病因統(tǒng)計推斷中的因果關(guān)系研究

鄧平基

揭示疾病的發(fā)生原因并不容易，因為病因往往隱藏在復(fù)雜的自然、社會現(xiàn)象中，因果聯(lián)系非常復(fù)雜。統(tǒng)計學(xué)作為一種工具，為尋找病因提供了科學(xué)的因果推斷方法，曾經(jīng)改變了人們的純粹生物學(xué)病因觀念；同時，統(tǒng)計學(xué)改變了科學(xué)界幾乎所有領(lǐng)域的決定論觀點，以至于許多統(tǒng)計概念和思想已經(jīng)成為世界通俗文化的一部分，我們很自然地接受統(tǒng)計推斷結(jié)果，似乎忘了哲學(xué)上一直以來關(guān)于因果關(guān)系的爭論。事實上，對于病因推斷的認(rèn)識是一個還在不斷向前發(fā)展的過程［1］。臨床中關(guān)于藥物治療的推理通常也有兩種因果思維，一種基于藥物的作用機制，一種基于嚴(yán)格的臨床試驗得到的經(jīng)驗證據(jù)。例如，達菲（Tamiflu）是治療流行性感冒的藥物，其作用機制是能有效遏制一種叫做神經(jīng)氨（糖）酸苷酶的病毒蛋白質(zhì)，從而阻止病毒擴散。從機制上講，它對治療禽流感和甲型H1N1流感應(yīng)該有較好的療效，但至少在高致病性禽流感的臨床試驗來看，還存在許多不確定性［2］。由客觀作用機制而做出的因果推理未必與臨床觀察的經(jīng)驗證據(jù)相吻合［2］。病因的統(tǒng)計推斷方法往往有其成立的先驗假設(shè)條件，甚至這些條件是不可經(jīng)驗證偽的，應(yīng)該受到哲學(xué)思辨的拷問。本文旨在討論統(tǒng)計推斷中因果關(guān)系的含義，揭示因果統(tǒng)計推斷背后隱藏的假設(shè)條件，從而看到病因統(tǒng)計推斷的局限性。

1 因果關(guān)系與相關(guān)關(guān)系

統(tǒng)計學(xué)上的因果推斷主要有實驗性研究和觀察性研究兩種基本方法。觀察向我們提供的知識似乎是自己呈現(xiàn)出來的；而實驗則是為了知道事實是否如此，根據(jù)一定的理論或假設(shè)進行有計劃的試驗設(shè)計，主動獲取數(shù)據(jù)，其特點在于能夠在人為控制的情境之下研究事物的變化，從而發(fā)現(xiàn)其因果關(guān)系?？茖W(xué)研究中，通常先進行觀察，形成假設(shè)后，設(shè)計實驗方案進行實驗，最后得出結(jié)論。實驗試圖探索因果信息，觀察僅能獲得相關(guān)信息［3］。根據(jù)統(tǒng)計學(xué)家Howland的觀點：如果沒有不可檢驗的假定的話，就不能由觀察數(shù)據(jù)得出因果結(jié)論?，F(xiàn)代統(tǒng)計學(xué)的奠基者之一Fisher也曾指出，不通過隨機化實驗，根本無法證明任何東西。當(dāng)然，也有人持樂觀觀點，統(tǒng)計學(xué)家Cornfield就認(rèn)為，有些現(xiàn)象雖然無法設(shè)計隨機化實驗，但相關(guān)證據(jù)的累積也能說明一些問題。這些學(xué)術(shù)思想的繼承者盡管至今還在爭論，但統(tǒng)計學(xué)作為科學(xué)研究的普遍工具已經(jīng)成為共識，它在醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域應(yīng)該有所作為。

因果與相關(guān)是兩個不同的概念，盡管在醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域因果比相關(guān)更讓人感興趣，但目前的大多數(shù)統(tǒng)計方法僅適用于相關(guān)性研究，因果推斷的統(tǒng)計模型相對還很少。尤其要注意的是，利用統(tǒng)計推斷得到事物之間的聯(lián)系，常常被錯誤地用于解釋為原因和結(jié)果的關(guān)系。相關(guān)的結(jié)論意味著可能有因果關(guān)系，也可能沒有，需要進一步研究加以區(qū)別。兩個因素之間無因果關(guān)系，可能會表現(xiàn)出虛假的相關(guān)性；相反地，有因果關(guān)系也可能表現(xiàn)出虛假的相關(guān)性。英國新赫布里底（New Hebrides）群島上的土著居民曾經(jīng)有一個信條：身上的跳蚤會帶來健康的身體。因為通過長期的經(jīng)驗累積，土著居民發(fā)現(xiàn)健康的人身上總有一些跳蚤，而身體贏弱的人通常沒有。于是他們得出結(jié)論：跳蚤使人身體健康，每個人身上都應(yīng)該有跳蚤。這種觀察發(fā)現(xiàn)跳蚤與健康之間似乎是相關(guān)的，并經(jīng)歷了多年來人們隨意的檢驗。但這并不意味著土著居民的病因推論也是正確的，后來的研究工作最終發(fā)現(xiàn)了新赫布里底的真相：在大多數(shù)情況下，每個居民身上都有跳蚤，這是正常情況，然而，隨著體溫升高，跳蚤不能承受高溫而引起的不適，因此選擇離開。由此可以看到，統(tǒng)計數(shù)據(jù)往往容易被混雜因素所混淆或遮擋因果或相關(guān)關(guān)系。統(tǒng)計結(jié)果更多反映的是相關(guān)關(guān)系，而非因果關(guān)系。

2 因果關(guān)系與實質(zhì)蘊含

鑒于因果關(guān)系的自相矛盾，為了取代因果概念，羅素提出了實質(zhì)蘊涵。從符號邏輯的角度，通過定義原子命題和基本聯(lián)結(jié)詞如“與”、“或”、“非”、“蘊含”與“等價”，再附加一些邏輯規(guī)則，完成“若命題A，則命題B”的推理。19世紀(jì)后期，德國醫(yī)師科赫（Koch）提出了一組必要的假設(shè)，用來證明某種病原體將導(dǎo)致某種特定的疾病［4］。通俗地說，這些必要假設(shè)是：①只要病原體能夠培養(yǎng)出來，疾病就會發(fā)生；②從研究疾病的所有病例中總是能檢出該種病原體；③當(dāng)病原體被消除，疾病就會消失。科赫這里給出的即是實質(zhì)蘊涵的條件，現(xiàn)在看看肺癌和吸煙之間的聯(lián)系在多大程度上符合科赫假設(shè)（從而檢驗了羅素的實質(zhì)蘊涵是否適用）：病原體是吸煙史，疾病是肺部表皮癌。一些吸煙者并沒有患肺癌，不滿足科赫的第一個假設(shè)；一些患肺癌的人卻聲稱他們沒有吸過煙，若我們信其所言，則不滿足科赫的第二個假設(shè)。如果我們拿掉病原體，也就是讓病人停止吸煙，他還是可能得病，因此不滿足科赫的第三個假設(shè)。如果我們應(yīng)用科赫假設(shè)（應(yīng)用羅素的實質(zhì)蘊涵），符合這些假設(shè)的，只有那些由血液或者其他體液培育出的特定病原體所引發(fā)的疾病。但是，對于心臟病、糖尿病、哮喘、關(guān)節(jié)炎或者其他形式的癌癥，這些假設(shè)就不再適用。以上的實例說明，由于病因中可能有混雜因素或虛假相關(guān)，導(dǎo)致患者個體會表現(xiàn)出一些不確定性，這使我們在分析原因和結(jié)果時，難以應(yīng)用事物實質(zhì)蘊涵的精確性。

3 因果統(tǒng)計模型與Simpson悖論

統(tǒng)計學(xué)上直接用于因果推斷的模型并不多，早期有列聯(lián)表、路徑分析、結(jié)構(gòu)方程等，后來，Rubin提出虛擬事實模型，Pearl提出因果推斷的網(wǎng)絡(luò)圖方法［3］。在病因推斷的統(tǒng)計學(xué)方法中，很多數(shù)據(jù)分析方法都是首先得到相關(guān)關(guān)系，然后在一定的假設(shè)條件下轉(zhuǎn)化成因果聯(lián)系。如果忽視了原來模型提出時對因果機制的假定，將表示相關(guān)關(guān)系的參數(shù)當(dāng)作因果關(guān)系處理，統(tǒng)計結(jié)論將被扭曲。以下給出一個理想實驗：表1為一組隨機對照研究病例，吸煙人群的患癌百分比與不吸煙人群的患癌百分比相比低10%，似乎吸煙對人類沒有患病的危害。

表1 吸煙與肺癌的數(shù)值例 n

再根據(jù)性別將上面的數(shù)據(jù)進行分層后，得到表2的數(shù)據(jù)，分別計算男性吸煙人群的患癌百分比（60%），女性吸煙人群的患癌百分比（50%），男性不吸煙人群的患癌百分比（60%）和女性不吸煙人群的患癌百分比（20%），發(fā)現(xiàn)吸煙對男性和女性似乎都有患病的危害，這種現(xiàn)象稱為Simpson悖論［4］。

表2 按性別分層后的吸煙與肺癌數(shù)值例 n

同樣的數(shù)據(jù)不同的統(tǒng)計處理方法得到兩個迥然不同的結(jié)論。如果我們采信第二種分析方法，那意味著我們先驗地認(rèn)為：吸煙致癌受到性別因素的混雜，分析時需要觀察性別這一背景變量，并以此變量將數(shù)據(jù)分層，從而消除混雜因素影響。因此，在統(tǒng)計調(diào)查和分析時，必須慎重考慮哪些變量需要觀察，哪些可以忽略。一個潛在的前提是吸煙致癌受到性別因素的混雜這一假設(shè)條件通常是不可經(jīng)驗證偽的。

病因的統(tǒng)計推斷是因果推理的數(shù)學(xué)模型，其思想沒有脫離哲學(xué)范疇，任何一個統(tǒng)計模型都有其局限性，它對因果關(guān)系的解釋也需要綜合多方面的證據(jù)。疾病的統(tǒng)計因果推理更多的是測量某種因素作用大小，而不是作為某種因素是否構(gòu)成疾病原因的判斷標(biāo)準(zhǔn)，盲目依賴統(tǒng)計工具是不利的。

［1］廖兵榮，譚紅專.流行病學(xué)病因推斷的辯證思維［J］.醫(yī)學(xué)與哲學(xué)（人文社會醫(yī)學(xué)版），2007，28（1）：14－15.

［2］Aalen O.Causality and Mechanisms：Between Statistics and Philosophy［M］.Consilience：Center for Advanced Study，Oslo，2007.79－82.

［3］耿直.觀察性研究與混雜因素［J］.統(tǒng)計與信息論壇，2004，19（5）：13－17.

［4］陶秋山，詹思延，李立明.流行病學(xué)研究中的病因與病因推斷［J］.中華流行病學(xué)雜志，2004，25（11）：1000－1003.