Jij leest dit artikel omdat je slim bent (of is het andersom?)

Veroorzaakt CO2-uitstoot klimaatverandering?

Helpen vaccinaties tegen de mazelen?

Leidt immigratie tot problemen?

Veel publieke debatten gaan over dit soort vragen: vragen over oorzaak en gevolg. Heel kort door de bocht kun je het debat vaak indelen in twee kampen – zij die wel geloven dat er een verband is en zij die níét geloven dat er een verband is.

Klimaatontkenners geloven niet dat de menselijke uitstoot van CO2 (oorzaak) leidt tot klimaatverandering (gevolg) – klimaaterkenners wél.

Anti-vaxxers geloven niet dat vaccinaties (oorzaak) de gezondheid van kinderen (gevolg) helpen – pro-vaxxers wél.

Gutmenschen denken niet dat immigratie (oorzaak) veel sociale en economische problemen (gevolg) zal veroorzaken – xenofoben wél.

Oorzaak-gevolgvragen leiden tot verhit debat, omdat ze over concrete acties gaan. Weet je hoe iets veroorzaakt wordt, dan kun je er iets aan doen. CO2-uitstoot terugschroeven, vaccinatieprogramma’s opstarten, strenger immigratiebeleid voeren.

Maar bestaat het verband níét, dan helpen zulke acties niet of werken ze zelfs averechts. Geld wordt uitgegeven aan nutteloze zaken, kinderen worden zieker, de economie dondert in elkaar omdat we niet genoeg arbeidskrachten hebben.

Beide kampen wapperen met wetenschap om hun punten kracht bij te zetten. Het ene statistiekje moet het opnemen tegen de andere grafiek, de ene studie tegen het andere onderzoek.

Wie heeft gelijk? Om die vraag te kunnen beantwoorden, moeten we een duik nemen in de wetenschap van oorzaak en gevolg. Wat kunnen wetenschappers zeggen over de netelige vragen die ons bezighouden? En wat kunnen ze niet zeggen?

Uit de serie ‘Ways of Knowing’ door Daniel Stier

Een millennia oude zoektocht

Een overdaad aan vlees en wijn, velen hadden er wel voor getekend in de zesde eeuw voor Christus. Maar Daniël niet. De Joodse jongeman was met drie vrienden gevangengenomen en moest dienen in het hof van Babylon.

Ze moesten de Babylonische taal en cultuur leren. Onderdeel van de opleiding: vorstelijke porties wijn en vlees verorberen. Maar Daniël en zijn vrienden weigerden eraan mee te doen. Want koosjer koken, daar deden ze niet aan, aan het hof van Nebukadnezar.

De hoogste dienaar vond deze onthouding maar niks: ‘Als hij [de koning, SB] vindt dat jullie er slechter uitzien dan jullie leeftijdsgenoten, zal hij mij daarvoor verantwoordelijk stellen.’

Het is lastig om oorzaak en gevolg te onderzoeken

Daniël kwam met een oplossing. Laat ons tien dagen groenten eten, stelde hij voor, en geef de andere jongens vlees en wijn. ‘Beslis dan over uw dienaren op grond van wat u ziet.’ Zo geschiedde.

Het bleek een succes. Nebukadnezar was onder de indruk van Daniël en zijn vrienden. Hij ‘vond hen tien keer zo voortreffelijk als alle magiërs en bezweerders in heel zijn rijk’.

Het bijbelse experiment laat zien dat onze zucht naar causale vragen van alle tijden is. Al millennia willen we oorzaak en gevolg begrijpen. Door welk dieet word ik gezond? Door welke strategie vang ik een mammoet? Door welke kracht valt de appel van de boom?

Voor Judea Pearl, computerwetenschapper en schrijver van Het boek waarom, is ons denken over oorzaak en gevolg zelfs een van de redenen dat homo sapiens zo succesvol is geworden. Want door oorzaak en gevolg aan elkaar te verbinden, kun je de wereld naar je hand zetten. Dan kun je gewassen verbouwen, een stoommachine uitvinden, medicijnen ontwikkelen.

Maar Daniëls experiment laat nog iets zien: hoe lastig het is om oorzaak en gevolg te onderzoeken.

Het probleem van correlatie en causaliteit

Daniëls idee lijkt een succes. Door te weten welk dieet (oorzaak) de groep gezond (gevolg) maakte, konden ze betere dienaren zijn voor Nebukadnezar en kon Daniël blijven eten wat hij wilde.

Maar zijn idee berust op een denkfout: dat de vegagroep gezonder was, wil nog niet zeggen dat ze ook gezonder waren doordat ze op het groentedieet zaten. In statistisch lingo, Daniël haalde correlatie door elkaar met causaliteit.

Waar zat de fout? Daniël ging ervan uit dat de twee groepen – de vleesgroep en de vegagroep – hetzelfde waren. Dat het dieet het enige verschil was. Op het eerste gezicht lijkt dat wel te kloppen, want Nebukadnezar wilde alleen jongemannen ‘zonder lichamelijke gebreken, aantrekkelijk om te zien, rijk aan kennis, ontwikkeld en met een scherp verstand’.

Maar Daniël en zijn Joodse vrienden konden ook op andere manieren verschillen van de rest. Misschien hadden ze betere genen, bewogen ze meer of waren ze überhaupt al gezonder dan hun collegae.

Dat je twee zaken, een bepaald dieet en een betere gezondheid, bij dezelfde personen observeert (correlatie) wil dus nog niet zeggen dat het een het ander ook veroorzaakt (causaliteit).

Er is nog een variant van de fout: dat twee zaken tegelijkertijd gebeuren (correlatie), wil niet zeggen dat het een het ander ook veroorzaakt (causaliteit). Neem het aantal hersentumoren in de Verenigde Staten tussen 1975 en 1995. Je ziet een sterke toename in het midden van de jaren tachtig.

Een groep onderzoekers ging op zoek naar de oorzaak en kwam met een mogelijke kandidaat: zoetjes. Amerikanen waren kort voor de stijging massaal kunstmatige zoetstof in hun koffie gaan doen, dat móést er wel iets mee te maken hebben.

Totdat je bedenkt wat er nog meer gebeurde midden jaren tachtig: Rick Astley bracht Never Gonna Give You Up uit; het softwareprogramma Word kwam voor het eerst op de markt; ík kwam voor het eerst op de markt. In 1986 kwam ik ter wereld met piekerig zwart haar. Ik had net zo goed de oorzaak kunnen zijn.

Nog altijd is er geen verband bewezen tussen zoetjes en hersentumoren. Een logischere verklaring voor de sprong in de grafiek? Rond 1985 kregen veel ziekenhuizen een MRI-scanner, waardoor meer tumoren werden opgespoord.

‘Correlatie is geen causaliteit’ is een argument dat door sceptici in allerhande debatten wordt gebruikt. Zo stelde de tabaksindustrie decennialang dat rokers toch wel echt andere types waren dan niet-rokers (net zoals Daniël en zijn vrienden anders waren dan de vleeseters). En dat de gelijktijdige toename van rokers en longkankergevallen niet betekende dat roken ongezond was (net zoals zoetjes niet per se slecht waren).

Toch weten we intussen dat roken tot longkanker kan leiden. Het is namelijk lastig om oorzaak en gevolg te onderzoeken, maar het is niet onmogelijk. Op deze vier manieren ontwarren wetenschappers oorzaak en gevolg.

Doe een gecontroleerd experiment

12 april 1955. Overal in de Verenigde Staten zaten bioscoopzalen stampvol, stonden televisies gereed op scholen, schalden radio’s door kantoren. Iedereen zat klaar voor de uitslag van het grootste medische experiment ooit. Nu zou eindelijk duidelijk worden of polio uit te roeien was.

Het was elke zomer raak, duizenden Amerikaanse kinderen werden ziek. Patiëntjes liepen rond alsof het oorlogsveteranen waren, voorzichtig schuifelend met krukken en spalken. Of erger: sommigen lagen in een ‘ijzeren long’, een groot apparaat dat hun ademhaling op gang moest houden. Anderen overleefden de ziekte niet.

Niemand wist waar polio vandaan kwam. Katten? Geïmporteerde bananen? Dus werden zwembaden gesloten, verjaardagspartijtjes afgelast, kruidenzakjes omgehangen – alles om de ziekte buiten de deur te houden.

Maar er was hoop: in de stad Pittsburgh in Pennsylvania werkte viroloog Jonas Salk aan een vaccin. Hij onderzocht meer dan 1,3 miljoen kinderen. Voor 400.000 van hen koos hij willekeurig wie een vaccin en wie een placebo kreeg.

De eerste resultaten waren positief geweest. Salk was zo optimistisch dat hij ook zichzelf en zijn kinderen er al mee had ingeënt. En nu kwam eindelijk het verlossende woord, de uitslag van zijn grote experiment.

Voordat Salk en zijn collega’s op die twaalfde april 1955 hun resultaten officieel bekend konden maken, was het nieuws al uitgelekt. ‘Het vaccin werkt’, vertelde de presentator Dave Garroway van de talkshow NBC Today. ‘Het is veilig, effectief en krachtig.’ Kerkklokken luidden, schoolkinderen renden naar buiten, mensen huilden van opluchting.

De willekeurige indeling van wie in welke groep valt is cruciaal bij een gecontroleerd experiment

Salks experiment is een voorbeeld van de eerste manier van oorzaak en gevolg onderzoeken: een gecontroleerd experiment. De willekeurige indeling van wie in welke groep valt (vaccin of placebo) is cruciaal bij zo’n experiment.

Zoals we eerder bij Daniël zagen, is het problematisch als twee groepen op meer manieren van elkaar verschillen dan alleen de behandeling. Als, bijvoorbeeld, ouders hun kinderen laten inenten omdat ze toch al een zwakkere gezondheid hebben.

Daarom deed Salk wat nog altijd wordt gedaan in medische experimenten, hij lootte wie er in welke groep terechtkwam. Dat voorkomt de ‘selectiebias’, oftewel: dat een bepaald ‘type’ mens voorsorteert op een behandeling.

Het idee is dat er maar één verschil tussen de twee groepen bestaat, en dat is of ze de behandeling hebben gekregen. Vergelijk je nu de twee groepen met elkaar, dan kun je concluderen dat het vaccin (oorzaak) de kans op polio (gevolg) vermindert.

Bijna 25 jaar later, in 1979, werden de Verenigde Staten poliovrij verklaard. Dat is te danken aan Salks vaccin en een vaccin dat later werd ontwikkeld door Albert Sabin.

Sindsdien zijn wereldwijd vaccinatieprogramma’s opgestart. In Nederland werden de laatste poliogevallen in 1993 gesignaleerd. En ook in andere landen gaat het goed: waren er in 1988 wereldwijd nog zo’n 350.000 gevallen, in 2018 waren het er nog maar 33.

Maar we zijn er nog niet

Een gecontroleerd experiment is een mooie methode, maar kan niet altijd gebruikt worden. Zo zijn zulke experimenten vaak duur. Je hebt een onderzoeksteam nodig, moet vrijwilligers soms betalen en hebt regelmatig te maken met dure (medische) behandelingen. Een bestaande dataset in statistieksoftware gooien is een stuk goedkoper.

Ook heb je bij experimenten het probleem dat er alsnog zelfselectie optreedt. Je behandel- en controlegroep mogen dan op elkaar lijken, ze lijken misschien niet op de rest van de wereld. Zo stelden psycholoog Joseph Henrich en collega’s dat de steekproeven in psychologie ‘WEIRD’ zijn, Western, Educated, Industrialized, Rich en Democratic.

Vaak worden onderzoeksbevindingen veralgemeniseerd naar ‘de mens’, terwijl WEIRD-mensen sterk kunnen afwijken van andere groepen. Neem de Müller-Lyer-illusie, waarbij je moet raden welke lijn langer is: A of B (zie links in de figuur).

Voor de meesten van ons lijkt lijn A langer. In werkelijkheid zijn de lijnen even lang, zoals je rechts in de figuur kunt zien. Het is een standaardvoorbeeld in de studieboeken, maar uit extra onderzoek bij kleine niet-WEIRD-gemeenschappen blijkt: niet iedereen is even gevoelig voor de illusie. Zo zag een volk in de Kalahariwoestijn geen verschil tussen de twee lijnen.

De derde reden dat gecontroleerde experimenten geen panacee zijn: sommige experimenten zijn onethisch. Je kunt mensen niet gaan dwingen om alcohol te drinken om te zien of het gezond is, of ze biologisch voedsel door de strot duwen.

Psychologische en medische experimenten moeten dan ook goedgekeurd worden door een ethische commissie. Philip Zimbardo, die 24 mannelijke studenten gevangenisje liet spelen in zijn Stanford Prison Experiment, zou het vandaag de dag wel kunnen schudden.

Laten we tot slot ook niet vergeten dat veel gecontroleerde experimenten simpelweg onmogelijk uit te voeren zijn. We hebben niet een hoop planeten tot onze beschikking die we willekeurig veel of weinig CO2 in hun atmosfeer kunnen toewijzen. Of een hoop Nederlanden, waarin we kunnen variëren qua strengheid van het immigratiebeleid.

Gelukkig zijn er meer manieren om een oorzakelijk verband te onderzoeken.

Sluit alle andere verklaringen uit

In augustus 1960 krijgt Robbie Ouwerkerk last van pukkels. Het 11-jarige jongetje is niet de enige in Nederland. In korte tijd krijgen 100.000 mensen last van uitslag, jeuk en misselijkheid. Sommigen hebben ook hoge koorts.

Robbie probeert te begrijpen hoe hij aan de ziekte komt. Hij merkt op dat zijn broer en vader nergens last van hebben. Zij eten altijd roomboter, terwijl Robbie zelf margarine eet. Zou dat het kunnen zijn?

Robbies moeder belt de GG&GD op met de tip. Meteen trekken epidemioloog Joop Huisman en dermatoloog Henk Doeglas het land in. Ze ondervragen veertig patiënten met telkens die vraag: ‘Heb je Planta-margarine gegeten?’

Het leek er namelijk op dat het lag aan de vernieuwde margarine van Planta, een merk van Unilever. En inderdaad: elke zieke had het nieuwe product gegeten. De nieuw toegevoegde emulgator ME-18, tegen het spatten bij verhitting in een pan, leek de boosdoener te zijn.

Toch waren er nog wat feiten die de theorie tegenspraken. De ziekte bleek al langer voor te komen in Nederland, al voordat Unilever zijn nieuwe margarine op de markt zette. Ook dat was te verklaren: de bestanddelen waren eerder al eens (tijdelijk) toegevoegd aan Planta. En een eerdere uitbraak in 1958 van Die Bläschenkrankheit in Duitsland bleek ook te maken te hebben met ME-18.

Unilever stopt onmiddellijk met de productie van Planta en zorgt dat de pakjes uit de handel worden gehaald. Toch duikt de ziekte twee weken later weer op. Dat blijkt uiteindelijk extra bewijs voor de theorie: het verbindingsmiddel ME-18 is in fabrieksketels achtergebleven waar later andere margarines in zijn gemengd.

Planta overleeft de ramp niet. En Robbie? Die gaat voortaan door het leven als Robbie-Planta.

Kom met een goede theorie

Het verhaal van Robbie laat zien dat je door slim nadenken een heel eind kunt komen. Hij bedacht een theorie, die vervolgens door artsen werd getest. Elk feit moest ermee kloppen. De mensen die geen Planta hadden gekregen, hadden nergens last van; degenen die een paar weken later uitslag kregen, konden ook worden verbonden aan ME-18; en misschien wel het belangrijkste bewijsstuk: toen Planta uit de handel werd gehaald, verdween de ziekte.

Je kunt de pukkelepidemie vergelijken met klimaatverandering. De gemiddelde temperatuur op aarde neemt sinds 1880 toe, waar kan dat door komen? Allerlei verklaringen zijn geopperd. Komt het bijvoorbeeld door de zon, die sommige periodes warmer is dan anders? Door vulkanen die CO2 uitstoten? Komt het doordat de aarde schommelt rondom haar as?

Het zijn stuk voor stuk factoren die van invloed zijn op het klimaat. Alleen kunnen ze niet verklaren waarom de temperatuur de afgelopen anderhalve eeuw zo snel is gestegen. Kijk je naar de periode dat de temperatuur toeneemt, dan zie je dat (1) de instraling van zonne-energie niet is toegenomen, (2) vulkanische activiteit min of meer gelijk is gebleven en (3) de baan van de aarde geen verklaring kan zijn voor de toename.

De enige verklaring die blijft staan is dat het komt door CO2 en andere broeikasgassen. En – anders dan bij de Planta-affaire – het is ook duidelijk hoe oorzaak en gevolg aan elkaar verbonden zijn. Er is een duidelijke theorie waarom het een tot het ander zou leiden.

De aarde kaatst energie van de zon terug als infrarode straling, de broeikasgassen nemen die warmtestraling op en zenden haar alle kanten op, waaronder naar het aardoppervlak. Voilà: een verklaring voor de toegenomen warmte.

De wetenschap is nooit 100 procent zeker. Wie weet komt er op een dag iemand die zo’n sterk tegenbewijs levert, dat we de oude theorie weg moeten gooien. Voorlopig lijkt dat onwaarschijnlijk.

‘Geloof me, die [verborgen verklaring] is er ook gewoon niet’, zei klimaatwetenschapper Geert Jan van Oldenborgh onlangs tegen de Volkskrant. ‘Reken maar dat we ons allemaal gek hebben gezocht. Want als je hier een gat in kunt schieten, sta je meteen in Nature.’

Zoek een natuurlijk experiment

In de sociale wetenschappen bestaan geen natuurwetten. Als er al een kloppende theorie zou bestaan die bepaalt hoe de mens zich gedraagt, dan is die zo ingewikkeld dat we nog niet alle schakels begrijpen. Daarom kunnen economen en psychologen geen exacte voorspellingen doen.

Maar dat betekent niet dat deze vakgebieden maar moeten stoppen met onderzoek naar causaliteit. Net zoals we van sommige medische behandelingen kunnen zeggen dat ze de kans verhogen dat iemand geneest, maar we geen 100 procent garantie kunnen geven, zo kun je soms ook een inschatting maken van de gevolgen van bepaald beleid.

Neem integratie van immigranten. Sommigen stellen dat je nieuwkomers maar beter snel de Nederlandse nationaliteit kunt geven, als prikkel om te integreren in de samenleving. Maar anderen zijn van mening dat de nationaliteit juist een beloning moet zijn voor een goede integratie. Zoals toenmalig minister van Binnenlandse Zaken Piet Hein Donner stelde: ‘Het Nederlanderschap is een bekroning op participatie en integratie in de maatschappij.’

Dus is de vraag: helpt het burgerschap bij integratie? Je kunt niet zomaar degenen met en zonder Nederlandse nationaliteit vergelijken, want paspoorten worden niet zomaar verloot en dus zijn er verschillen tussen immigranten met en zonder. Een gecontroleerd experiment stuit waarschijnlijk op kritiek: paspoorten verloten is oneerlijk, je speelt met de toekomst van mensen.

Econoom Jens Hainmueller en collega’s vonden een context waarin je deze onderzoeksvraag wel kunt beantwoorden. Ze keken naar Zwitserland, waar gemeenten het besluit of iemand de Zwitserse nationaliteit kreeg hadden gedemocratiseerd. De groep stemgerechtigden kreeg een kort cv thuisgestuurd van de immigrant, waarna ze ‘ja’ of ‘nee’ mochten stemmen.

In Zwitserland werd door stemming besloten wie de nationaliteit kreeg

Het is niet logisch om de ‘winnaars’ te vergelijken met de ‘verliezers’, want er zijn waarschijnlijk redenen dat de ene immigrant wel veel stemmen haalt en de andere niet. Maar Hainmueller en collega’s hadden een ander idee: ze keken naar de mensen die het net wel of net niet hadden gehaald.

Hun idee was dat het een kwestie van mazzel is of je de beslissende stem krijgt. Net zoals je in een gecontroleerd experiment door toeval in de ene of de andere groep terechtkomt, zo kwamen de immigranten met een krappe minder- of meerderheid door toeval in de groep mét nationaliteit (interventiegroep) of zonder nationaliteit (controlegroep) terecht.

Je kunt nu deze groepen met elkaar gaan vergelijken – althans, degenen die in Zwitserland bleven wonen – als je wilt weten wat de gevolgen zijn van het krijgen van de nationaliteit. In dit geval keken de onderzoekers of het krijgen van een nationaliteit (oorzaak) leidt tot betere integratie (gevolg).

De onderzoekers zagen: mensen met een Zwitserse nationaliteit raakten beter geïntegreerd. Ze hadden vaker plannen om in Zwitserland te blijven, ervoeren minder discriminatie en lazen vaker een Zwitserse krant. Kortom, de nationaliteit leek een extra zetje om te integreren.

Dit onderzoek is een voorbeeld van een ‘natuurlijk experiment’. Er is dan onbedoeld een situatie ontstaan die het testen van een oorzakelijk verband mogelijk maakt, omdat er ergens figuurlijk gedobbeld is. Of je net de meerderheid haalde, bijvoorbeeld, was een kwestie van toeval.

Er zijn verschillende soorten natuurlijke experimenten en het idee om naar grensgevallen te kijken is daar een van. Je ziet het terug in onderzoek naar de gevolgen van bombardementen tijdens de Vietnamoorlog, waarbij een afronding in het algoritme bepaalde of een plek wel of niet werd gebombardeerd, of naar de gevolgen van een pensioenhervorming die alleen gold voor mensen die na 1950 werden geboren.

Onderzoekers kunnen geen natuurlijk experiment opzetten, ze kunnen ze alleen vinden. En dat is niet gemakkelijk. Zoals een studieboek statistiek stelt: ‘Een goed natuurlijk experiment vinden is een beetje zoals het vinden van een goudklompje in een rivier.’

De rol van wetenschap is beperkt

Klimaatverandering, vaccinaties, immigratie – de wetenschap kan veel toevoegen aan dit soort grote discussies. Maar we moeten niet verwachten dat de wetenschap alle vragen voor ons kan beantwoorden.

Zo is het Zwitserse onderzoek interessant, maar is de Nederlandse context misschien wel anders. En hebben de auteurs ‘integratie’ wel goed gemeten? De wetenschappelijke mantra ‘meer onderzoek is nodig’ lijkt op zijn plaats. Dat is anders bij klimaatverandering en vaccinaties, waar een sterke theorie bestaat die door veel betrouwbaar, reproduceerbaar onderzoek is bevestigd.

Hoe dan ook, de rol van wetenschap is altijd beperkt. Want veel oorzaak-gevolgdiscussies zijn niet wetenschappelijk, ze zijn politiek. Ze gaan over wantrouwen jegens wetenschappers, Big Pharma of de elite; over angst voor het verliezen van een baan of de nationale cultuur; over morele verontwaardiging over het immigratiebeleid.

Wat goed of slecht is, daar heeft de wetenschap geen antwoord op. Dat moeten we toch echt zelf bedenken.

Er waren te veel mooie voorbeelden van natuurlijke experimenten om op te noemen in dit stuk. Daarom zet ik in een volgend artikel een aantal op een rij en ga ik dieper in op de methodologie achter dit soort experimenten.

Dank aan iedereen die voorbeelden heeft gedeeld van onderzoek naar oorzaak en gevolg, in het bijzonder dank aan Fransje Sjenitzer voor het Planta-voorbeeld, aan Lex Thijssen voor het Zwitserse voorbeeld en het voorbeeld van de Vietnam-oorlog en aan @MiLifeStatus die me nogmaals wees op de casus van Zwitserland. De passage over WEIRD is ontleend aan mijn boek Het bestverkochte boek ooit (met deze titel).

Ways of Knowing De wereld van de wetenschap is een eindeloze zoektocht naar antwoorden. Wetenschappelijke waarheden zijn waar, totdat ze worden weerlegd door nieuw bewijs. In de serie ‘Ways of knowing’ belicht de Duitse fotograaf Daniël Stier de wereld die schuilgaat achter de bewijzen. Bovenstaande beelden zijn afkomstig uit het eerste deel van de serie en tonen experimenten met speciaal ontworpen machines. Stier zoomt in op het individu dat overgeleverd is aan reusachtige, zelfgebouwde installaties. Schouwspellen die absurdistisch en bevreemdend overkomen, maar eveneens een bepaalde schoonheid in zich dragen. Bekijk hier het boek en meer werk van Daniel Stier