LATE
Local Average Treatment Effect
En esta nota se presenta la derivación del Local Average Treatment Effect (LATE) de acuerdo con Angrist, Imbens & Rubin (1996)
Frecuentemente nos encontraremos con intervenciones donde la aleatorización ocurre de manera íntegra, pero no todos aquellos asignados a cierto tratamiento efectivamente lo reciben.
Consideraremos la diferencia entre ser asignado al tratamiento y recibir el tratamiento pues, por ejemplo, al evaluar un programa que asigna aleatoriamente a niños a escuelas de prestigio, nos interesa el efecto de efectivamente asistir a dichas escuelas y, quizás no tanto, el efecto de haber sido sorteado para asistir a dichas escuelas por medio de un experimento.
Usaremos un estimador de variables instrumentales (VI) para relacionar los efectos de la asignación con los efectos de la adopción. El resultado principal al que llegaremos es el siguiente:
\[\text{Efecto de la asignación en } Y=(\text{Efecto de la asignación en la adopción})\times (\text{Efecto de la adopción en }Y)\]
Por tanto:
\[\text{Efecto de la adopción en }Y=\frac{\text{Efecto de la asignación en }Y}{\text{Efecto de la asignación en la adopción}}\]
Ahora derivaremos formalmente este resultado, pero la intuición es importante: el efecto causal de la adopción es el efecto de la asignación, escalado por el efecto de la asignación en la adopción
Notación
Consideremos, para la asignación y el cumplimiento, las dos posibles situaciones:
Asignación: \(Z_i=\begin{cases} 1 \\0 \\ \end{cases}\)
Cumplimiento: \(D_i=\begin{cases} 1 \\0 \\ \end{cases}\)
Si \(Y_i\) variable de resultados, nos importa el efecto de \(D_i\) sobre \(Y_i\).
\(D_i(Z)\) es el indicador de cumplir, dada la asignación \(Z\), por lo que con cumplimiento perfecto tendríamos \(D_i(Z)=Z_i\). En general, hay asignados que no cumplen y no asignados que cumplen.
Con esta notación podemos escribir la variable de impacto de \(i\) como \(Y_i(Z,D)\).
Noten que \(Y_i(Z,D)\) y \(D_i(Z)\) son resultados potenciales.
Supuestos
Supuesto 1: Stable Unit Treatment Value Assumption (SUTVA)
Este supuesto indica que los resultados potenciales de \(i\) no están correlacionados con los de los otros individuos. Por tanto podemos escribir:
\[Y_i(Z,D)=Y_i(Z_i,D_i)\] Y además:
\[D_i(Z)=D_i(Z_i)\]
Supuesto 2: asignación aleatoria
La asignación de \(Z_i\) es aleatoria, es decir:
\[P(Z=C)=P(Z=C')\]
para todo par de vectores de asignación \(C\) y \(C'\) con el mismo número de tratados.
Los supuestos 1 y 2 nos permiten identificar los efectos causales de \(Z\) en \(Y\) y de \(Z\) en \(D\) calculando diferencias de medias por grupos de \(Z\):
\(ITT_Y\) comparar las medias de \(y\) entre quienes \(Z=1\) y quienes \(Z=0\)
\(ITT_D\) comparar las medias de \(D\) entre quienes \(Z=1\) y quienes \(Z=0\)
Los dos efectos causales antes descritos reciben el nombre de intención a tratar o intention to treat, o como se encuentra frecuentemente, \(ITT\). Este parámetro nos dice el efecto que resulta de ser asignado, es decir, refleja la intención que se tenía para tratar a un grupo y a otro no.
Hasta ahora el supuesto crítico es la asignación aleatoria de \(Z\). Sin embargo, \(D_i\) puede no serlo y, en general, no lo es. Por tanto, una comparación de \(y\) entre grupos de \(D\) es inapropiada. Necesitamos algunos supuestos para decir algo del efecto causal de \(D\) sobre \(Y\)
Supuesto 3: restricción de exclusión
Este supuesto indica que cualquier efecto de la asignación sobre los resultados debe ocurrir a través del cumplimiento, y no por otra vía:
\[Y(Z,D)=Y(Z',D)\quad \forall \quad Z,Z',D\]
Este supuesto implica que podemos escribir:
\[Y_i(1,d)=Y_i(0,d) \quad d=\{0,1\}\]
Es decir, la exclusión permite escribir \(Y\) en función solo de \(D\).
Además, con el supuesto 3 podemos escribir:
\[Y(D)=Y(Z,D)=Y(Z',D)\quad \forall \quad Z,Z',D\]
por el supuesto 1:
\[Y_i(D_i)=Y_i(Z,D)\]
Supuesto 4: el efecto causal promedio de \(Z\) sobre \(D\) es distinto de cero
Este supuesto implica que, si se asignan individuos a ser tratados, esperamos que algunos efectivamente cumplan:
\[E(D_i(1)-D_i(0))\neq0\]
En otras palabras, la asignación tiene efecto sobre el cumplimiento.
Supuesto 5: monotonicidad
Este supuesto dice que no hay un individuo que:
- Cuando se le asigna, no cumple
- Cuando no se le asigna, cumple
\[D_i(1)\geq D_i(0) \quad \forall\quad i=1,\ldots N\]
Noten que este supuesto se debe pensar en términos contrafactuales. A un individuo que no cumple cuando se le asigna y cumple cuando no se le asigna se le conoce como retador o defier.
Variable instrumental
Decimos que \(Z\) es una variable instrumental para el efecto causal de \(D\) sobre \(Y\) si se cumplen los supuestos 1 al 5.
Interpretación del estimador de VI
Comencemos escribiendo el efecto causal de \(Z\) en \(Y\), que por el supuesto de exclusión de \(Z\) es:
\[ \begin{aligned} Y_i(1,D_i(1))-Y_i(0,D_i(0))=\underbrace{Y_i(D_i(1))-Y_i(D_i(0))}_{A} \\ \end{aligned} \]
Notemos que el lado derecho, \(A\), puede calcularse siguiendo la notación de resultados potenciales:
\[ \begin{aligned} Y(D)&=Y(0)+D(Z)(Y(1)-Y(0)) \\ D(Z)&=D(0)+Z(D(1)-D(0))\\ \end{aligned} \]
Sustituyendo \(D\) en \(Y\):
\[ \begin{aligned} Y(D(Z))&=Y(0)+(D(0)+Z(D(1)-D(0)))(Y(1)-Y(0)) \\ &=Y(0)+D(0)(Y(1)-Y(0))+Z(D(1)-D(0))(Y(1)-Y(0)) \end{aligned} \]
Podemos evaluar entonces los dos valores de \(Z\) y obtener:
\[ \begin{aligned} Y(D(1))&=Y(0)+D(1)(Y(1)-Y(0)) \\ Y(D(0))&=Y(0)+D(0)(Y(1)-Y(0)) \\ \end{aligned} \]
Y entonces:
\[ \begin{aligned} A&=Y_i(D_i(1))-Y_i(D_i(0)) \\ &=(Y_i(1)-Y_i(0))(D_i(1)-D_i(0))\\ \end{aligned} \]
Es decir, el efecto causal de \(Z\) sobre \(Y\) para \(i\) es el producto del efecto causal de \(D\) sobre \(Y\) y del efecto causal de \(Z\) sobre \(D\):
\[ Y_i(1,D_i(1))-Y_i(0,D_i(0))=(Y_i(1)-Y_i(0))(D_i(1)-D_i(0)) \]
Obtengamos el valor esperado a ambos lados de la expresión que acabamos de derivar:
\[ \begin{aligned} E(Y_i(1,D_i(1))-Y_i(0,D_i(0)))&=E\left[(Y_i(1)-Y_i(0))(D_i(1)-D_i(0))\right]\\ &= (1)\cdot E(Y_i(1)-Y_i(0)|D_i(1)-D_i(0)=1)P(D_i(1)-D_i(0)=1)\\ &+(0)\cdot E(Y_i(1)-Y_i(0)|D_i(1)-D_i(0)=0)P(D_i(1)-D_i(0)=0)\\ &+(-1)\cdot E(Y_i(1)-Y_i(0)|D_i(1)-D_i(0)=-1)P(D_i(1)-D_i(0)=-1)\\ \end{aligned} \]
Los factores \((1)\), \((0)\) y \((-1)\) son los tres valores que puede tomar \(D_i(1)-D_i(0)\). Al condicionar en cada uno de ellos, ese segundo factor del producto se vuelve una constante y sale de la esperanza. Cada valor corresponde a un tipo de individuo: \((1)\) a los cumplidores, \((0)\) a quienes la asignación no mueve —nunca cumplidores y siempre adoptadores— y \((-1)\) a los retadores.
La intuición de este valor esperado es obtener el valor esperado del cambio en la variable de impacto bajo los distintos posibles efectos de \(Z\) sobre \(D\). Así, el segundo término de la suma se anula porque su multiplicador es cero: corresponde a aquellos para quienes la asignación no modificó el cumplimiento. Noten que esto no dice que el efecto de tratamiento de esos individuos sea nulo, sino que la asignación no los mueve y por eso no contribuyen al efecto de \(Z\) sobre \(Y\). Usando el supuesto 5 de monotonicidad, sabemos que \(D_i(1)-D_i(0)\) es igual a uno o cero, es decir, \(P(D_i(1)-D_i(0)=-1)=0\), con lo que el tercer término también desaparece.
Por tanto:
\[ \begin{aligned} E(Y_i(1,D_i(1))-Y_i(0,D_i(0)))=E(Y_i(1)-Y_i(0)|D_i(1)-D_i(0)=1)P(D_i(1)-D_i(0)=1) \end{aligned} \]
Es decir, el efecto causal promedio de \(Z\) sobre \(Y\) es igual al producto del efecto causal promedio de \(D\) sobre \(Y\) en aquellos individuos que cuando se les asigna cumplen y cuando no se les asigna no cumplen, \(D_i(0)=0\) y \(D_i(1)=1\), y la proporción de estos individuos en la población
Proposición 1 en Angrist, Imbens & Rubin (1996): interpretación causal del estimador de VI
Si los supuestos 1 a 5 se cumplen, el estimador de VI es:
\[E(Y_i(1)-Y_i(0)|D_i(1)-D_i(0)=1)=\frac{E(Y_i(1,D_i(1))-Y_i(0,D_i(0)))}{E(D_i(1)-D_i(0))}=\lambda_{LATE}\]
Angrist y coautores llaman a este parámetro el efecto local promedio del tratamiento o LATE. El LATE es el efecto causal promedio del tratamiento en un conjunto de individuos cuyo estatus de tratamiento puede ser modificado por la asignación aleatoria. A estos individuos se les conoce como cumplidores o compliers.