Published October 14, 2024 | Version v1
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Federated Causal Inference: Multi-Study ATE Estimation beyond Meta-Analysis

Description

In this work, we study Federated Causal Inference, an approach to estimate treatment effects from decentralized data across studies. We compare three classes of Average Treatment Effect (ATE) estimators derived from the Plug-in G-Formula, ranging from simple meta-analysis to one-shot and multi-shot federated learning, the latter leveraging the full data to learn the outcome model (albeit requiring more communication). Focusing on Randomized Controlled Trials (RCTs), we derive the asymptotic variance of these estimators for linear models. Our results provide practical guidance on selecting the appropriate estimator for various scenarios, including heterogeneity in sample sizes, covariate distributions, treatment assignment schemes, and center effects. We validate these findings with a simulation study.

Abstract (French)

Dans ce travail nous étudions l'inférence causale fédérée, une approche consistant à estimer les effets du traitement à partir de données décentralisées provenant de plusieurs études. Nous comparons trois classes d'estimateurs de l'Effet Moyen du Traitement (ATE) dérivées de la G-formule Plug-in, allant de la méta-analyse simple à l'apprentissage fédéré à un tour de communication (One-Shot) et en plusieurs( Multi-Shot), cette-dernière exploitant l'ensemble des données pour apprendre le modèle de l'outcome (au prix de davantage de communications). En nous concentrant sur les essais contrôlés randomisés (RCT), nous dérivons la variance asymptotique de ces estimateurs pour des modèles linéaires. Nos résultats permettent d'établir des recommandations pratiques sur le choix de l'estimateur approprié en fonction de divers scénarios, y compris en présence d'hétérogénéité sur les tailles d'échantillons des études, des distributions des covariables, des schémas d'affectation des traitements et des effets centre. Nous validons ces résultats par une étude sur données synthétiques.

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Identifiers

URL
https://hal.science/hal-04747923
URN
urn:oai:HAL:hal-04747923v2

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