Cách xác định nguyên nhân trong nghiên cứu khoa học

Trong suy luận nhân quả hiện đại, câu hỏi thường được đặt dưới dạng phản thực: điều gì sẽ xảy ra nếu cùng đối tượng đó có yếu tố X so với trường hợp không có X, trong khi các điều kiện liên quan được kiểm soát hoặc xử lý thích hợp.

Nguyên nhân khoa học khác gì với sự tương quan?

Tương quan cho biết hai biến có liên hệ với nhau. Quan hệ nhân quả đòi hỏi bằng chứng mạnh hơn: sự thay đổi của yếu tố được xét phải tạo ra khác biệt đối với kết quả, chứ không chỉ xuất hiện đồng thời với kết quả.

Ví dụ, nếu X thường xuất hiện cùng Y, vẫn có ít nhất ba khả năng:

·         X thực sự gây ra Y

·         Y gây ra X

·         Một yếu tố Z tác động lên cả X và Y

Vì vậy, phát hiện “X liên quan đến Y” mới là điểm khởi đầu của nghiên cứu nguyên nhân. Trong suy luận nhân quả, các yếu tố gây nhiễu và những cách giải thích thay thế phải được xem xét trước khi kết luận.

Một cách kiểm tra trực quan là đặt câu hỏi:

Nếu loại bỏ hoặc thay đổi X trong điều kiện thích hợp, Y có thay đổi tương ứng không?

Nếu câu trả lời chỉ dựa trên việc X và Y cùng xuất hiện, bằng chứng chưa đủ để xác định X là nguyên nhân.

Kiểm chứng nguyên nhân bằng cách nào?

Kiểm chứng nhân quả mạnh nhất thường dựa trên việc tạo ra hoặc khai thác một sự thay đổi có kiểm soát rồi quan sát hệ quả.

Trong một thí nghiệm ngẫu nhiên, các đối tượng được phân bổ vào nhóm can thiệp và nhóm đối chứng. Việc phân bổ ngẫu nhiên giúp các nhóm có tính so sánh cao hơn đối với cả những yếu tố đã biết và chưa biết, từ đó giảm khả năng khác biệt quan sát được là do một yếu tố khác gây ra.

Logic cơ bản có thể mô tả như sau:

Yếu tố nghi là nguyên nhân → can thiệp hoặc so sánh có kiểm soát → quan sát kết quả → đối chiếu với trạng thái thay thế

Nếu kết quả thay đổi phù hợp với thay đổi của nguyên nhân và các giải thích cạnh tranh đã được kiểm soát, bằng chứng nhân quả trở nên mạnh hơn.

Tuy nhiên, không phải vấn đề khoa học nào cũng cho phép thử nghiệm trực tiếp. Khi không thể can thiệp, nghiên cứu quan sát có thể sử dụng thiết kế nghiên cứu và phương pháp thống kê để xây dựng nhóm so sánh gần với trạng thái phản thực cần thiết. Đây là lý do suy luận nhân quả hiện đại sử dụng các mô hình phản thực và các giả định rõ ràng về yếu tố gây nhiễu.

Vì sao phải kiểm tra cơ chế và thứ tự nguyên nhân – kết quả?

Một quan hệ nhân quả đáng tin cậy không chỉ cần cho thấy X đi trước Y, mà còn cần giải thích được X có thể dẫn tới Y bằng cơ chế nào.

Thứ tự thời gian là điều kiện cần: nguyên nhân phải xảy ra trước kết quả. Nếu Y đã xuất hiện trước X thì X không thể được xem là nguyên nhân trực tiếp tạo ra Y trong quan hệ đang xét. Tuy nhiên, chỉ có thứ tự thời gian vẫn chưa đủ để chứng minh nhân quả.

Cơ chế giúp trả lời câu hỏi “X làm Y thay đổi bằng cách nào?”. Chẳng hạn, nếu một yếu tố được cho là nguyên nhân của một kết quả sinh học, việc quan sát cơ chế sinh học phù hợp có thể củng cố cách giải thích nhân quả. Nhưng cơ chế hợp lý tự nó cũng không đủ để chứng minh nhân quả; nó phải phù hợp với các bằng chứng khác.

Vì vậy, một lập luận nhân quả tốt thường nối được chuỗi:

Nguyên nhân → cơ chế → điều kiện → thay đổi quan sát được → kết quả

Loại trừ nguyên nhân giả và các cách giải thích thay thế

Đây là phần quan trọng của việc xác định nguyên nhân. Nhà nghiên cứu không chỉ hỏi “giả thuyết của mình có đúng không?” mà còn phải hỏi:

“Có cách giải thích nào khác cũng tạo ra kết quả này không?”

Các khả năng cần xem xét có thể gồm:

·         Yếu tố gây nhiễu chưa được kiểm soát

·         Sai lệch trong cách chọn đối tượng nghiên cứu

·         Sai số đo lường

·         Đảo ngược chiều nhân quả

·         Một biến thứ ba đồng thời tác động lên nguyên nhân và kết quả

·         Kết quả chỉ xuất hiện trong một điều kiện đặc biệt

Trong nghiên cứu quan sát, việc này đặc biệt quan trọng vì các nhóm có và không có yếu tố phơi nhiễm có thể khác nhau ở nhiều đặc điểm. Các phương pháp suy luận nhân quả vì thế phải làm rõ giả định nào cho phép sử dụng dữ liệu quan sát để suy ra hiệu ứng nhân quả.

Một kết luận được củng cố khi những cách giải thích cạnh tranh lần lượt bị loại bỏ hoặc trở nên kém phù hợp với dữ liệu.

Bằng chứng nào làm kết luận nhân quả mạnh hơn?

Không có một dấu hiệu đơn lẻ nào luôn đủ để xác định nguyên nhân. Độ mạnh của kết luận thường tăng khi nhiều dòng bằng chứng độc lập hội tụ.

Các tiêu chí thường được xem xét gồm:

·         Tính nhất quán: kết quả tương tự được quan sát trong các nghiên cứu hoặc bối cảnh khác nhau

·         Tính thời gian: nguyên nhân xuất hiện trước kết quả

·         Mức độ liên hệ: hiệu ứng đủ rõ để khó giải thích hoàn toàn bằng nhiễu

·         Liều – đáp ứng: mức độ thay đổi của nguyên nhân đi kèm sự thay đổi có hệ thống của kết quả khi điều kiện này phù hợp

·         Tính hợp lý của cơ chế: có cơ sở để giải thích cách nguyên nhân tạo ra kết quả

·         Tính phù hợp với tri thức hiện có: kết luận không mâu thuẫn vô lý với các bằng chứng đáng tin cậy khác

·         Bằng chứng thực nghiệm: việc thay đổi yếu tố được nghi là nguyên nhân tạo ra thay đổi ở kết quả

Đây là những tiêu chí thường gắn với cách đánh giá quan hệ nhân quả, trong đó các tiêu chí Bradford Hill có giá trị như một khung xem xét bằng chứng chứ không phải một phép chấm điểm tự động để biến tương quan thành nhân quả.

Điểm quan trọng hơn là hội tụ bằng chứng. Các dòng bằng chứng thực nghiệm, quan sát, cơ chế và phân tích có thể được kết hợp để đánh giá mức độ mạnh của kết luận nhân quả thay vì phụ thuộc vào một nghiên cứu đơn lẻ.

Khi nào có thể kết luận một yếu tố là nguyên nhân?

Có thể xem một kết luận nhân quả là có cơ sở khi nghiên cứu đã xây dựng được một chuỗi bằng chứng nhất quán:

Có giả thuyết nhân quả → xác định được cách kiểm chứng → quan sát được thay đổi phù hợp → giải thích được cơ chế → kiểm tra thứ tự thời gian → loại trừ các giải thích cạnh tranh → kết quả được củng cố bởi bằng chứng phù hợp

Không phải mọi nghiên cứu đều có thể đạt mức kiểm chứng như nhau. Với thí nghiệm có kiểm soát, khả năng suy luận nhân quả thường mạnh hơn; với nghiên cứu quan sát, kết luận phụ thuộc nhiều hơn vào thiết kế nghiên cứu, chất lượng dữ liệu, cách xử lý yếu tố gây nhiễu và tính hợp lý của các giả định nhân quả.

Do đó, “xác định nguyên nhân” trong khoa học không đồng nghĩa với việc tìm được một yếu tố xuất hiện trước kết quả. Đó là quá trình kiểm chứng giả thuyết nhân quả và đồng thời loại trừ những lời giải thích thay thế, với mức độ chắc chắn phụ thuộc vào chất lượng, độ nhất quán và sự hội tụ của toàn bộ bằng chứng.

Trong thực tế, có thể dùng một câu hỏi kiểm tra ngắn: “Nếu yếu tố X được thay đổi hoặc loại bỏ trong điều kiện phù hợp, kết quả Y có thay đổi không, và còn cách giải thích nào khác hợp lý không?” Đây là cách cô đọng nhất để phân biệt việc quan sát một mối liên hệ với việc xây dựng một lập luận về nguyên nhân.