自然実験

自然実験とは、政策変更、地理的境界、あるいは研究者の管理外のその他の出来事など、曝露における自然発生的または外部から課せられた変動を利用する研究であり、あたかも無作為に割り当てられたかのように人々をグループに分けるものである。これにより、研究者は、曝露を意図的に割り当てることが非倫理的、非現実的、または不可能な問題に対して、対照実験の論理を近似させることができる。

Definition

自然実験とは、研究者が管理しない自然発生的または外部から課せられたプロセスによって曝露が決定され、その曝露が結果に与える影響を推定するために、曝露が割り当てられたかのように分析される研究である。

Scope

本項目では、外生的な変動を利用するという考え方、そのような変動が無作為化のように機能する条件、効果を推定するために使用される分析アプローチ、および自然実験を真の無作為化試験と区別する妥当性に対する仮定と脅威について述べる。自然実験を疫学研究デザイン内の方法論的トピックとして扱い、臨床的ガイダンスとしては扱わない。

Key concepts

• 曝露における外生的な（外部からの）変動
• 準無作為割り当て
• 反事実的比較
• 「あたかも無作為」の仮定の妥当性
• 非無作為曝露による交絡
• 集団レベルの介入と政策評価

Mechanisms

自然実験は、研究の外部で生じる曝露の変動源（新しい法律、行政上の境界、価格変更、供給の途絶など）に依拠しており、決定的に重要なのは、曝露自体を介して以外は結果とは無関係であることである。この「あたかも無作為」の条件が満たされる場合、影響を受けたグループと影響を受けていないグループを比較することは、無作為化試験が提供する反事実的対比を近似するため、意図的な割り当てがないにもかかわらず曝露の効果を推定できる。中心的な方法論的課題は、その変動が交絡因子から本当に独立しているかどうかを議論し、検証することである。割り当ては研究者の管理下にはないため、残余交絡が主要な脅威であり、いかなる自然実験の信頼性も、「あたかも無作為」の仮定がいかに説得力をもって擁護できるかにかかっている。このような研究は、実施においては観察的であるが、論理においては実験的であり、観察研究デザインと真の実験の中間を占める。

Clinical relevance

自然実験は、無作為化が不可能な政策や集団レベルの介入が健康に与える影響に関する主要なエビデンス源であり、それらを解釈することは公衆衛生におけるエビデンス評価の一部である。本項目は、そのようなエビデンスがどのように生成され、判断されるかを記述するものであり、デザインに関する参考文献であって、個々の診断や治療の決定の根拠となるものではない。

Epidemiology

自然実験は、無作為化が不可能であっても信頼できる外生的な変動が存在する、課税、規制、環境変化、プログラムの展開といった集団レベルおよび政策介入の評価に最も価値がある。その強みは、現実世界の状況への関連性と、他の方法では答えられない問題を研究できる能力にある。その弱みは、「あたかも無作為」の仮定が破綻する可能性があり、そのため推定値の確実性は、同等の無作為化試験よりも一般的に低いことである。

Evidence & guidelines

医学研究評議会（Medical Research Council）のガイダンスを含む方法論的ガイダンスは、自然実験を用いて集団健康介入を評価する際に、そのアプローチがいつ適切であるか、そして因果推論を強化する方法を定めている。エビデンスの階層において、自然実験は準実験的として扱われる。割り当てが真に外生的である場合、通常の観察比較よりも強力であるが、割り当てが研究者の管理下にはないため、一般的に無作為化試験よりも下位に位置づけられる。

History

この概念は、その正式名称よりもはるか以前から存在していた。ジョン・スノーによる1854年のロンドンコレラ流行の調査は、汚染された水源とよりきれいな水源から水を供給する水道会社によって供給された世帯間の死亡率を比較したものであり、スノーが管理しない方法で水道供給が世帯を分けたため、初期の自然実験としてしばしば引用される。このアプローチは後に疫学および社会科学全体で形式化され、医学研究評議会のフレームワークなどのガイダンスは、自然実験が集団健康介入の評価にどのように使用できるかを定めた。

Debates

「あたかも無作為」の仮定はどのように正当化できるか？

自然実験は、曝露が結果の他の原因とは独立して割り当てられたという主張と同じくらい信頼できるものである。これは無作為化試験のように保証できないため、デザインと裏付けとなるエビデンスによって仮定を擁護することが、中心的かつ議論の的となる課題である。

Key figures

• John Snow
• Peter Craig

Seminal works

• snow-1855
• craig-2012

Frequently asked questions

自然実験は無作為化比較試験とどう違うのですか？

無作為化試験では、研究者が偶然によって曝露を割り当てますが、自然実験では、研究者が管理しない外部の出来事やプロセスによって曝露が決定されます。自然実験は無作為化を近似するに過ぎず、その妥当性は、その外部割り当てが結果の他の原因から真に独立していたかどうかにかかっています。

ジョン・スノーのコレラ研究が自然実験と称されるのはなぜですか？

ロンドンの一部地域の世帯は、多かれ少なかれ汚染された水源から水を引く異なる会社から水を受け取っており、スノーが手配したわけではない方法で曝露によって分けられていました。これらの「あたかも割り当てられた」グループ間のコレラ死亡率を比較することで、彼は水源の影響を推定することができ、これが自然実験の論理です。