科學研究中的相關與因果

我們常聽聞科學研究結果，指出某病因（致病因子）與疾病具有明確的因果關係。但是，許多健康議題的研究通常只能指出相關程度，難以證明有因果關係。

　在1946年，美國生化學家瓦克斯曼（Selman Waksman）宣布發現鏈黴素。雖然鏈黴素在治療肺結核有初步成效，但患者的病情卻經常復發。此時，英國生物統計學家希爾（Sir Austin Bradford Hill）受邀加入肺結核試驗委員會，檢驗鏈黴素能否有效治療肺結核。希爾以隨機對照試驗（randomized controlled trial），證明一定劑量的鏈黴素能有效治療肺結核。從此，醫學研究由經驗導向轉入實證導向，健康研究也開始強調嚴謹的設計與有效的證據 。

　1947年英國醫學研究委員會委託希爾，調查英國肺癌死亡率比25年前提高15倍的原因。當時有人認為是工業化的空氣污染，或柏油路散發的有毒氣體，只有少數人懷疑是吸菸。由於當時幾乎找不到不吸菸的患者，無法比較肺癌患者有吸菸與無吸菸的差異。於是希爾與他的學生多爾（Richard Doll）合理假設，若吸菸能引起肺癌，吸菸越多的人得肺癌的機率就越大。為此，需排除其它的致癌因素，如空氣污染、初次吸菸年齡、居住環境等，找到其它因素都相似，只有吸菸量不同的一群人。經嚴格的樣本篩選，希爾於1950年把研究結果發表在醫學期刊 ，首次以流行病學證明吸菸和肺癌的關係。

　由於疾病的形成很複雜，因此希爾把統計的概念帶入因果關係的判斷，可以用方法學找出規律性。研究者總希望可以得到因果關係的推論，然而健康危害的研究很難獲得直接的因果關係，經常只能得到兩個變項在統計上的相關，但相關無法代表有因果關係。例如，研究統計得出空氣污染物和台灣肝癌有相關性，但並不代表空氣污染物是台灣人得肝癌的充分或必要條件，甚至可能是研究設計造成的偶然。

　在希爾證明吸菸和肺癌的關係後，香菸危害健康備受重視。在1964年的美國公共衛生局諮詢委員會，希爾報告抽菸與健康的關係時，提出因果關係的判斷準則，次年再增四個觀點，試圖協助判斷可能的致病因與疾病之間的因果關係。「希爾準則」的條件如下：

　一、一致性：不同人群、時空可重複得出相同結果，避免因少數研究而判斷錯誤。

　二、強度：相關程度越大，因果關係的可能性越大。

　三、特異性：病因和疾病要有一對一關係，例如：肺癌中的鱗狀細胞癌和腺癌可能引發自不同的環境因子。

　四、時序性：暴露於病因一定要發生在疾病之前，準則中唯一充分且必要條件。

　五、合理性：結果不與現存理論知識衝突。

　六、生物漸增性：即劑量反應關係，但實際狀況的劑量關係更複雜。

　七、符合現存的生物學知識：須以現有的生物學知識，合理解釋疾病的病因和機制。

　八、實驗的證據：從實驗中獲得的證據，尤其在介入或停止病因之暴露後，疾病的危險程度變化。

　九、類比性：某個病因與疾病已被證明存有因果關係時，則類似於病因的其他因子亦可能導致該疾病。例如：石綿已知會引發肺胸膜發炎和纖維化，奈米碳管具有類似石綿的特性，因而能引發相同的症狀。

　希爾準則被用來協助推論健康研究的因果關係，然而任何單一項的準則都不足以有效解決因果關係的問題，因此從未被視為核對因果關係的唯一標準。許多研究看似存在著因果關係，但必須針對研究中的不同情況，仔細衡量單項準則的條件，再謹慎解讀。