참가자 간 설계(between-subject) vs. 참가자 내 설계(within-subject)

<참고 문헌>  심리학실험법 7판(김민식, 감기택 옮김)

<잡담>

LMEM 논문에 관한 포스팅을 끝내고 무슨 글을 올리면 독자에게 도움이 될까 고민을 했는데...

심리학 실험에 익숙하지 않은 분들에게는

실험 설계 관련 용어도 익숙하지 않을 거라는 생각이 들어서

실험과 관련된 카테고리를 추가하면 좋겠다는 생각이 들었다!

 

첫 번째 글은 참가자 간 설계와 참가자 내 설계를 비교하는 포스팅이 되었다.

우리 연구실에서는 연구 프로포잘을 할 때 너무 당연하게 사용되는 용어라서

다들 알고 있을 거라고 생각하는데

이제 막 대학원에 입학하신 분들에게는 익숙한 용어가 아니라는 것을 얼마 전에 깨달았다ㅎㅎ...

 

내 기억으로는 참가자 간 설계와 참가자 내 설계는 통계 시간에 다뤘던 것 같은데

심리학 실험에서는 매우 자주 쓰이는 용어이고

심리학 전공생이라면 아마도 당연히 안다고 생각하시는 분들이 많을 것이기 때문에 아셔야 할 필수개념 중 하나!

 

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연구자가 독립변인과 종속변인을 결정했다면 다음에 고민해야 할 사항이 있다

(편의 상 독립변인의 수준이 두 개만 있다고 가정한다.).

 

바로 독립변인의 각 수준에 참가자를 어떻게 할당할 것인가하는 것이다.

여기서 할당 방법에 따라 '참가자 간 설계'와 '참가자 내 설계'를 구분한다.

이를 고려하는 것이 중요한 이유는 독립변인의 각 수준에 참가자를 할당하는 방법에 따라 

참가자의 차이에 의해 발생하는 변산을 다르게 처리하기 때문이다(이는 통계 관련 내용이라 자세히 다루지는 않는다.).

 

잠시 다른 이야기로 시작하자.

예전에는 'subject'를 '피험자'로 번역해서 '피험자'라는 용어를 많이 썼다.

그래서 옛날 책이나 논문을 보면 아마도 '피험자 간 설계'라는 용어가 사용되었을 것이다.

그런데 'subject/피험자'라는 용어에 참가자가 수동적이고 실험자-피험자의 관계가 평등하지 않은 의미를 함축하고 있다는 문제점이 지적되며 자발적으로 실험에 참여한다는 의미가 강조되는 'participant/참가자'라는 용어를 사용하게 되었다는 이야기를 들었다.

사소해 보이겠지만 이런 작은 것들의 변화가 중요하다는 생각이 든다.

 

하지만 설계 용어로서 'between/within-subject design'이라는 용어가 너무 굳어져서 영어로는 해당 용어를 쓰겠지만

한국어로는 '참가자 간/내 설계'가 개인적으로는 익숙해서 한국어로는 '참가자'라는 용어를 쓰겠다.

 

●참가자 간 설계(between-subject design, 피험자 간 설계)

참가자 간 설계는 참가자가 독립변인의 한 수준에만 노출되는 실험 설계로,

독립 집단 설계(independent group design)라고도 한다.

 

표로 좀 더 살펴보자.

위의 표를 살펴보면 독립변인의 수준이 2개인데 한 참가자가 두 수준 중 하나에만 할당된 것을 볼 수 있다.

이처럼 한 참가자가 독립변인의 한 수준에만 할당되는 경우를 참가자 간 설계라고 한다.

 

●장점

참가자 간 설계의 장점은 독립변인의 한 수준에 노출된 것이 다른 수준에 노출된 참가자들의 행동에 영향을 주지 않는다는 것이다.

이러한 예로는 순서효과나 이월효과가 있을 수 있다.

참가자 간 설계를 한다면, 순서효과나 이월효과를 걱정하지 않아도 된다는 것!

 

●단점

단점은 독립변인의 한 수준에 할당된 집단의 특성이 다른 수준에 할당된 집단의 특성과 다를 수 있고,

이로 인해 편향된 결과를 얻을 가능성이 있다는 것이다.

이러한 우려로 인해 참가자 간 설계에서는 특히 무선할당을 하는 것이 매우 중요하다!

 

●참가자 내 설계(within-subject design, 피험자 내 설계)

참가자 내 설계는 한 참가자가 독립변인의 모든 수준에 노출되는 설계로,

반복측정 설계(repeated measures design)라고도 한다.

 

표를 보면,

참가자 내 설계에서는 한 명의 참가자가 독립변인의 두 수준 모두에 할당되는 것을 알 수 있다.

 

●장점

참가자 내 설계의 첫 번째 장점은 연구에 필요한 참가자의 수가 적다는 것이다.

위의 참가자 간 설계에서는 똑같은 실험에 20명의 참가자가 필요했는데

참가자 내 설계에서는 절반으로 줄어든 것을 알 수 있다.

따라서 연구자가 참가자를 모집하는 데 드는 노력과 참가자 보상으로 사용되는 비용을 줄일 수 있다는 현실적 장점이 있다.

 

두 번째 장점은 참가자들 간 개인차에 의한 변산성을 최소화할 수 있다는 것이다.

이에 따라 독립변인의 각 수준에서 나타나는 차이를 실제 차이로 확신하게 될 가능성이 높아진다.

참가자 간 설계에서는 각 수준에 할당된 참가자들의 특성이 달라서 결과가 달라질 가능성이 있는데

참가자 내 설계에서는 그런 가능성이 줄어든다는 것으로 이해하시면 될 것 같다.

 

또한 신뢰도와 같은 관점에서도 참가자 내 설계가 장점을 가지는데

이와 관련하여 Rivers와 Sherman의 'Experimental design and the reliability of priming effects-Examining the 'train wreck' through the lens of statistical power'를 읽어볼 것을 추천한다.

 

●단점

장점이 있으면 단점도 있는 법!

첫 번째 단점은 순서효과나 이월효과가 발생할 수 있다는 것이다.

이를 보완하기 위해 참가자 내 설계를 사용할 때는 역균형화를 실시한다.

 

두 번째 단점은 역균형화를 사용하더라도 범위효과가 있을 수 있다는 것이다.

 

순서효과, 이월효과, 범위효과는 따로 포스팅을 하여 다룰 예정이라 이렇게 간단하게 설명만 하고 넘어가겠다.