Les Variables
Dans ce chapitre nous allons aborder la distinction qu’il y a lieu de faire entre 3 catégories de variables. Nous avons vu, précédemment, que les hypothèses permettaient de relier les variables de la condition antécédente à celles de la condition conséquente. Les premières comprennent celles que l’expérimentateur va manipuler ou maintenir à une valeur qu’il va choisir. Les secondes sont celles qu’il va mesurer. D’où une distinction entre des variables sur lesquelles le chercheur va agir et d’autres qu’il va observer.
Dans l’expérience de Duboc déjà présentée, elle va d’une part définir des groupes de sujets et fixer différents paramètres expérimentaux tel que 3 types de paires de stimuli ou plusieurs valeurs pour le SOA et d’autre part examiner l’effet de ces variables sur celles qu’elle mesure (le temps de réaction).
Les variables qui sont mesurées sont appelées variables dépendantes. Variable dépendante signifie que les valeurs qui vont être observées dépendent, sont la conséquence des facteurs qui sont manipulés par l’expérimentateur ou d’autres facteurs qui peuvent contaminer ces variables dépendantes.
Les variables externes sont celles, qui influencent les résultats bien que le chercheur ne les considère pas comme pertinentes pour les hypothèses qu’il souhaite tester. L’âge des sujets, leur niveau de scolarisation, le moment de la journée où a lieu l’expérience sont des facteurs qui peuvent influencer les résultats mais qui n’ont pas un effet spécifique sur le mécanisme qui est étudié. Qualifier ces variables d’externe indique que l’on considère comme extérieures à la solution proposée dans les hypothèses.
Les variables indépendantes sont celles que l’on va faire varier au cours de la tâche expérimentale pour mettre en évidence leur effet sur les variables dépendantes.
L’expérimentateur fait varier le niveau des variables indépendantes et contrôle le niveau des variables externes. Dans le cas, où il peut exercer ce contrôle de manière satisfaisante, les ambiguïtés sur le rôle des variables indépendantes sont levées pour interpréter les mesures des variables dépendantes.
1. Les variables externes.
1.1. Définition.
Dans une situation expérimentale, les variables externes peuvent modifier les variables que l’on mesure contaminant ainsi l’effet de la variable indépendante. S’il n’y a pas d’intérêt immédiat à étudier comme celles-là interviennent dans le processus, il convient de les contrôler au cours de l’expérience. Nous indiquerons ci-dessous comment. Faute de cela, il ne serait pas possible de distinguer l’effet des variables indépendantes de celui des variables externes du fait que l’effet des unes et des autres ne serait pas différencié.
Cette ambiguïté intervient lorsque l’effet d’une variable externe est systématiquement relié à celui d’une variable indépendante et que celle-là peut modifier différemment la valeur de la variable mesurée dans plusieurs groupe de sujets.
Pour illustrer de dernier point reprenons l’étude de Duboc. Sa première hypothèse est que le TR des patients schizophrènes sera toujours plus long que celui des sujets de contrôle quelles que soient les conditions. Toutefois, il est largement admis que le TR augmente avec l’âge. La variable indépendante ici est les groupes de sujets (contrôles, schizophrènes). Une des variables externes est l’âge puisqu’il influence également le TR. Si elle constatait une différence d’âge significative dans les 2 groupes de sujets et qu’elle mesure une différence significative sur les TR dans les 2 groupes, elle ne pourrait pas dire si celle-ci doit être reliée à l’effet de l’âge, à l’effet de la pathologie ou à une combinaison de ces deux facteurs.
1.2. Mise en évidence des variables externes.
La question, qu’il convient de poser, est la suivante : “Quelles sont les variables externes qui peuvent influencer le phénomène que j’ai décidé d’étudier ?”
Une réponse exhaustive à cette question est impossible. Il est nécessaire de la reformuler ainsi : “Parmi toutes les variables qui peuvent intervenir sur l’expérience, quelles sont celles qui vont vraisemblablement modifier la valeur de la variable dépendante ?”
Même ainsi réduite cette question appelle une réponse complexe. Une partie de la réponse doit être cherchée dans la compilation des travaux déjà publiés dans le domaine que l’on a décidé d’explorer. D’autres chercheurs ont eu à répondre à cette question et ont présenté leur opinion soit dans la partie méthodologie soit dans la discussion de leur article.
Toutes les variables externes ne peuvent pas raisonnablement être prises en compte si la recherche veut rester réalisable. Par contre, celles dont l’effet a déjà été mis en évidence ne peuvent être ignorées.
Enfin, la connaissance générale du rôle de certaines variables et une bonne dose de réflexion permettent d’établir la liste des variables externes pertinentes.
Le chercheur doit indiquer clairement celles qu’il a décidé de contrôler et comment il compte le faire. Il a aussi à justifier celles qu’il a choisies d’ignorer. Il peut aussi convenir d’abandonner l’expérience si certaines variables pertinentes ne peuvent pas être contrôlées.
1.3. Le contrôle des variables externes.
Plusieurs stratégies ont été élaborées pour prendre en compte l’effet de ces variables. Nous allons les présenter des plus efficaces au moins efficaces :
1.3.1. Elimination.
Lorsque cela est possible, le moyen le plus efficace pour contrôler une variable externe est de l’éliminer. Cela arrive lorsque celle-ci est liée à l’environnement physique.
Le bruit extérieur peut interférer avec des variables indépendantes et rendre peu clair l’effet de celles-ci sur la réponse du sujet. On installera le sujet dans une pièce insonorisée pour éliminer l’effet de ce facteur. De même on choisira de placer le sujet dans une cage de Faraday pour éliminer l’effet du parasitage du courant électrique sur la réponse électrique du cerveau lorsqu’elle est recueillie par des électrodes posées sur le scalp.
1.3.2. Le maintien constant des conditions.
Cela consiste à fixer une valeur pour cette variable et à la maintenir constante.
La forme et le contenu de la consigne donnée au sujet pour effectuer sa tâche peuvent avoir une influence sur ses réponses. Pour pallier à cela, une solution consiste à présenter ces consignes par écrit. Dans son protocole Duboc donnait à lire au sujet la consigne écrite suivante :
“Sur cet écran, vous allez voir apparaître puis disparaître une chaîne de caractères qui peut ou non former un mot. Ils vont apparaître par paires, une chaîne de caractères après l’autre. Vous allez devoir décider si la deuxième paire de caractères forme un mot ou non qui existe en français. Si vous pensez que c’est un mot appuyez sur le bouton “oui” de la souris, sinon appuyez sur le bouton “non”.
Vous devez répondre aussi vite et bien que possible. Souvenez-vous, vous devez décider si la deuxième chaîne de caractères est un mot ou non. Ignorez la première. Il n’y a pas de piège, ni de faute d’orthographe. Les termes utilisés sont des mots fréquents que vous connaissez.”
L’emploi d’appareils, pour présenter les stimuli et enregistrer les réponses du sujet, se justifie par ce souci de maintenir constant les conditions expérimentales. Dans le protocole précédent un ordinateur contrôle la taille et les couleurs des caractères, la durée de présentation des stimuli, l’espace de temps entre les deux chaînes de caractères et celui entre les deux paires de celles-ci, pour que ces facteurs ne varient pas au cours de l’expérience pour un sujet et d’un sujet à l’autre. De même, le temps de réponse est mesuré et enregistré directement sur l’ordinateur.
Le moment de la journée et le local où les sujets sont enregistrés peuvent avoir une incidence dans certaine tâche expérimentale. Dans ce cas, on décide d’examiner les sujets au même moment (le matin par exemple) et dans la même pièce.
1.3.3. Le balancement.
Deux techniques différentes sont appelées balancement :
S’il n’est pas possible de maintenir constant l’effet d’une variable le chercheur va “balancer” son effet sur un groupe de contrôle et un groupe expérimental. La logique est la suivante : l’effet d’une variable indépendante va être contaminé par celui d’une variable externe. Pour lever l’ambiguïté de l’action de l’une et de l’autre, deux groupes de sujets vont être constitués. Le premier, le groupe de contrôle va être assujetti à l’action de la variable externe. Le second, le groupe expérimental, va être soumis à celle de la variable externe et de la variable indépendante. Ainsi toute différence apparaissant entre ces deux groupes dans la mesure de la variable dépendante sera à mettre au compte de la variable indépendante. Illustrons cela par l’exemple suivant. Un laboratoire pharmaceutique veut tester l’effet d’un nouvel antidépresseur. L’expérimentateur sait que la prescription d’un médicament peut avoir un effet thérapeutique même en l’absence d’un principe actif. Cet effet est connu sous le nom d’effet placebo. C’est celui-ci qui est la variable externe. La variable indépendante est la posologie du nouveau médicament à tester. La variable dépendante est le score des sujets à une échelle de dépression. Pour tester l’effet de sa nouvelle molécule, le laboratoire va constituer deux groupes de patients déprimés. Le groupe de contrôle va recevoir un placebo ayant la même forme et la même couleur que le produit actif. Le groupe expérimental recevra le produit actif. Tous les sujets auront le même nombre de prises dans la journée, à la même heure et pendant la même durée. Les sujets de contrôle prendront un traitement (variable externe) ainsi que ceux du groupe expérimental mais qui recevront seuls du produit actif (variable indépendante). Si une différence apparaît entre les scores à l’échelle de dépression entre les groupes, cela sera dû, sans équivoque, à l’effet du nouvel antidépresseur. Cet exemple permet de toucher du doigt qu’une variable externe peut désigner quelque chose d’aussi abstrait que l’effet placebo dont la diffusion opératoire prend la forme de la prescription d’une molécule inerte.
Dans un deuxième sens on parle de balancement de l’effet d’une variable externe qui est lié à l’instrument par lequel les stimuli sont délivrés aux sujets. Supposons que dans le protocole que nous avons décrit les stimuli soient maintenant présentés auditivement au moyen d’un casque stéréophonique. Les paires de stimuli peuvent arriver aléatoirement sur l’écouteur gauche ou droit du casque. La question que l’on se pose est de savoir si l’une des deux oreilles stimulées peut favoriser l’effet d’amorçage sémantique. Il est extrêmement difficile d’avoir la certitude que les deux écouteurs présentent la même qualité audiométrique. La variable externe est la différence qualitative entre ces deux écouteurs. L’effet de celle-ci peut contaminer les réponses des sujets. Pour tenir compte de cela, on va balancer cet effet en mettant l’écouteur gauche sur l’oreille gauche des sujets dans la moitié du groupe et sur leur oreille droite pour l’autre moitié du groupe. On agira réciproquement avec l’écouteur droit. Ainsi le groupe des sujets aura entendu les stimuli sur chaque oreille pour la moitié avec l’écouteur droit et l’autre moitié avec le gauche. S’il y a une différence audiométrique entre les deux écouteurs du casque, son effet aura été “balancé” entre les oreilles des sujets de chacun des groupes. Dans certains contextes expérimentaux, on peut être amené à “balancer” la main de réponse en demandant à la moitié des sujets du groupe de répondre avec leur main dominante et l’autre moitié avec celle non dominante.
1.3.4 Le contre balancement
Cette technique s’applique lorsque la situation expérimentale comprend 2 ou plusieurs conditions qui sont effectuées par les mêmes sujets. Dans ce cas l’ordre de présentation des conditions peut agir sur les résultats mesurés. Il est donc nécessaire de contrôler l’effet de l’apprentissage et de la fatigue des sujets sur leurs performances.
Dans l’étude de duboc, elle avait 4 conditions de SOA. Appelons C1 la condition où le SOA est de 0,2 seconde, C2 celle où il est de 0,45 seconde, C3 celle de 0,7 secondes et C4 celle de 1,2 seconde. Chaque sujet a passé les quatre conditions dans l’ordre suivant :
|
Session n° 1 |
Session n° 2 |
Session n° 3 |
Session n° 4 |
Sujet n° 1 |
C1 |
C2 |
C3 |
C4 |
Sujet n° 2 |
C2 |
C3 |
C4 |
C1 |
Sujet n° 3 |
C3 |
C4 |
C1 |
C2 |
Sujet n° 4 |
C4 |
C1 |
C2 |
C3 |
Sujet n° 5 |
C1 |
C3 |
C4 |
C2 |
Sujet n° 6 |
C3 |
C4 |
C2 |
C1 |
Sujet n° 7 |
C4 |
C2 |
C1 |
C3 |
Sujet n° 8 |
C2 |
C1 |
C3 |
C4 |
Sujet n° 9 |
C1 |
C4 |
C2 |
C3 |
Sujet n° 10 |
C4 |
C2 |
C3 |
C1 |
Sujet n° 11 |
C2 |
C3 |
C1 |
C4 |
Sujet n° 12 |
C3 |
C1 |
C4 |
C2 |
Sujet n° 13 |
C1 |
C2 |
C4 |
C3 |
Sujet n° 14 |
C2 |
C4 |
C3 |
C1 |
Sujet n° 15 |
C4 |
C3 |
C1 |
C2 |
Sujet n° 16 |
C3 |
C1 |
C2 |
C4 |
Sujet n° 17 |
C1 |
C3 |
C2 |
C4 |
Sujet n° 18 |
C3 |
C2 |
C4 |
C1 |
Sujet n° 19 |
C2 |
C4 |
C1 |
C3 |
Sujet n° 20 |
C4 |
C1 |
C3 |
C2 |
Sujet n° 21 |
C1 |
C4 |
C3 |
C2 |
Sujet n° 22 |
C4 |
C3 |
C2 |
C1 |
Sujet n° 23 |
C3 |
C2 |
C1 |
C4 |
Sujet n° 24 |
C2 |
C1 |
C4 |
C3 |
Dans ce plan, chaque condition est présentée une seule fois à chaque sujet. Chaque condition arrive six fois dans chaque session. Chaque condition est précédée et suivie des mêmes autres conditions une seule fois. Par exemple la condition C2 est précédée de la condition C1 et suivie des conditions C3 et C4 une seule fois. Remarquons qu’il faut examiner 34 sujets ou un multiple de 24 pour que le contre balancement soit correct.
Le principe général du contre balancement peut s’énoncer comme suit : Chaque condition doit être présentée à chaque participant le même nombre de fois. Chaque condition doit se produire un nombre égal de fois par session. Chaque condition doit être précédée et être suivie des mêmes autres conditions un nombre égal de fois.
L’exemple, que nous avons pris, montre la limite de cette technique. En effet, elle conduit à une augmentation importante du nombre de sujets quand le nombre de conditions augmente : 2 conditions nécessitent 4 sujets ou un multiple de 4, 3 conditions 6 ou un multiple, 4 conditions 24 sujets ou un multiple, 5 conditions 120 sujets ou un multiple ! Le nombre de sujets nécessaires est égal à la factorielle du nombre de conditions. On comprend alors la nécessité devant laquelle se trouve le chercheur de limiter le nombre de conditions expérimentales.
Une autre limite de cette technique est qu’elle suppose que l’ordre de présentation des conditions n’a pas d’influence sur les performances des sujets. Cela n’est pas toujours le cas. Si vous souhaitez étudier chez de jeunes enfants la maturation des mécanismes attentionnels, vous pouvez mettre au point une tâche d’attention passive où vous détournez l’attention du sujet et une tâche d’attention active où il doit d’engager activement dans la sélection d’une classe de stimuli. Dans ce contexte, il apparaît que vous ne pouvez pas contre balancer l’ordrede présentation de vos conditions. Si vous présentez la tâche active dans la première session, il est clair que cela contaminera les résultats de la tâche passive. L’enfant ne pourra pas arrêter de prendre en compte la classe de stimuli qu’il aura traitée dans la condition passive.
Il est nécessaire de bien distinguer la méthode du balancement de celle du contre balancement :
On parle de contre balancement si le même sujet reçoit plusieurs conditions expérimentales. L’ordre de présentation des tâches est contrebalancé pour tenir compte de l’effet de fatigue et d’apprentissage.
On parle de balancement d’une part, si la variable externe est appliquée au groupe de contrôle et au groupe expérimental alors que seul ce dernier est soumis à l’effet de la variable indépendante. D’autre part, si chaque sujet n’est soumis qu’à une seule tâche, la moitié du groupe est soumis à un niveau de la variable externe et l’autre moitié des sujets à l’autre niveau de cette variable.
1.3.5. Le tirage au sort des sujets.
Si aucune des méthodes précédentes ne peut être utilisée pour contrôler l’effet des variables externes, une dernière solution est de tirer au sort l’attribution de chaque sujet dans les différents groupes de sujets. Supposons que la population que vous vouliez étudier est peu nombreuse et qu’elle a une grande dispersion d’âge. Vous disposez d’une population entre 65 et 95 ans de 60 sujets à répartir en 2 groupes. Peu de ces sujets ont des âges proches ce qui ne permet pas de constituer des classes d’âge homogènes. Vous allez tirer au sort l’attribution de chacun de vos sujets dans les 2 groupes. L’idée sous-jacente est que l’effet de la variable externe, l’âge ici, devra en moyenne affecter pareillement votre variable dépendante mesurée dans chacun des groupes.
2. Les variables indépendantes.
Les variables indépendantes sont celles que l’on fait varier au cours de l’expérience pour étudier leur effet sur la variable dépendante. Elles représentent les phénomènes définis par la proposition antécédente des hypothèses. Elles comprennent le plus souvent :
Les caractéristiques physiques ou symboliques des stimuli manipulés. Dans l’étude de Duboc, il s’agit du SOA et du type de lien sémantique entre les 2 chaînes de caractères formant une paire.
Les variables de groupe. Particulièrement en clinique, on est amené à comparer les scores obtenus dans une tâche entre plusieurs groupes cliniques et un groupe de contrôle. Dans notre exemple, l’auteur utilise un groupe de sujets sains et 2 groupes de patients schizophrènes présentant ou non des troubles formels de la pensée.
Le chercheur dispose de deux moyens pour contrôler les niveaux des variables indépendantes :
D’une part, il peut déterminer arbitrairement ces niveaux. Duboc a choisi 4 niveaux pour le SOA (0,2 - 0,45 - 0,7 - 1,2 secondes) et 3 niveaux pour le type des paires de stimuli (liées sémantiquement, non liées, mot pseudo-mot)
D’autre part, il peut sélectionner des sujets qui possèdent déjà ce niveau de la variable indépendante. Duboc a constitué ses trois groupes en sélectionnant des sujets qui possédaient ou non certaines caractéristiques cliniques (présence ou non de signes de schizophrénie, présence ou non de troubles formels de la pensée).
La détermination par sélection des niveaux de la variable indépendante peut amener à des difficultés au moment de l’interprétation des résultats expérimentaux du fait des variables contaminantes que l’on n’a pas pu contrôler. En recherche clinique les traitements psychotropes en sont un exemple. Pour des raisons pratiques et éthiques, il est rarement possible de constituer des groupes de sujets pathologiques sans médicaments. Mais, l’on sait que ces traitements influencent d’une manière ou d’une autre les processus cognitifs. Comparer des résultats chez des sujets sains sans traitement à ceux de sujets malades avec traitement peut être source de confusion. Si des différences significatives sont mises en évidence, devront-elles être portées au compte de la pathologie, du traitement ou de l’interaction des deux facteurs ? Actuellement on admet qu’il est nécessaire, si l’on veut faire un lien entre une caractéristique clinique d’un groupe de patients et un processus cognitf, de prévoir un groupe de contrôle composé de patients appartenant à la même entité nosographique mais ne présentant pas cette caractéristique clinique. Il faudra soit choisir les sujets dans chaque groupe afin qu’en moyenne de groupe les scores de traitement ne soient pas différents soit apparier chaque sujet d’un groupe avec un sujet de l’autre groupe pour le traitement psychotrope. La deuxième solution est la plus rigoureuse mais, dans la réalité, relativement difficile à mettre en place.
Pour conclure, soulignons que les variables de contrôle et celles indépendantes influencent toutes les résultats. Ce qui les différencie est que les dernières forment le coeur des hypothèses testées et sont manipulées par le chercheur alors que les premières n’en font pas parties.
3. Les variables dépendantes.
Un grand nombre d’aspects du comportement peut être mesuré pour rendre compte des effets des variables indépendantes. Il est habituel de mesurer l’exactitude, la latence la durée, la fréquence des réponses du sujet. La variable dépendante de Duboc est le temps de réaction.
Deux aspects de cette variable sont à considérer :
Sa validité : ce que mesure cette variable doit refléter le processus supposé par l’hypothèse. Il est recommandé de la choisir parmi celles qui sont déjà utilisées dans le domaine étudié ou une qui lui soit clairement corrélée. Pour déterminer la validité d’une nouvelle variable, on peut corréler celle-ci à celle dont la validité est bien établie et qui est obtenue chez un même sujet.
Sa fidélité : si on répète la mesure sur le même sujet les valeurs trouvées doivent être les mêmes.