Tema 4 Método y diseños experimentales | Cañonazos y Ron: El Galeón Metodológico del Capitán Barbanegra

Llevo días pensando en lo absurdo que es intentar explicar la metodología científica con diapositivas grises de PowerPoint.
Por eso, hoy me vuelvo de nuevo a un barco pirata, me pongo ponerme un sombrero de tres picos mugriento y me convierto en el Capitán Barbanegra.
Un psicólogo experimental frustrado del siglo diecisiete.
Imagina mi situación: tengo un barco lleno de analfabetos que huelen a perro mojado y necesito optimizar su velocidad de abordaje manipulando sus raciones de ron.

Para saber si el ron realmente los vuelve más rápidos o si es solo sugestión, no me vale con observar. Necesito montar lo que los puristas de bata blanca denominan un Experimento Puro. Es decir, yo manipulo intencionadamente el alcohol y reparto las raciones al azar.

Pero el mar es un maldito caos. El oleaje, el escorbuto y los loros gritones son variables extrañas que amenazan con reventar mis datos.

Si quiero demostrar que mi ron es el causante de la velocidad, y no el viento a favor, mi diario de a bordo debe cumplir los tres Requisitos de Causalidad o sea: contingencia temporal, covariación y que ningún factor externo me estafe la autoría del efecto.

¿Cómo demuestro que el ron y no el pánico al látigo hace que mis piratas vuelen sobre las cubiertas enemigas? Controlando cada ola y cada ración para que la única explicación de su velocidad sea la botella de licor que yo les entregué.

Bienvenidos a Diario de una Cebra.
Si te estás preguntando por qué te hablo vestido de pirata en lugar de leerte un PowerPoint gris, la respuesta es simple: adoptar disfraces absurdos una buena manera de asimilar teoría infumable sin que te duermas.

Hoy usaremos, por tercera vez este curso, un barco pirata para destripar los diseños experimentales.

Vamos a ver cómo Barbanegra maneja sus raciones de ron para entender la diferencia entre Diseños Unifactoriales y Factoriales es decir, si solo alteramos el ron o si también controlamos el tipo de garfio.

Analizaremos los Diseños Intersujeto e Intrasujeto para ver si comparamos tripulaciones distintas o torturamos a la misma una y otra vez.

Y, por supuesto, abordaremos el Diseño Factorial Mixto la Técnica de Bloqueo y la Maximización de la Varianza Primaria para no matar a la tripulación por coma etílico.

Al abordaje

Para demostrar con rigor en este barco de locos que mi ron premium mejora la puntería de los cañoneros, no me valen las fanfarronadas de taberna.
Necesito pruebas.
Kenny, un tipo que en mil novecientos setenta y nueve ya sabía de esto, me exigiría tres condiciones innegociables, que son los Requisitos de Causalidad

Para lograr esto, no puedo dejar el barco a la deriva así que otro gran capitán, Arnau, en mil novecientos setenta y ocho, definió la solución.

Hay que hacer un Experimento que es un modelo de una situación real que el investigador reproduce artificialmente a fin de estudiar el comportamiento de las variables.

Por eso he amarrado el galeón en un puerto tranquilo, lejos del oleaje salvaje. Tengo un precioso laboratorio experimental en el que controlo todo.

Al medir la puntería de mi tripulación, lo que me encuentro es un caos de datos. A eso se le llama Varianza Total que es la dispersión de los disparos de mis borrachos, debida tanto al ron como a las variables extrañas y factores aleatorios.

La varianza total del estudio representa el conjunto de toda la variabilidad que se observa en los datos recogidos de la variable dependiente.
Estadísticamente está integrada por tres componentes de variabilidad: la varianza sistemática primaria, correspondiente a la variable independiente, la varianza sistemática secundaria debida a variables extrañas y la varianza error debida a factores aleatorios

Una parte de este lío se debe a mi ron premium. El nombre técnico Varianza Sistemática Primaria la variabilidad de la respuesta (la puntería)) debida a la influencia de la manipulación de la variable independiente (el ron recibido).

Pero hay otra parte debida al balanceo predecible del barco por las olas de fondo. Esta parte es la Varianza Sistemática Secundaria la variabilidad debida a la influencia de variables extrañas conocidas y predecibles (de sujeto, ambiente o procedimiento).

Y luego está el cabrón del loro que le grazna al artillero en la oreja justo al disparar de forma aleatoria. Eso es la Varianza Error la parte de la variabilidad que no es sistemática, relacionada con factores aleatorios y errores de medida.

Para que esto no acabe en motín, aplico el mandato de Kerlinger de mil novecientos ochenta y cuatro. No tengo más narices que aplicar el Principio MAX-MIN-CON

¿Cómo lo ejecuto? Maximizo la sistemática primaria eligiendo los valores adecuados de la variable independiente.
Para maximizar la varianza sistemática primaria, si la relación entre las variables es curvilínea, no se deben usar únicamente valores extremos (ya que podrían enmascarar la relación o dar una covariación nula ficticia), sino que se deben incluir niveles o valores intermedios.

Minimizo la varianza error usando instrumentos precisos, agarrando por el pescuezo al cabrón del loro y aumentando el tamaño del grupo.

Y controlo la varianza sistemática secundaria amarrando el barco en el puerto con la técnica de eliminación, y obligándoles a usar pólvora de la misma marca y sequedad con la técnica de constancia. Como ya hemos dicho, es fundamental, el control de variables extrañas que nos permita asumir que los cambios en la variable dependiente son debidos al efecto de la variable independiente.

¿Cómo evitamos que el caos del océano hunda nuestra investigación? Sometiendo el barco al principio MAX-MIN-CON para exprimir el efecto del ron, minimizar el error y controlar la secundaria, mandando el ruido al fondo del mar.

No podemos comparar dos tipos de ron si ponemos a todos los piratas veteranos con pulso de cirujano en la cubierta de babor y a los grumetes novatos y bizcos en estribor.

Si haces eso, tu experimento vale menos que un mapa del tesoro dibujado por un mono.

Campbell y Stanley, dos teóricos de mil novecientos sesenta y seis que seguro que no sabían lo que es una resaca de ron barato, ya nos advirtieron de que los grupos deben ser equivalentes.

Para evitar esto, en nuestro caso de hoy, recurrimos a los Diseños unifactoriales intergrupos es decir, comparamos cubiertas independientes formadas por piratas diferentes.
Pero cuidado. No dejes que los piratas elijan su cañón. El sesgo humano es una peste.

Primero, para conseguir la tripulación, voy a las tabernas de Tortuga y secuestro a los primeros que veo. Eso es Selección aleatoria que sirve para que la muestra represente a toda la escoria del Caribe.

Pero una vez en el barco, para repartirlos en las cubiertas de prueba, tiro dados de hueso. Eso es Asignación aleatoria repartir la muestra al azar para que babor y estribor sean equivalentes antes de beber.

La selección aleatoria hace que la muestra sea representativa de la población. La asignación aleatoria hace que los grupos sean equivalentes

Ahora bien, ¿qué pasa si el aguante al alcohol contamina el experimento?

Si un pirata veterano aguanta un barril de ron sin pestañear y un grumete se desmaya con el olor, los datos se van al garete.

Para solucionarlo, usamos un Diseño de bloques aleatorios donde clasificamos a los piratas según su resistencia al alcohol.
Esta característica es nuestra Variable de bloqueo que, en nuestro barco dividimos en alta, media y baja.

Luego, asignamos al azar a los miembros de cada bloque a las cubiertas. Y si un pirata tiene una resistencia tan extrema que no se emborracha ni con alcohol puro, lo eliminamos de la muestra para no descompensar el promedio.

Al medir una variable extraña relevante (la tolerancia al alcohol), agrupar a los sujetos por similitud en niveles (‘bloques’) y luego asignar aleatoriamente los miembros de cada bloque, se aplica un diseño de bloques aleatorios con una técnica de bloqueo.

Pero si queremos un control de psicópata enfermizo, podemos usar un Diseño de grupos equiparados que consiste en emparejar piratas idénticos, como gemelos idénticos enrolados a la fuerza.

Para emparejarlos usamos su pulso a la hora de disparar como Variable de equiparación asegurando que cada pareja tenga el mismo pulso inicial.

Para verificar que babor y estribor son idénticos antes de que corra el alcohol, tomamos una Medida pretratamiento es decir, les medimos las pulsaciones sobrios.

Y después de la borrachera, tomamos la Medida postratamiento para ver cuántos cañonazos han fallado con el ron encima.

¿Cómo nos aseguramos de que las diferencias en la puntería se deben al ron y no a que babor está lleno de genios y estribor de inútiles?
Garantizando la equivalencia inicial de los grupos mediante asignación aleatoria, bloques o equiparación antes de abrir la primera botella.

Mi primer oficial, un contable tacaño que cuenta hasta los granos de sal para ahorrarse un doblón, me propone una idea para optimizar el presupuesto del barco.
«Capitán, estamos gastando demasiado ron premium en babor y estribor.
¿Por qué no usamos al mismo grupo de piratas para probar todas las barricas secuencialmente?». Económicamente es brillante, pero para mi diario de a bordo es un viaje directo al desastre metodológico.

El término oficial para este truco de tacaño es el de Diseños unifactoriales intragrupo o también llamados de medidas repetidas.

Aquí no comparamos grupos independientes; torturamos a los mismos sujetos obligándolos a pasar por todas las condiciones del experimento.

Pero el orden de los factores altera el producto. Si obligo a un pirata a disparar el cañón seis veces seguidas, su rendimiento va a cambiar por el camino de forma inevitable.

A esta distorsión por acumulación la llamamos Error progresivo o efecto de orden.
En el primer disparo, el pirata tira con ganas. En el sexto, está sudando, fatigado y al borde del desmayo, lo que metodológicamente se conoce como Efecto de fatiga.

Aunque también puede pasar lo contrario: que tras disparar tanto ya se sepa la distancia de memoria y acierte por el Efecto de práctica

Y aún hay más. Si no dejo pasar tiempo entre barrica y barrica, el ron anterior seguirá en su sangre y alterará la cata del siguiente. Estos son los Efectos residuales o de persistencia, que ocurren cuando un tratamiento se solapa con el siguiente.

¿La solución para esto? Espaciar las sesiones y dejar que duerman la mona antes del siguiente cañonazo.

Es decir los efectos de persistencia o residuales se controlan metodológicamente espaciando de forma controlada el tiempo de descanso o lavado (‘washout’) entre las condiciones.

Para neutralizar el error progresivo, redistribuyo el orden de las bebidas de forma matemática. A esto se le llama Técnica de contrabalanceo, la cual distribuye de forma homogénea el error entre todos los tratamientos

Si tengo tres rones, A, B y C, divido a la tripulación en seis subgrupos y les aplico las seis secuencias posibles.

Si usas todas las permutaciones posibles, 3!, estás haciendo un Contrabalanceo intragrupo completo

Cuando en un diseño intrasujeto se planifican todas las secuencias de orden posibles de los tratamientos (que se calculan de manera matemática mediante el factorial de las condiciones) y se asigna cada una a un subgrupo diferente de participantes, se aplica un contrabalanceo intragrupo completo

Pero si tengo diez marcas de ron y solo tres piratas, calcular el factorial me da millones de combinaciones imposibles de realizar en cubierta.

Para salvar el cuello cuando te faltan sujetos, tienes que usar Contrabalanceo intragrupo incompleto aplicando una estructura de Cuadrado latino para garantizar que cada ron pase por cada posición ordinal una sola vez.

Con todo esto logramos que cada pirata actúe como Sujeto como control de sí mismo porque nadie se parece más a un pirata que él mismo.
En los diseños intrasujeto o de medidas repetidas, cada persona sirve como su propio control.

Al aplicarse todos los tratamientos a los mismos sujetos se eliminan por completo las amenazas a la validez interna por diferencias individuales.

Y antes de seguir con la borrachera y de que mi timonel me toque las narices, hagamos un breve repaso para el examen

¿Cómo ahorramos ron sin que la fatiga, el aprendizaje o la persistencia etílica revienten nuestros datos? Usando diseños intragrupo y aplicando técnicas de contrabalanceo para repartir el error progresivo de forma equitativa, convirtiendo a cada pirata en su propia unidad de comparación perfecta.

Pero mi timonel, un neurótico que sobreanaliza hasta la dirección del viento, ha decidido complicarme la existencia.
No le basta con saber si el ron funciona.
Ahora quiere saber si el ron funciona igual de bien según el tipo de cañón que usemos.
Así que tenemos que entrar en el terreno de los Diseños Factoriales es decir, dejamos de mirar una sola variable y empezamos a combinar.
En nuestro caso de hoy, tenemos dos variables independientes: el Ron, con sus niveles premium y barato, y el Tipo de Cañón, con sus niveles bronce de alta precisión y hierro pesado.

Esto nos da un diseño de dos por dos con cuatro condiciones de combate diferentes.
Para analizar este sindiós, primero buscamos el impacto aislado de cada factor.

Eso es el Efecto Principal que consiste en ver si el ron premium mejora la puntería por sí solo, o si el cañón de bronce es mejor que el de hierro de forma independiente.

Por otro lado el Efecto de Interacción ocurre cuando el impacto de una variable cambia según los valores de la otra.

Traducido al idioma del puerto: el ron premium vuelve a mis piratas unos francotiradores legendarios, pero solo si disparan con el cañón de bronce.
Si los pones en el cañón de hierro pesado, fallan exactamente igual beban ron premium o veneno para ratas.

Si pintamos esto en un gráfico y las líneas no son paralelas, felicidades, tienes interacción.

Para que este experimento no sea una chapuza caribeña, divido a la tripulación en cuatro cubiertas independientes.
Eso es lo que se llama Diseño Equilibrado lo que significa que meto exactamente a diez piratas en cada una de las cuatro cubiertas de prueba.
Un diseño factorial se considera equilibrado cuando todos los grupos tienen el mismo número de participantes
Ni uno más, ni uno menos.

¿Cómo sabemos si nuestras variables independientes son un equipo compenetrado o dos solistas que van a su aire? Analizando el efecto de interacción para descubrir si la magia de nuestro ron premium depende por completo del metal del cañón que disparemos.

Ahora imagínate esto: es medianoche, hay una niebla tan densa que no te ves ni tu propio garfio y nos asalta por sorpresa una fragata de la Armada Española.
En esta oscuridad absoluta, la vista no sirve para nada.
Para sobrevivir, he tenido que diseñar un experimento sensorial extremo con mi tripulación.

Tengo dos tipos de piratas: los que tienen visión normal y los que perdieron los ojos en batallas anteriores o llevan un parche doble.
Esta característica de ser invidente no la puedo asignar yo al azar tirando dados; o estás ciego o no lo estás. Es una variable de sujeto de obligada comparación intersujeto. Es una variable de selección de valores que divide a mi tripulación en dos grupos independientes.

Pero, al mismo tiempo, obligo a toda la tripulación, ciegos y videntes, a pasar por dos condiciones: buscar la mecha del cañón usando la vista o usando el tacto sobre el relieve del bronce.

Tenemos dos tipos de sujetos y dos condiciones (2×2)

Eso es un Diseño Factorial Mixto es decir, una estructura de investigación donde combinamos un factor intergrupo, como tener ceguera o no, con un factor intragrupo de medidas repetidas, como la vía sensorial de exploración o por el tacto o por la vista.

Un diseño se califica como mixto cuando incorpora en la misma investigación tanto variables independientes de estrategia intersujeto (grupos independientes) como factores evaluados mediante una estrategia intrasujeto (medidas repetidas)

Nuestra variable dependiente en este caos es lo que determina si vivimos o morimos: el Tiempo de respuesta los segundos exactos que tarda un pirata en encontrar la maldita mecha en la penumbra antes de que nos vuelvan a disparar.

Cuando el efecto que tiene un factor (ser ciego o vidente) sobre el porcentaje de errores varía o se modifica sustancialmente en función de los valores que toma otra variable independiente, si el tipo de exploración es táctil o visual, se asume la existencia de un efecto de interacción de ambos factores.

Si queremos tocarles más las narices y simular el ruido del combate, metemos en la ecuación el grito del cabrón del loro y le llamamos Efecto del tipo de congruencia o sea, si el grito del loro coincide con el relieve que el pirata está tocando en el cañón para guiarlo, o si el pajarraco chilla incoherencias que lo confunden y le hacen perder el pulso.

Al analizar los datos, el resultado es una bofetada de realidad para los arrogantes que se creen perfectos.

Los piratas ciegos, gracias a su tacto entrenado, logran un tiempo de respuesta espectacular, localizando la mecha en milisegundos mientras los piratas con vista normal siguen tropezando con los cabos, perdiendo el tiempo y llorando por sus madres en la oscuridad.

¿Cómo resolvemos el problema de defender el barco en una noche sin luna combinando piratas ciegos y videntes bajo diferentes tareas sensoriales?

Usando un diseño factorial mixto para demostrar que, cuando no hay luz, el tacto entrenado humilla por completo a la vista.

Vamos a limpiar la mesa, soplar el polvo de la pólvora y ver qué nos queda en limpio de todo este Acabamos la fantasía pirata porque la teoría ya está explicada.
Lo que he hecho en este barco de locos ha sido montar un Experimento Puro para demostrarte que se puede dominar el caos del mar mediante la manipulación de las raciones de ron y el azar.
Para que no te acusen de charlatán en el examen, recuerda que debes cumplir a rajatabla los tres Requisitos de Causalidad: contingencia temporal, covariación y no espuriedad.

Cuando subimos a cubierta te mostré la diferencia entre Diseños Unifactoriales y Factoriales dependiendo de si solo jugaba con el ron o si complicaba la existencia de la tripulación cruzándolo con el metal de los cañones.

También te he enseñado a elegir entre Diseños Intersujeto vs Intrasujeto para decidir si comparas cubiertas con piratas completamente distintos o si torturas al mismo infeliz con resacas sucesivas.

Para los casos más retorcidos de combate nocturno, te he presentado el Diseño Factorial Mixto donde he mezclado un factor intersujeto, como la ceguera de mis artilleros, con uno de medidas repetidas.

Y si la muestra que pudiste secuestrar en la tu taberna es pequeña y heterogénea, tienes que usar la Técnica de Bloqueo para agrupar a los sujetos por su tolerancia al alcohol antes de tirarlos a las cubiertas.

Todo esto persiguiendo siempre la Maximización de Varianza Primaria eligiendo dosis de ron extremas o intermedias según la relación con la puntería sea lineal o curvilínea.

Y no te olvides de minimizar la varianza error cuidando los instrumentos de medida o agarrando por el pescuezo al cabrón del inoportuno loro y de controlar la varianza secundaria manteniendo siempre la constancia de todo aquello que puede afectar a tu experimento

Al final, ¿qué es el control experimental? Una obsesión neurótica para evitar que el ruido de la vida te estropee los datos.

Y ahí radica el chiste de humor negro definitivo.
Por mucho que intentes controlar la varianza sistemática secundaria de tu existencia, el océano siempre acaba ganando. El barco se hunde igual.

Presta atención al veredicto final, que esto no viene en el manual de supervivencia: el intento de diseñar un Experimento Puro en tu día a día es una batalla perdida contra el caos.

No puedes controlar el viento, ni el oleaje, ni, sobre todo, la estupidez ajena.
No vas a poder encontrar los tres Requisitos de Causalidad en las decisiones absurdas de la gente que te rodea.
El mundo exterior no sigue las mismas normas que rigen en tu laboratorio mental.

Asi que deja de perder el tiempo analizando Diseños Unifactoriales y Factoriales en tus relaciones fracasadas.

No hay una fórmula matemática para eso. La diferencia entre usar Diseños Intersujeto o Intrasujeto es que el resto del mundo no tiene tu nivel de ruido mental.

Así que no puedes medirte con ellos. Deja de buscar la validación con un grupo de control que vive anestesiado.

Por mucho que lo intentes o insistas, tu vida siempre será un Diseño Factorial Mixto donde tu intensidad choca contra la mediocridad ambiental. Es un hecho biológico. Asúmelo.

No te va a salvar ninguna Técnica de Bloqueo cuando el absurdo de la existencia llame a tu puerta.
No puedes meter a tus cuñados en subgrupos homogéneos para que no te amarguen la cena.

Esa maldita Maximización de Varianza Primaria que te empuja a vivir en los extremos terminará por desgastarte.
Trata de no vivir en los extremos cuando el entorno valga la pena. El gris también es un color, aunque a tu cerebro le parezca el equivalente a estar muerto.

Porque la realidad si que es cruda y extrema.
Te vas a morir.
Tu corazón tiene un número limitado de latidos y ya has gastado unos cuantos hoy escuchando a un tío raro disfrazado de pirata.
No malgastes los que te quedan intentando encajar en un molde diseñado para mentes más planas.

Si vas a suspender el examen de fundamentos de Investigación, al menos que sea habiendo entendido tu propia locura.

Y si eres una cebra perdida que busca un cuaderno de bitácora para no naufragar en este mar de neurotípicos, pásate por diariodeunacebra.com.
Allí tienes más herramientas para entender el sistema antes de que se nos pase la vida entera.

¿Cuál es la única verdad empírica que te queda hoy? Que el tiempo se acaba y no hay técnica de control capaz de frenar el segundero.
Así que dispara el cañón ahora, porque mañana serás comida para los peces.

En el próximo tema nos iremos a visitar el taller de un relojero obsesionado con los diseños experimentales de caso único. El maestro se ha empeñado en registrar y corregir con precisión milimétrica los constantes destrozos y despistes de su único aprendiz y oficial de taller (Gervasio), ajustando normas como si calibrase el péndulo de un reloj de precisión.

Hasta entonces muchas gracias por tu compañía.