Empirisches Praktikum

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1 Beispielbild Empirisches Praktikum Einführung WiSe 2007/08

2 Ablauf Theoriestunden (je Fr Uhr) Einführung in das experimentelle Arbeiten Einführung in die EEG-Technik: Ableitung (Demo) Einführung in die EEG-Technik: Auswertung (Demo) Herleitung der experimentellen Fragestellung (Referate) Herleitung der experimentellen Fragestellung Auswertung: Gruppenstatistik Diskussion / Richtlinien für das Poster (Ausweichtermin) Posterkongress Zeiträume: Experimentelle Studien Vorexperiment (Vl-Vp-Paare) Hauptexperiment (3 Vpn pro Teilnehmer) 2

3 Allgemeine Literatur Relevante Kapitel: 2: Das Problem 3: Die Hypothese 4: Das Experiment 5: Kontrolle im Experiment 6: Unabhängige und Abhängige Variablen 11: Wiederholte Messungen 3

4 Beispiel VERMEINTLICHE HORRORMELDUNG Zweifelhafte Studie zu Spermienschäden durch Handys (Spiegel online: ) Zusammenhang zwischen Mobiltelefongebrauch und menschlicher Unfruchtbarkeit: Stichprobe: 361 Männer, alle Patienten eines Zentrums für Unfruchtbarkeitstests. Experimentelles Design: Aufteilung nach Dauer des Handy-Gebrauchs (Männer ohne Handy und solche mit weniger als zwei, weniger als vier und über vier Stunden Mobiltelefonaten - pro Tag.) Ergebnis: In der 4-Stunden-Gruppe betrug die durchschnittliche Spermienzahl 50 Millionen pro Milliliter Sperma. Bei den Nicht-Nutzern waren es hingegen 86 Millionen Diskussion: Mobiltelefone können eine verheerende Auswirkung auf die Fruchtbarkeit haben 4

5 Einführung 1: Das Problem Jedes Experiment beginnt mit der Formulierung eines Problems Beispiele: Macht das häufige Telefonieren mit Mobiltelefonen unfruchtbar? Können wir die Natur des Menschen ändern? Hat Werbung einen schädlichen Effekt auf Kinder? Sind BMW-Fahrer aggressiver? 5

6 Einführung 1: Das Problem Aber sind die Fragen zu beantworten? Die Anforderungen an die Fragestellung sind: Aus der Fragestellung muss eine Behauptung (Hypothese) abgeleitet werden können. Diese Hypothese muss eindeutig als richtig oder falsch testbar sein. Das beschreibt die Verifikation einer Hypothese! Ist eine eindeutige Beantwortung nicht möglich (Verifikation), so muss es zumindest möglich sein, den Grad der Wahrscheinlichkeit der Aussage zu bestimmen. Das beschreibt die Wahrscheinlichkeitstheorie der Testbarkeit! 6

7 Einführung 1: Das Problem Beispiel: Hat Werbung einen schädlichen Effekt auf Kinder? Hypothese: Je mehr Werbung ein Kind konsumiert, desto aggressiver wir das Kind. Verifizierbar nach ja oder nein? Oder verifizierbar mit einer Wahrscheinlichkeit? Rolle der Statistik in der Psychologie ist groß, weil alle Probleme der Psychologie nur mit Wahrscheinlichkeitsaussagen zu beantworten sind 7

8 Einführung 1: Das Problem Forderungen an die Fragestellung 1. Die Frage muss präzise gestellt sein! Bsp.: Hat Werbung einen negativen Einfluss auf Kinder? Die Fragestellung lässt alle Deutungen offen, welche empirischen Daten gesammelt werden können. 2. Die verwendeten Ausdrücke müssen eindeutig sein! Bsp.: Können Maschinen denken? Empirische Ausdrücke ( denken ) müssen operational definierbar sein. D.h. ein Problem ist nur lösbar, wenn man die Art, wie ein Sachverhalt gemessen werden soll, festlegen kann. 3. Fragestellung muss experimentell manipulierbar sein! Bsp.: Agressive BMW-Werbung induziert riskantes Fahren Wir können nicht die notwendigen Variablen kontrollieren (Art der Werbung, Wer fährt?), um ein Experiment umzusetzen. 8

9 Einführung 1: Die Hypothese Beispiel: Warum schneiden Kinder aus unteren sozialen Schichten schlechter in verbalen IQ-Tests ab als Kinder aus mittleren sozialen Schichten? Hypothese: Eingeschränkte Sprachmittel hemmen die intellektuelle Entwicklung! Die Hypothese wird bestätigt, d.h., dass zwei Fakten (besser: Variablen) in Beziehung stehen: Einschränkung der Sprachmittel Leistung in sprachlichen IQ-Tests Eine Hypothese ist eine ÜBERPRÜFBARE Behauptung über die Beziehung zwischen zwei oder mehr Variablen! 9

10 Einführung 1: Die Hypothese Hypothesen machen ein Art der Vorhersage: Wenn die Variable a die Ausprägung x hat, dann wird die Variable b die Ausprägung y annehmen! Wenn-dann-Hypothesen werden in jedem guten Experiment formuliert. Beispiel: Wenn jemand einen hohen Alkoholspiegel in seinem Blut hat, wird seine Reaktionsfähigkeit signifikant herabgesetzt. Wenn... = Antezedenzbedingung, dann.. = Konsequenzbedingung Aber: Eine Hypothese sollte niemals einen strengen kausalen Zusammenhang annehmen. 10

11 Einführung 1: Die Hypothese Anforderungen an eine gute Hypothese: 1. Hypothese muss testbar sein. 2. Hypothese sollte begründbar sein, d.h. mit früheren Forschungsergebnissen kongruent. 3. Hypothese sollte sparsam sein, d.h. eher auf einfache Theorien zurückgreifen als auf aufwändige. 4. Hypothese sollte immer auf das Problem bezogen werden. 5. Hypothese sollte logisch einfach sein, d.h. nicht viele Zusatzannahmen in sich tragen. 6. Hypothese sollte quantifizierbar sein. 7. Hypothese sollte einen möglichst großen Anwendungsbereich haben. 11

12 Einführung 1: Das Experiment Die Hypothese wird an dem Ergebnis des Experiments gemessen Aber wie kommt man zu Ergebnissen? Experiment Quasi-Experiment 12

13 Einführung 1: Das Experiment Experimentelle Methoden Eine absichtliche und planmäßige Auslösung eines Vorgangs, der objektiv beobachtet werden kann. Die Vorteile liegen in Der Kontrolle über das Einsetzen des Ereignisses 2. Der möglichen Wiederholbarkeit des Experimentes 3. Der systematischen Variationsmöglichkeit Der Effekt auf die Messgröße (abhängige Variable, AV) kann tatsächlich auf die veränderte Variable (unabhängige Variable, UV) zurückgeführt werden. Achtung: Experimentelle Methoden sind nicht-experimentellen nicht immer überlegen! 13

14 Einführung 1: Das Experiment Typen von Experimenten Erkundungsexperimente -Eher explorativ -Keine genaue Hypothese -Ziel ist die Identifikation möglicher wichtiger Variablen Bestätigungsexperimente -Befundlage ist vorhanden -Präzise Hypothese -Ziel ist die Falsifikation von Variablen, oder eine neue Gewichtung der Variablen Beeinflusst das Ausmaß der Handy-Benutzung die Fruchtbarkeit von Männern? Kann die Nutzung des Internet bei Kindern zu einem negativen Schulerfolg führen? 14

15 Einführung 1: Unabhängige und abhängige Variablen Definition der Variablen Die UV (unabhängige Variable) wie auch die AV (abhängige Variable) sind in der Hypothese schon implizit genannt worden. Nun müssen sie spezifiziert werden, d.h. operationalisiert werden! Der Experimentator muss festlegen, die (a) Art und (b) die Stufen der Operationalisierung der UV, sowie die c) Art und (d) das Niveau der AV. UV: AV: a. Luminanzunterschied zwischen 2 Reizen b. 0, 15, 30 und 45 cd a.prozentuale Häufigkeit, mit der korrekt die höhere Luminanz entdeckt wird b. Intervallskalenniveau 15

16 Einführung 1: UV/AV Typen von Beziehungen zwischen UVs und AVs Physiologische Korrelate (P) Stimulusgröße (S) Behaviorale Korrelate (B) Beziehung 1: B = f(s) Dependenzanalyse, die bei klassischen Experimentieren, z.b., in der Psychophysik gegeben ist Beziehung 2: P = f(s) Dependenzanalyse, die bei psychophysiologischen und Bildgebungsexperimenten erfüllt ist. 16

17 Einführung 1: UV/AV Typen von Beziehungen zwischen UVs und AVs Physiologische Korrelate (P) Stimulusgröße (S) Behaviorale Korrelate (B) Beziehung 3: B = f(p) Eher Korrelationsanalyse, die den Zusammenhang zwischen physiologischen Ausprägungen und dem Verhalten untersucht Beziehung 4: B1 = f(b2) Klassische Korrelationsanalyse, die eigentlich keine UV- und AV- Zuordnung zulässt. Keine kausaler Zusammenhang. 17

18 Einführung 1: UV/AV Kontrolle der UV Absichtliche Manipulation Der Experimentator bestimmt die Werte der UV, bzw. erzeugt sie. Er hat die Freiheit der Zuordnung der UV zu den Probanden. Bsp.: Alkoholexperiment Vl bestimmt, welche Alkoholmengen verabreicht werden, in welchen Abstufungen und welche Vp welche Abstufung erhält. Selektion Der Experimentator muss Probanden aussuchen, bei denen eine bestimmte Ausprägung der UV vorliegt. Bsp.: IQ-Experiment Vl muss aus einer Gruppe von Freiwilligen seine Stichproben ziehen, die für die Ausprägungen der UV möglichst charakteristisch sind 18

19 Einführung 1: UV/AV Kontrolle der UV Probleme bei der Selektion -Gefahr des Selektionsartefakts, d.h. eine intermittierende Variable bestimmt die Ausprägung der Selektionsvariable. Bsp.: IQ als Selektionsvariable -Gefahr der falschen kausalen Schlussfolgerung: Korrelative Beziehungen dürfen nicht als kausal interpretiert werden, wenn die UV nicht wirklich unabhängig ist -Unterschied zwischen echten Kontrollgruppen und Vergleichsgruppen 19

20 Einführung 1: UV/AV Auswahl der AV In Verhaltensstudien: Trefferquote (Genauigkeit) Latenz (Geschwindigkeit) Dauer der Reaktion (Verarbeitungszeit) Reaktionsfrequenz Aber auch: Rating (Psychophysik), Prozentwert (psychometrische Test) In physiologischen Studien: Autonome Reaktionen (EKG, EDA) ZNS Reaktionen (EEG, EKP) Hämodynamische Reaktionen (PET, fmrt) AVs: Frequenz, Amplitude, Latenz, BOLD-Effekt 20

21 Einführung 1: UV/AV Wann ist die Ausprägung der AV interpretierbar? Validität Spiegelt die AV wider, was sie gemäß der Hypothese messen soll? Kriterien: 1. Korrelation mit einem Außenkriterium, welches eine hohe Validität ausweist (externe Validierung) 2. Interne und Konstruktvalidität Ist keine Validität der AV gegeben, kann das Testergebnis nicht interpretiert werden. 21

22 Einführung 1: UV/AV Wann ist die Ausprägung der AV interpretierbar? Reliabilität Wie zuverlässig ist die AV? Kriterien: 1. Messwiederholungsreliabilität Problem: Kann nicht bestimmt werden, wenn ein starker Trainings- oder Neuheitseffekt berücksichtigt werden muss. 22

23 Einführung 2: Ablauf eines Experiments 1. Festlegen eines Arbeitstitels Psychophysik der Luminanzwahrnehmung 23

24 Einführung 2: Ablauf eines Experiments 2. Literaturstudium Wie ist der Stand der Forschung? Ist das Problem schon bekannt wie wurde es formuliert? Welchen Versuchsplan kann man verwenden? Welche Arbeitshypothese ist die wahrscheinlichste? Läuft heute über eine Internetrecherche. Stichworte werden in Suchmaschinen eingegeben: PubMed PsychLit PsychRef 24

25 Einführung 2: Ablauf eines Experiments 3. Formulierung des Problems Die eigentliche Problemstellung muss in einem zentralen Satz formuliert werden können. Wie stark müssen sich zwei Luminanzänderungen unterscheiden, um von einem Beobachter zuverlässig unterschieden zu werden? 25

26 Einführung 2: Ablauf eines Experiments 4. Formulierung der Hypothesen Welchen Effekt soll die Variable, die ich experimentell variiere (UV, unabhängige Variable) auf die Messgröße (AV, abhängige Variable) haben? Erwartung des Versuchsleiters wird in einer Wenn..dann - Formulierung festgehalten. Wenn.., dann... ein, d.h. hier geht Vorwissen ein. Hypothese schließt immer die Literaturarbeit 26

27 Einführung 2: Ablauf eines Experiments 5. Definition der Variablen Die UV (unabhängige Variable) wie auch die AV (abhängige Variable) sind in der Hypothese schon implizit genannt worden. Nun müssen sie spezifiziert werden, d.h. operationalisiert werden! Der Experimentator muss festlegen, die (a) Art und (b) die Stufen der Operationalisierung der UV, sowie die c) Art und (d) das Niveau der AV. UV 1: a.differenz zwischen der Leuchtdichteänderung in zwei Vergleichfeldern AV: a.prozentuale Häufigkeit, mit der korrekt die höhere Luminanz entdeckt wird b. 0, 15, 30, und 45 cd b. Intervallskalenniveau 27

28 Einführung 1: Ablauf eines Experiments 6. Apparaturen Experimentelle Apparaturen müssen gewährleisten, dass sie in genauer Art und Weise... a) das treatment applizieren, d.h. die UV variieren b) das resultierende Verhalten registrieren Dabei dürfen die Apparaturen selber keinen Effekt auf das Verhalten nehmen! Computer leistet die Darstellung der hochkomplexen Reize und erlaubt die Variation im Millisekunden-Bereich. 28

29 Einführung 1: Ablauf eines Experiments 7. Kontrolle von Störvariablen 1. Katalog von Variablen zusammenstellen, die nicht als UV definiert sind, aber die Messgröße (AV) beeinflussen können. 2. Maßnahmen einleiten (Elimination, Konstanthaltung, etc), die den Einfluss von solchen Störvariablen auf die AV ausschließen. Bitte mit den experimentellen Kontrolltechniken vertraut machen: 1. Balancieren 2. Ausbalancieren 3. Randomisieren 4. Parallelisieren 29

30 Einführung 1: Ablauf eines Experiments 8. Auswahl des Versuchsplans Mit der Formulierung der Hypothese legt sich der Versuchsleiter (Vl) auf seine UVs und AVs fest. Mit der Operationalisierung legt er die Abstufung fest. Mit der Auswahl des Versuchsplans legt er sie statistische Auswertung fest! Ein Versuchsplan ist eine Art mathematischer Gleichung, die einwandfrei formuliert sein muss, damit die Hypothese getestet werden kann. Wir benutzen ein 2-faktorielles Design mit Messwiederholung: Faktor 1: Physikalische Differenz zwischen den Leuchtdichteunterschieden Faktor 2: Zielreiz im linken oder rechten visuellen Feld 30

31 Einführung 1: Ablauf eines Experiments 9. Auswahl und Aufteilung der Versuchspersonen Wenn keine spezielle Population: Ziehung einer möglichst repräsentativen Zufallsstichprobe aus der Population. Hier ist das Problem der Stichprobengröße (Power des Experiments!) Wenn unabhängiges Gruppendesign: Aufteilung der Stichprobe auf die experimentellen Gruppen (kein triviales Problem!) Wenn Design mit Messwiederholung: Ein Proband durchläuft alle Bedingungen, d.h. er dient sich selber als Kontrolle. Wir benutzen ein Design mit Messwiederholung. 31

32 Einführung 1: Ablauf eines Experiments 10. Durchführung des Experiments Ablauf einer experimentellen Prozedur festlegen. Ziel ist die größtmögliche Transparenz für den Probanden (schriftliche Instruktion für den Probanden, Übungsdurchgänge, Feedback). Insgesamt sollte von der Begrüßung der Vp (Versuchsperson) bis zu ihrer Verabschiedung alles geregelt sein. Vor dem Experiment wird normalerweise immer eine Pilotstudie gemacht, um den Ablauf der Studie zu prüfen. 32

33 Einführung 1: Ablauf eines Experiments 11. Statistische Auswertung 12. Aufstellung des Ergebnisse 13. Entscheidung über die Hypothese 14. Generalsierung der Ergebnisse 33