Факторные эксперименты. 
Общепсихологический практикум

В результате изучения данной главы студенты будут: знать

• • основные принципы планирования и типы факторных экспериментов;
• • понятия основных эффектов и взаимодействия факторов;
• • виды взимодействий;

уметь

• правильно интерпретировать основные эффекты независимых переменных и их взаимодействия;

владеть

• • общей методологией планирования и оценки факторных экспериментов;
• • навыками применения статистических методов в оценке основных эффектов и взаимодействия независимых переменных в факторных планах.

Общая характеристика факторных планов

В предыдущей главе мы познакомились с тем, как строятся эксперименты с одной независимой переменной. Такой подход к исследованиям прост и удобен. Однако современная экспериментальная психология ушла намного дальше, и сегодня исследования в основном строятся по более сложным схемам — в рамках одного эксперимента изучается влияние сразу нескольких независимых переменных. Экспериментальные планы, позволяющие изучать влияние более одной независимой переменной, называются факторными. Такое название связано с тем, что для обозначения переменных, влияние которых подлежит исследованию, помимо термина «независимая переменная» используется еще один синонимичный термин — «фактор». В рамках данного подхода рассматриваемые до этого простые эксперименты будут называться однофакторными.

Количество независимых переменных в факторных планах потенциально может быть сколь угодно большим, однако на практике обычно рассматривается не более двух-трех переменных, реже — четыре. Это связано с тем, что по мере увеличения количества анализируемых факторов возрастает не только сложность организации исследования, но и сложность интерпретации результатов; в какой-то момент становится просто невозможно адекватно проанализировать данные.

За редкими исключениями практически все современные экспериментальные исследования проводятся, но факторной схеме, поскольку ее применение позволяет получить более богатые результаты, проверить более сложные гипотезы, проконтролировать возможные побочные переменные, повысить внутреннюю и внешнюю валидность эксперимента.

Например, Г. Бауэр в серии исследований влияния эмоций на процессы памяти интересовался, как влияет па эффективность запоминания разной, но эмоциональному содержанию информации эмоциональное состояние, переживаемое в момент ее восприятия^[1]. Испытуемые читали текст, в котором описывалась жизнь двух студентов, с одним из которых происходили позитивные события, а с другим — негативные. Перед прочтением рассказа у испытуемых при помощи гипноза вызывали либо радостное, либо печальное настроение.

На следующий день испытуемые должны были вспомнить рассказ, находясь в нейтральном состоянии. Оказалось, что испытуемые, читавшие рассказ в радостном настроении, запомнили больше событий из жизни студента, с которым происходили позитивные события, тогда как испытуемые, читавшие рассказ в печальном настроении, запомнили больше печальных событий из жизни второго студента. Результат, полученный в этом и схожих экспериментах, позволил Бауэру обнаружить эффект конгруэнтности настроения в памяти, заключающийся в том, что при запоминании преимущество получает информация эмоционального содержания, совпадающего с эмоциональным состоянием человека в момент восприятия этой информации.

Заметим, что такой эффект не мог бы быть обнаружен при использовании простого эксперимента, если бы исследователь манипулировал только эмоциональным состоянием испытуемых или только эмоциональным содержанием запоминаемой информации.

Факторные планы принято обозначать при помощи специальной системы, позволяющей в сжатой форме отразить общую структуру эксперимента: указать количество изучаемых независимых переменных, а также количество уровней, рассматриваемых в каждой из них. Описанный выше эксперимент может быть обозначен как 2×2.

Количество цифр в этом обозначении говорит о количестве независимых переменных (факторов), а каждая цифра, в свою очередь, отражает число уровней на каждой из них.

Таким образом, обозначение 3×4 будет говорить о том, что исследуется две независимые переменные (два числа в обозначении), первая из которых принимает три уровня, а вторая — четыре. Обозначение 3×2×5 будет говорить о том, что изучается три независимых переменных, первая из них принимает три уровня, вторая — два, а третья — пять.

При описании структуры выбранного экспериментального плана в отчетах и публикациях принято писать: «В исследовании использовался факторный план 2×3», а затем расшифровать, какие именно независимые переменные изучались и какие именно уровни они принимали.

В приведенном выше исследовании Бауэра использовался факторный план 2×2, причем в качестве первой независимой переменной выступало эмоциональное состояние испытуемого во время запоминания (радостное или печальное), а в качестве второй — эмоциональная окрашенность информации (позитивная или негативная).

Когда раньше речь шла об исследованиях с одной независимой переменной, термин «экспериментальное условие» был синонимичен термину «уровень независимой переменной». Для факторных экспериментов это не так, поскольку каждое экспериментальное условие задается комбинацией разных уровней нескольких независимых переменных.

Количество экспериментальных условий в факторных планах не равно ни количеству независимых переменных, ни количеству уровней каждой из них в отдельности. Оно соответствует количеству всех возможных сочетаний всех уровней всех независимых переменных и может быть рассчитано путем перемножения указанных в обозначении эксперимента чисел.

Так, в эксперименте 2×2 изучаются четыре условия, которые получаются вследствие комбинации каждого из двух уровней первой независимой переменной с каждым из двух уровней второй независимой переменной. Наглядно это изображено в табл. 13.1, где первая независимая переменная обозначена буквой А с уровнями A₁ и A₂ (расположены в строках таблицы), а вторая — буквой В с уровнями B₁ и В₂ (расположены в столбцах таблицы).

Таблица 13.1

Факторная матрица для плана 2×2.

Количество условий в этом эксперименте соответствует количеству сочетаний каждого уровня одной независимой переменной с каждым уровнем другой, или количеству ячеек в этой таблице. Всего получается четыре условия: сочетание первого уровня фактора А и первого уровня фактора В (А1В1), сочетание первого уровня фактора А и второго уровня фактора В (А₁В₂), сочетание второго уровня фактора А и первого уровня фактора В (А₂В_х) и сочетание второго уровня фактора А и второго уровня фактора В (А₂В₂).

Для того чтобы провести правильный факторный эксперимент, необходимо исследовать независимую переменную во всех возможных условиях.

Таблица 13.1, отражающая все экспериментальные условия, представляет собой факторную матрицу. Нумерация строк и колонок в ней всегда осуществляется стандартным образом: по строкам перечисляются уровни первой независимой переменной, а по столбцам — уровни второй. Понимание того, как нумеруются ячейки факторной матрицы, может быть важно при обработке результатов факторных экспериментов в некоторых статистических программах.

Если аналогичным образом схематически изобразить факторный план 3×4, то получится матрица, представленная в табл. 13.2. В таком эксперименте будет 12 условий.

Схожее изображение для факторного плана с тремя независимыми переменными окажется более сложным (по сути, оно должно быть трехмерным). Так, например, факторный план 2x2x2 может быть проиллюстрирован как две матрицы 2×2, одна из которых предназначена для одного уровня третьей независимой переменной, а другая — для второго ее уровня (табл. 13.3). Количество возможных комбинаций уровней переменных (экспериментальных условий) здесь будет равно восьми.

Таблица 13.2

Факторная матрица для плана 3x4

Таблица 13.3

Факторная матрица для плана 2x2x2.

Фактор С: уровень С_х

Фактор С: уровень С₂

Важно понимать, что проведение факторного эксперимента подразумевает получение данных для каждого экспериментального условия. Произвольный выбор только нескольких из всех возможных условий некорректен. Поэтому чем больше независимых переменных вы исследуете и чем больше уровней принимает каждая из них, тем более сложным будет ваш эксперимент. Если же все-таки по какой-то причине исследователь отказывается от исследования какого-либо одного или нескольких сочетаний экспериментальных условий, то такие факторные планы называют лоскутными.

Использование факторных экспериментов не только позволяет более глубоко подойти к изучению исследуемых вопросов, но и предъявляет более высокие требования к мастерству экспериментатора, приводит к необходимости более тщательно планировать исследование. Исследователь должен:

• 1) выбрать все независимые переменные, которые будут изучаться;
• 2) определиться с количеством уровней каждой из этих переменных;
• 3) решить, как лучше предъявлять каждую из них — но внутрисубъектной или межсубъектной схеме;
• 4) предусмотреть и устранить возможные угрозы внутренней валидности.

Все особенности, плюсы и минусы, описанные в предыдущей главе применительно к однофакорным экспериментам, связанные с количеством уровней и схемами первичного контроля внутрисубъектных и межгрупповых планов, остаются актуальными для факторных экспериментов, только теперь все это должно быть продумано для каждого фактора.

Если переменная является межгрупповой, необходимо решить вопрос о создании эквивалентных групп испытуемых, которые будут работать на разных ее уровнях (использовать случайное распределение или процедуры попарного подбора). Если переменная является внутрисубъектной, для нее должны быть реализованы подходящие способы позиционного уравнивания для нивелирования эффектов последовательности. Определение того, каким образом будет предъявляться каждая независимая переменная, должно происходить в соответствии с ее спецификой.

Так же, как и в однофакторных планах, в факторных экспериментах способы предъявления независимых переменных будут напрямую сказываться на необходимом количестве испытуемых, продолжительности их работы и т. д. В зависимости от того, как предъявляются используемые независимые переменные, факторные планы могут быть разделены на несколько видов.

Если все исследуемые независимые переменные и их уровни предъявляются отдельно для каждой группы испытуемых, то такие факторные планы называются межсубъектными. В каждом экспериментальном условии при этом будут принимать участие разные группы испытуемых. Общее число групп испытуемых будет соответствовать произведению всех уровней всех независимых переменных (факторов), а общее число участников исследования будет соответствовать количеству условий, умноженному на количество испытуемых каждой группы.

В качестве примера межгруппового факторного эксперимента приведем исследование Д. Линдера с коллегами, проведенное для изучения влияния величины вознаграждения за отстаивание позиций, противоречащих установкам человека, на изменение этих установок^[2]. В своем исследовании Линдер хотел развести две концепции о связи величины вознаграждения с изменением установок.

В рамках теории подкрепления предполагается, что чем значительнее в такой ситуации испытуемый будет вознагражден (обычно в качестве вознаграждения использовались денежные компенсации), тем сильнее изменится его мнение в отношении ключевой темы. Иными словами, предполагается, что чем больше будет плата за отстаивание противоположных взглядов, тем сильнее будет подкреплено изменение собственной позиции и тем скорее она изменится.

В то же время в рамках теории когнитивного диссонанса предполагается, что при отстаивании мнения, противоположного собственным установкам, человек испытывает когнитивный диссонанс, преодоление которого и будет происходить за счет изменения собственного мнения. Диссонанс будет тем больше, чем меньше окажется плата, а значит, именно в случае низкой платы изменение установки должно быть наибольшим по сравнению со случаем, когда плата была высокой. Каждый из этих объяснительных подходов получил свои эмпирические подтверждения в предыдущих исследованиях, что кажется нелогичным.

Линдер предположил, что в действительности работают обе модели, однако то, какая из них сработает, зависит от возможности для человека выбирать: отстаивать или не отстаивать взгляды, противоположные своим собственным.

Исследователи провели факторный эксперимент 2×2. где в качестве первого фактора исследовалась величина вознаграждения (два уровня — высокое вознаграждение в 2,5 доллара или низкое в 50 центов), а в качестве второго фактора — наличие выбора (который также принимал два уровня — испытуемый мог выбирать, отстаивать ли ему противоположные взгляды, либо выбора не было, и он просто должен был это делать по условиям исследования). Обе переменные были межсубъектными.

В роли испытуемых выступали студенты одного из американских университетов. Задание состояло в том, чтобы написать убедительное эссе в поддержку закона, запрещающего выступать в государственных учреждениях коммунистам и защитникам Пятой поправки к Конституции США. Эта тема была выбрана исследователями из-за того, что возможность введения подобного закона в штате Северная Каролина в то время широко обсуждалась, и студенты выступали против его принятия, поскольку он ограничивал их свободу доступа к информации. После написания эссе студенты оценивали свое отношение к этому закону по шкале, содержащей семь категорий — от «закон совершенно не оправдан» до «закон полностью оправдан» .

В условии наличия выбора испытуемым дополнительно подчеркивалось, что выполнение задания остается полностью на их усмотрение. В условии отсутствия выбора испытуемым просто сообщали, что именно нужно будет сделать. После того как испытуемые принимали решение об участии в исследовании, незадолго до начала выполнения задания одной части испытуемых сообщалось, что в дополнение к обычной плате за участие в исследовании организация, которая якобы проводит его, доплачивает по 50 центов, а другой части — но 2.5 доллара.

Результаты подтвердили гипотезы авторов: в условии отсутствия выбора сильнее всего изменили свое отношение к закону испытуемые, которым платили больше (что соответствует теории подкрепления), и в то же время в условии наличия выбора сильнее всего изменили свое мнение студенты, которым платили меньше (что соответствует теории когнитивного диссонанса).

Если псе изучаемые независимые переменные и их уровни предъявляются каждому испытуемому, участвующему в эксперименте, то такие факторные планы называются внутрисубъектными. При этом каждый испытуемый будет принимать участие в каждом экспериментальном условии. Очевидно, что в этом случае нужна всего одна группа испытуемых. Количество участников в таких экспериментах будет минимальным. В этом, как мы уже знаем, и состоит преимущество внутрисубъектных схем.

В качестве примера внутрисубъектного факторного эксперимента можно привести исследование, в котором авторы искали эмпирическое подтверждение тезиса о том, что имитация движений оказывается более простой задачей, чем выполнение движений в соответствии с символическими описаниями или устными инструкциями^[3]. Для этого исследователи разработали план внутрисубъектного эксперимента 2×3.

Испытуемые должны быть выполнять простые движения — шевелить указательным или средним пальцем руки в зависимости от указаний инструкции. Первой независимой переменной был тип инструкции, которую следовало выполнять: испытуемые либо должны были повторять показанные движения пальцев либо двигать тем или иным пальцем, ориентируясь на символические указания (если появлялась цифра 1. двигать указательным пальцем, а если появлялась цифра 2 — средним).

Инструкции предъявлялись испытуемым в виде анимированных слайдов, особенности конструирования которых представляли собой второй фактор. На базовом уровне этого фактора испытуемому показывалось либо движение пальцев, либо цифры (в соответствии с тем, инструкциям какого типа он должен следовать в данный момент). В других условиях на слайде одновременно показывались и движения пальцев, и цифры. При этом указания этих двух совмещенных инструкций могли либо совпадать (одновременно показывались движение указательным пальцем и цифра 1 либо движение средним пальцем и цифра 2), либо не совпадать (одновременно показывались движение указательным пальцем и цифра 2 или движение средним пальцем и цифра 1).

Разные типы слайдов предъявлялись в случайном порядке. В первом блоке заданий испытуемые должны были имитировать движения руки, игнорируя появляющиеся цифры, а во втором двигать тем или иным пальцем в зависимости от того, какая цифра предъявлена, игнорируя одновременно показываемые движения. Последовательность выполнения блоков заданий была сбалансирована между испытуемыми.

Было установлено, что испытуемые быстрее реагируют в том случае, когда им нужно имитировать движения, причем этот эффект не зависел от типа слайдов, на который нужно было реагировать. Когда же инструкции задавались при помощи символов, испытуемые медленнее выполняли задание, если символы на слайдах не совпадали с одновременно показываемым движением руки, и выполняли быстрее, если символы совпадали.

Факторные экспериментальные планы, в которых изучаются как внутрисубъектные, так и межсубъектные переменные, называются смешанными. При таком построении исследования необходимо будет использовать все возможные способы контроля побочных переменных, а необходимое количество испытуемых будет зависеть от количества уровней межгрупповой переменной.

При описании планов таких экспериментов необходимо отдельно уточнять, какая из переменных рассматривалась в качестве внутрисубъсктной, а какая — в качестве межгрупповой.

Рассмотрим в качестве примера исследование, проведенное американскими исследователями III. Мерфи и Р. Зайонцем^[4]. Зайонц занимался исследованием эмоциональных процессов и отстаивал позицию первичности аффекта, утверждая, что для возникновения простых положительных или отрицательных аффективных реакций когнитивная оценка не нужна. Эта позиция противоречит популярной когнитивной теории эмоций, утверждающей, что для возникновения эмоций необходима первичная когнитивная оценка. Эту позицию первичности когнитивных факторов в возникновении эмоций отстаивал Р. Лазарус, с которым в основном и вел свои теоретико-эмпирические споры Зайонц.

В подтверждение своей позиции Зайонц провел большое количество экспериментов, в ряде которых использовал парадигму прайминга, т. е. преднастройки. В этой парадигме оценивается влияние предваряющего стимула (он называется стимулом-нреднастройкой, или праймом) на восприятие и оценку целевого стимула. Зайонц предположил, что если аффективные праймы, предъявленные на недостаточное для их осознания и когнитивной оценки время, будут влиять на оценку привлекательности последующих стимулов, это подтвердит его концепцию аффективного преимущества (возникновения простых эмоциональных реакций без посредства когнитивных оценок).

При проведении исследования использовался факторный план 2×4. В качестве межсубъектной переменной выступало время экспозиции прайма. Для одной группы испытуемых оно было недостаточным для детального распознавания на уровне сознания (4 мс), а для другой — достаточным (1 с). В качестве внутрисубъектной переменной применялся тип прайма, эта переменная принимала четыре значения: прайм мог отсутствовать (нулевое условие), мог быть нейтральным (в качестве прайма предъявлялись многоугольники) либо негативно или позитивно эмоционально окрашенным (в этом случае праймами являлись изображения лиц, выражающие, соответственно, негативные или позитивные эмоции).

В качестве целевых стимулов предъявлялись китайские иероглифы. Задачей испытуемых было оценить по пятибалльной шкале, насколько им нравится изображение.

Исследователями было выяснено, что оценки иероглифов зависели от того, какой перед ними прайм был предъявлен (негативный или позитивный), однако только в том случае, если прайм предъявлялся на недостаточное для осознания время. Эти результаты Зайонц интерпретировал в поддержку представления о первичности аффекта.

Как уже, по-видимому, стало понятно, для факторных экспериментов с одинаковым количеством независимых переменных и одинаковым количеством их уровней может потребоваться разное количество испытуемых в зависимости от того, предъявляются ли переменные внутрисубъектно или межсубъектно. Для простейшего плана 2×2 (два фактора по два уровня каждый) при необходимости исследовать в каждом условии пять испытуемых расклад будет следующим. Если обе переменные являются внутрисубъектными, необходимо всего пять испытуемых, так как все они пройдут, но каждому условию. Если обе переменные являются межсубъектными, необходимо 20 испытуемых, так как для каждого условия нужна будет своя группа. Если одна переменная является внутрисубъектной, а другая — межсубъектной, то нужно будет 10 человек, так как на каждом из двух уровней внутрисубъектной переменной участие примет каждый испытуемый, а для межгрупповой переменной нужны будут две отдельные группы.

Как уже отмечалось выше, факторные эксперименты могут использоваться для разных целей.

Во-первых, вместо нескольких исследований с одной независимой переменной может быть проведено всего одно, в котором будет выяснено влияние сразу всех интересующих факторов. Одновременное изучение влияния нескольких независимых переменных в рамках одного исследования может позволять выявить такие эффекты, которые нельзя обнаружить в простых экспериментах.

Во-вторых, факторные эксперименты используются для проверки сложных, комбинированных гипотез, которые принципиально не могут быть проверены в простых экспериментах. Имеются в виду гипотезы, в которых изначально присутствует предположение о возможных различиях во влиянии одной независимой переменной на разных уровнях другой. Приведенные выше примеры исследований Линдера с коллегами и Мерфи с Зайонцем как раз являются иллюстрациями такого типа гипотез. Линдер предполагал, что величина вознаграждения будет по-разному влиять па изменение установки в зависимости от возможности выбора, отстаивать ли взгляды, противоположные своим собственным. Зайонц предполагал, что отсутствие возможности когнитивной переработки праймов приведет к их аффективному влиянию, а в противоположном случае — не приведет.

В-третьих, введение дополнительных независимых переменных может повысить внутреннюю валидность исследования, позволив проконтролировать возможные побочные переменные и одновременно проверить пригодность альтернативных объяснений. В этом случае переменные, которые подлежат уравниванию в простых однофакторных экспериментах, могут быть включены в экспериментальный план наравне с основным интересующим исследователя фактором, что позволит сделать независимую переменную более чистой. При этом вторая независимая переменная вводится как контрольная. Исследователя не интересует ее влияние непосредственно, однако ее введение в эксперимент позволяет лучше прояснить отношение между основным изучаемым фактором и зависимой переменной. Напомним, что такие переменные называют дополнительными.

В-четвертых, факторные планы могут использоваться для повышения внешней валидности экспериментов, т. е. давать ответы на вопросы о возможностях обобщения результатов, полученных на одной выборке, на другие выборки. Так, например, можно в качестве второй независимой переменной ввести такую, как национальность испытуемых, их возраст или пол, и исследовать интересующие нас эффекты одновременно для разных групп. Обнаружение одинаковых результатов для разных групп будет подтверждать универсальность выявленных закономерностей. Здесь снова вторая независимая переменная не интересует исследователя непосредственно, но позволит ответить на вопрос о распространенности обнаруженных эффектов. Такая переменная также рассматривается в качестве дополнительной.

• [1] Bower G. II. Mood and memory. American psychology. 1981. Vol. 36 (2). P. 129—148.
• [2] Linder D. Е., CooperJ., Jones Е. Е. Decision freedom as a determinant of the role of incentive magnitude in attitude change. Journal of personality and social psychology. 1967. Vol. 6 (3). P. 245−254.
• [3] Brass A/., Bekkering II., Wohlschlager Л., Prinz V. Compatibility between observed and executed finger movements: comparing symbolic, spatial, and imitative cues. Brain and cognition. 2000. Vol. 44. P. 124−143.
• [4] Murphy S., Zajonc R. Affect, cognition, and awareness: affective priming with optimal and suboptimal stimulus exposures. Journal of personality and social psychology. 1993. Vol. 64 (5). P. 723−739.