Randomisierung – Typisches Verfahren bei Experimenten

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Randomisierung Definition

Jede wissenschaftliche Arbeit beinhaltet einen Eigenanteil, der gerade in Abschlussarbeiten häufig durch umfangreiche Forschung geleistet wird. Um deren Validität und Repräsentativität zu gewährleisten, ist in vielen Studien das Verfahren der Randomisierung von Bedeutung. Es soll sicherstellen, dass die Ergebnisse, zu denen die Forschenden kommen, auch wirklich durch das Experiment zustande kommen und nicht durch unbeabsichtigte Störgrößen.

Randomisierung „einfach erklärt“

Liegt eine Randomisierung vor, spricht man von der zufälligen Aufteilung von Testpersonen eines Experiments auf mehrere Gruppen. Mittlerweile wird die Zuteilung meistens von einer Software durchgeführt.

Definition: Randomisierung

Bei der Randomisierung werden die Testpersonen eines Experimentes zufällig auf zwei oder mehrere Gruppen aufgeteilt, mit denen dann unterschiedlich verfahren wird. In einer medizinischen Studie könnte beispielsweise eine Gruppe das zu prüfende Medikament erhalten (Versuchsgruppe), die andere ein Placebo oder eine gewöhnliche Therapie (Kontrollgruppe).¹ Die Zuteilung erfolgt heutzutage meist durch eine Software, in die das jeweilige Forschungsdesign einprogrammiert wird.²

Als randomisierte Studien können dementsprechend Studien bezeichnet werden, in denen die Testpersonen durch Zufall der Versuchs- oder Kontrollgruppe eines Experimentes zugeteilt werden. So soll verhindert werden, dass die Forschungsergebnisse von Variablen beeinflusst werden, die kein Teil des Experimentes sind.

Wie werden Experimente randomisiert?

Durch die Randomisierung können Forscher gewährleisten, dass die Gruppen so wenig strukturelle Unterschiede wie möglich aufweisen. Beide Gruppen sollen beispielsweise gleich viele Männer und Frauen, gleich viele junge und alte Menschen oder Menschen mit ähnlichen medizinischen Diagnosen enthalten. Somit bleiben die Ergebnisse des Experimentes so unverfälscht wie möglich.¹

Ist das der Fall, kann die Studie als „randomisierte kontrollierte Studie“ oder „RCT“ (englisch: randomised controlled trial) bezeichnet werden. Das Wort „kontrolliert“ bezieht sich hierbei auf das Abgleichen der Resultate der Versuchsgruppe mit einer anderen Gruppe. Die randomisierte kontrollierte Studie gilt in der Wissenschaft als hochwertigste Form der klinischen Studie

Wichtig: Randomisieren ist nicht dasselbe wie das Ziehen zufälliger Stichproben. Letzteres bezeichnet das zufällige Auswählen von Testpersonen aus der Gesamtheit. Der Fokus der Randomisierung liegt jedoch nicht auf der Auswahl, sondern der möglichst äquivalenten Verteilung der Personen auf Gruppen.

Beispiel:
In einer Studie soll erforscht werden, ob Studenten sich mehr Informationen merken können, wenn sie sich während ihrer Lernpausen an der frischen Luft bewegen.

Studiendesign: Die teilnehmenden Studenten werden zufällig in die Versuchs- oder die Kontrollgruppe eingeteilt. Beide Gruppen lesen einen Text und müssen später Fragen beantworten, die zeigen sollen, wie viele Informationen aus dem Text sie sich merken konnten.

Versuchsgruppe: Die Studenten legen beim Lesen eine Pause ein, in der sie spazieren gehen dürfen.

Kontrollgruppe: Die Studenten verbringen ihre Pause in einem geschlossenen Raum.

Ergebnis: Das Experiment zeigt, dass die Studenten, die spazieren gehen durften, sich mehr Informationen gemerkt haben.

Warum wird die Randomisierung durchgeführt?

Jedes Experiment verfolgt das Ziel, einen kausalen Zusammenhang zwischen zwei Variablen zu beweisen. Damit die Resultate nicht von Variablen beeinflusst werden, die nicht Teil des Experimentes sind, wird eine Randomisierung durchgeführt. Sie stützt die Annahme, dass es einen kausalen Effekt gibt, und trägt so zur internen Validität der Forschung bei.

Die interne Validität eines Experimentes hängt signifikant von der Strukturgleichheit der Versuchs- und der Kontrollgruppe ab.³ Das bedeutet: Im obigen Beispiel soll ein Zusammenhang zwischen der Bewegung der Studierenden und der Menge der gemerkten Informationen hergestellt werden. Befinden sich in der Versuchsgruppe jedoch intelligentere Menschen als in der Kontrollgruppe, wäre das Resultat auch durch die höhere Intelligenz erklärbar statt durch das höhere Maß an Bewegung. Die interne Validität des Experimentes sinkt.

Aus diesem Grund müssen Störgrößen gleichmäßig auf alle Gruppen verteilt werden. Als Störvariablen oder -größen gelten jegliche Faktoren, die unerwünschten Einfluss auf die abhängige Variable nehmen können. In unserem Beispiel handelt es sich bei der abhängigen Variable um die gemerkten Informationen, bei der Störgröße um die Intelligenz der Testpersonen. Auch das Alter oder Geschlecht der Testpersonen werden in vielen Studien als Störgrößen anerkannt. Durch die Randomisierung können sie zwar nicht eliminiert, aber dafür gleichmäßig verteilt werden, sodass ihr Einfluss auf die Resultate abnimmt.

Wird in einer Studie nicht randomisiert, können Störvariablen eine systematische Verzerrung hervorrufen. Dabei handelt es sich um einen kausalen Effekt, der jedoch nicht durch das Experiment selbst zustande gekommen ist, sondern durch die strukturelle Ungleichheit der Versuchs- und der Kontrollgruppe.

Das Verfahren der Randomisierung im Überblick

Je nach Studiendesign, Forschungsfrage und der Anzahl der Forschenden können verschiedene Methoden der Randomisierung eingesetzt werden.³ Bekannt sind hierbei:

  • einfache, nicht-kontrollierte Randomisierung,
  • Quasi-Randomisierung,
  • Blockrandomisierung mit Balancierung,
  • adaptive Randomisierung.

Einfache nicht-kontrollierte Randomisierung

Bei der einfachen nicht-kontrollierten Randomisierung wird die Zuteilung zufällig und ohne jede Balance vorgenommen.² Dadurch kann es passieren, dass die Gruppen nicht nur strukturell ungleich, sondern auch unterschiedlich groß sind. Störgrößen werden hierbei nicht berücksichtigt, weswegen die Gruppen im Nachhinein auf ihre Strukturgleichheit überprüft werden sollten. Forscher nehmen dazu meist Gruppenvergleiche im Bezug auf Merkmale wie Geschlecht, Alter oder medizinische Diagnosegruppen vor.³

Quasi-Randomisierung

Das Verfahren der Quasi-Randomisierung hat seinen Namen nicht umsonst bekommen: Es ist nicht vollständig zufällig. Hier erfolgt die Zuteilung der Gruppen nach einem bestimmten Prinzip, also beispielsweise abwechselnd oder nach geraden oder ungeraden Geburtsdaten. Ein solches Prinzip wirkt auf den ersten Blick zufällig, ist es aber nicht, da das Risiko eines Selektionsbias und der Störgrößen bestehen bleibt.¹

Blockrandomisierung mit Balancierung

Für eine Blockrandomisierung werden die Testpersonen in Bezug auf ein bestimmtes Merkmal, wie beispielsweise ihr Alter oder ihre Herkunft, in Blöcke aufgeteilt. 200 Personen können beispielsweise in zehn Blöcke mit jeweils zwanzig Personen aufgeteilt werden. Innerhalb eines Blocks werden die Testpersonen dann gleichmäßig in die verschiedenen Gruppen eingeteilt. So kann garantiert werden, dass alle Störgrößen gleichmäßig auf die unterschiedlichen Gruppen verteilt sind. Die Äquivalenz der Gruppen erhöht sich, die Möglichkeit einer systematischen Verzerrung sinkt.

Adaptive Randomisierung

Bei der adaptiven Randomisierung werden für die Zuteilung jeder neuen Testperson die bisherigen Verteilungen berücksichtigt.² Die Wahrscheinlichkeit, einer Gruppe zugeteilt zu werden, hängt daher von der bisherigen Einteilung ab. Meistens wurde bereits zu Beginn des Experiments eine Randomisierung durchgeführt, die zweite erfolgt auf Grundlage der ersten Einteilung und einer damit verbundenen Wahrscheinlichkeitsrechnung.

Ein Sonderfall der adaptiven Randomisierung ist die sogenannte „Play-The-Winner-Methode“. Beispielsweise führt hier der Erfolg einer medizinischen Behandlung dazu, dass diese auch bei der nächsten Testperson angewandt wird. Nur dann, wenn eine Behandlung keine oder eine nicht ausreichende Wirkung zeigte, wird die Behandlung gewechselt.³

Wann kann das Verfahren einer Randomisierung nicht stattfinden?

Eine Randomisierung ist nicht immer möglich, da es für einige Experimente von Bedeutung ist, die Gruppenzuteilung nach einem bestimmten Prinzip durchzuführen. Ein solcher Fall tritt beispielsweise in medizinischen Studien auf, in denen es ethisch unzumutbar sein kann, eine schwer kranke Person mit einem Placebo zu behandeln. Wird keine Randomisierung durchgeführt, spricht man von einem „Quasi-Experiment“. Das Fehlen des Randomisierens kann jedoch die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass das Ergebnis von Störvariablen beeinflusst wird.

Häufig gestellte Fragen

Als Randomisierung wird die zufällige Verteilung von Testpersonen einer Studie auf zwei oder mehrere Gruppen verteilt. Dadurch soll der Einfluss von Störvariablen auf die Forschungsergebnisse ausgeschlossen werden.²

Forscher können durch die Randomisierung gewährleisten, dass die verglichenen Personengruppen so äquivalent wie möglich sind. Merkmale wie Alter und Geschlecht sollen gleichmäßig auf die Gruppen verteilt werden, damit sie die Ergebnisse der Studie nicht verfälschen.¹

Es wird zwischen der einfachen nicht-kontrollierten, der Quasi-, der Block- und der adaptiven Randomisierung unterschieden.¹

Randomisierte Studien greifen auf ein Zufallsprinzip zurück, um Testpersonen in strukturgleiche Gruppen einzuteilen. Dafür wird zumeist eine Software verwendet, in die das jeweilige Forschungsdesign einprogrammiert wird.¹

In manchen Fällen kann sich das Randomisieren als ethisch nicht vertretbar oder aus anderen Gründen unmöglich erweisen, wenn es beispielsweise für die Studie wichtig ist, die Gruppen auf Basis eines bestimmten Prinzips aufzuteilen.

Quellen

1 CRO Dr. med. Kottmann GmbH & Co. KG: GLOSSAR – R: RANDOMISIERUNG, in: cro-kottmann.de, 2015, [online] https://www.cro-kottmann.de/de/randomisierung.html (08.09.2022)

2 Bundesministerium für Soziales, Gesundheit, Pflege und Konsumentenschutz: Randomisiert-kontrollierte Studie, in: Öffentliches Gesundheitsportal Österreichs, [online] https://www.gesundheit.gv.at/lexikon/R/lexikon-randomisiert-kontrollierte-studie.html (08.09.2022)

3 Regber, L.: Randomisierung, in: Statistische Beratung – Linda Regber, MPH, [online] https://lindaregber.com/randomisierung/ (08.09.2022)