El diseño de un experimento controlado

Un experimento controlado es aquel en el que todos los parámetros se mantienen constantes excepto uno, que es la variable experimental. En el diseño de un experimento en general se registra un conjunto de datos que se considera el estado normal o habitual de un sistema y se lo denomina grupo control, y se estudian uno o mas conjuntos de datos en los que todas las condiciones son idénticas a las del grupo control excepto una, que es la variable experimental.

A veces es necesario estudiar la evolución de más de una variable, pero todas las demás condiciones experimentales se mantienen constantes para que sólo se modifiquen las variables de interés. Y lo que se evalúa es la magnitud o la forma en que éstas variables se modifican.

Estos son los aspectos claves de un experimento controlado:

• Un experimento controlado es simplemente un experimento en el que todos los parámetros se mantienen constantes excepto uno: la variable independiente o variable experimental.
• Un tipo común de experimento controlado compara un grupo control con un grupo experimental, pudiendo tratarse de grupos de datos o de sistemas. Todas los parámetros son idénticos entre los dos grupos, excepto el parámetro variable, la variable independiente o experimental, cuyo estudio es el objetivo de la experiencia.
• La ventaja de un experimento controlado es que es más fácil acotar las incertezas de los resultados que se obtengan.

Ejemplo de un experimento controlado

Supongamos que se desea saber si el tipo de tierra afecta al tiempo que tarda una semilla en germinar, y se decide diseñar un experimento controlado para responder a esa pregunta. Un diseño experimental posible sería tomar cinco macetas idénticas, llenar cada una con un tipo diferente de tierra, plantar semillas idénticas en cada maceta, colocar las macetas en una ventana expuesta al sol, regarlas por igual y medir cuánto tardan en brotar las semillas de cada maceta.

Este es un experimento controlado porque se mantienen los mismos parámetros en cada uno de los sistemas excepto uno, la variable experimental o independiente, que en este caso es el tipo de tierra que se utiliza.

La importancia de los experimentos controlados

La gran ventaja de un experimento controlado es que acota las incertidumbres en la evaluación de los resultados que pueden surgir de la variación simultanea de varios parámetros.

Volviendo al ejemplo anterior, si se plantaran diferentes tipos de semillas en cada una de las macetas y el objetivo del experimento siguiera siendo determinar si el tipo de tierra afecta la germinación, sería posible que algunos tipos de semillas germinaran más rápido que otros, y no se podría asociar la velocidad de germinación sólo al tipo de tierra. El registro de una mayor velocidad de germinación en una maceta podría asociarse al tipo de tierra, pero también al tipo de semilla.

Otro ejemplo: si se hubiera colocado alguna maceta en una ventana expuesta al sol, dejando otras a la sombra, o si se regó alguna maceta más que otras, los resultados podrían verse afectados por cualquiera de los parámetros que se modificaron en cada uno de los sistemas. La importancia de un experimento controlado radica en que se puede identificar claramente la incidencia de una determinada variable en el proceso que se estudia.

¿Todos los experimentos son controlados?

La respuesta es NO, no todos los experimentos que se realizan son controlados. Es posible obtener resultados valiosos de experimentos no controlados, aunque es mas difícil obtener conclusiones. En general, este tipo de experimentos conducen a nuevas preguntas, y a partir de ellos se plantean nuevas hipótesis.

Un ejemplo de una disciplina en la que los experimentos controlados son difíciles de implementar son los experimentos con seres humanos. Supongamos que se quiere averiguar si un nuevo medicamento ayuda a adelgazar. Se puede seleccionar un grupo de personas, administrarles el medicamento y medir la evolución de su peso. Se puede intentar controlar tantos parámetros de las personas como sea posible: cuánto ejercicio hacen o cuántas calorías ingieren por ejemplo y entre otros.

Sin embargo habrá siempre muchos parámetros que no se podrán controlar fácilmente: la edad, el sexo, la predisposición genética a un cierto nivel de metabolismo, el sobrepeso que tenían antes de comenzar el experimento, si inadvertidamente comieron algo que interfiere con la acción del medicamento, etc.

En un experimento no controlado se intenta registrar la mayor cantidad de parámetros posible para poder definir con precisión las condiciones experimentales y poder analizar la incidencia en los resultados de factores no incluidos en el diseño experimental. Aunque es más difícil sacar conclusiones de experimentos no controlados, a menudo se observan correlaciones entre parámetros que no habrían observado en un experimento controlado.

En el ejemplo del medicamento para adelgazar, se podría observar que el medicamento es efectivo en mujeres pero no en hombres, y a partir de esta observación plantear un nuevo experimento que confirme la nueva hipótesis. Si se hubiera realizado un experimento controlado, en personas de un mismo sexo, no se hubiese observado ésta relación.

Fuentes

• Box, George E. P., et al. Statistics for Experimenters: Design, Innovation, and Discovery. Wiley-Interscience, a John Wiley & Soncs, Inc., Publication, 2005. 
• Creswell, John W. Educational Research: Planning, Conducting, and Evaluating Quantitative and Qualitative Research. Pearson/Merrill Prentice Hall, 2008.
• Pronzato, L. Optimal experimental design and some related control problems. Automatica. 2008.
• Robbins, H. Some Aspects of the Sequential Design of Experiments. Bulletin of the American Mathematical Society. 1952.
• https://www.lifeder.com/variables-dependiente-independiente/