解释是，两者都是由第三个因素引起的，如喝醉酒。醉汉大都回到家，不脱鞋倒床便睡，从而产生了穿鞋与头痛的相关性，所以结论是错误的。

不得已，用个成绩相同的同卵双胞胎孩子进行实验。其中一个连续学习六小时，而另一个到游乐园玩六个小时。接着测试他俩的考试成绩，如果成绩差异很大，则可有力证明学习或去游乐园，与考试成绩存在显著因果关系。但这在现实中很难获得实现，哪儿找那么多的同卵双胞胎。何况，同卵双胞胎生物属性并不可能达到100%相同。

如今，孤独症儿童的康复技术及其效果评价，也面临着诸如此类的问题。一种方法对孩子的康复是否有效，最理想的评价方法就是随机双盲对照实验，简称RCT。然而，这种评估在医学上较难操作，亦存在着伦理上的不可能。

至少在目前，相关性是医学、心理学和社会学等领域的一种有价值的科学证据。但前提是，必须首先要确认相关性是真实的，然后必须系统地探索每一种可能的因果关系。因此有了多因素回归分析，大数据分析多用此方法。

明智做法是，避免将相关性作为康复治疗与获益间关系的证明。也不宜轻易将各种风险因素，作为与疾病或社会经济因素结果间存在因果关系的证据。这是目前最常被滥用的证据类型之一。因为，根据相关性的最初显现，很容易过早而轻率地下结论。如前所述，有些科研论文，彻头彻尾就是这样的结果。