Psicofísica
La psicofísica investiga cuantitativamente la relación entre los estímulos físicos y las sensaciones y percepciones que producen. La psicofísica ha sido descrita como «el estudio científico de la relación entre el estímulo y la sensación » o, más completamente, como «el análisis de los procesos de percepción al estudiar el efecto sobre la experiencia o el comportamiento de un sujeto de variar sistemáticamente las propiedades de un estímulo a lo largo de una o más dimensiones físicas «.
La psicofísica también se refiere a una clase general de métodos que se pueden aplicar para estudiar un sistema perceptivo. Las aplicaciones modernas dependen en gran medida de la medición de umbral, análisis de observador ideal y teoría de detección de señal.
La psicofísica tiene aplicaciones prácticas generalizadas e importantes. Por ejemplo, en el estudio del procesamiento digital de señales, la psicofísica ha informado el desarrollo de modelos y métodos de compresión con pérdida. Estos modelos explican por qué los humanos perciben muy poca pérdida de calidad de señal cuando las señales de audio y video se formatean con compresión con pérdida.
Historia
Muchas de las técnicas y teorías clásicas de la psicofísica se formularon en 1860 cuando Gustav Theodor Fechner en Leipzig publicó Elemente der Psychophysik (Elementos de psicofísica). Él acuñó el término «psicofísica», que describe la investigación destinada a relacionar los estímulos físicos con el contenido de la conciencia, como las sensaciones (Empfindungen).
Como físico y filósofo, Fechner tuvo como objetivo desarrollar un método que relacione la materia con la mente, conectando el mundo que se puede observar públicamente y la impresión privada de una persona de él. Sus ideas se inspiraron en resultados experimentales sobre el sentido del tacto y la luz obtenidos a principios de la década de 1830 por el fisiólogo alemán Ernst Heinrich Weber enLeipzig, más notablemente aquellos en la diferencia mínima discernible en intensidad de estímulos de fuerza moderada (solo diferencia notable;
Jnd) que Weber había demostrado ser una fracción constante de la intensidad de referencia, y que Fechner se refirió como Ley de Weber De esto, Fechner derivó su conocida escala logarítmica, ahora conocida como escala de Fechner. El trabajo de Weber y Fechner formó una de las bases de la psicología como ciencia, con Wilhelm Wundtfundó el primer laboratorio de investigación psicológica en Leipzig (Institut für experimentantelle Psychologie).
El trabajo de Fechner sistematizó el enfoque introspeccionista (la psicología como ciencia de la conciencia), que tuvo que lidiar con el enfoque conductista en el que incluso las respuestas verbales son tan físicas como los estímulos.
Durante la década de 1930, cuando la investigación psicológica en la Alemania nazi esencialmente se detuvo, ambos enfoques finalmente comenzaron a ser reemplazados por el uso de relaciones de estímulo-respuesta como evidencia para el procesamiento consciente o inconsciente en la mente. El trabajo de Fechner fue estudiado y ampliado por Charles S.
Peirce, quien fue ayudado por su alumno Joseph Jastrow, quien pronto se convirtió en un distinguido psicólogo experimental por derecho propio. Peirce y Jastrow confirmaron en gran medida los hallazgos empíricos de Fechner, pero no todos. En particular, un experimento clásico de Peirce y Jastrow rechazó la estimación de Fechner de un umbral de percepción de pesos, ya que es demasiado alto.
En su experimento, Peirce y Jastrow, de hecho, inventaron experimentos aleatorios: asignaron aleatoriamente voluntarios a un diseño ciego y de medidas repetidas para evaluar su capacidad de discriminar pesos. El experimento de Peirce inspiró a otros investigadores en psicología y educación, que desarrollaron una tradición de investigación de experimentos aleatorios en laboratorios y libros de texto especializados en la década de 1900.
Los experimentos de Peirce-Jastrow se llevaron a cabo como parte de la aplicación de Peirce de suprograma de pragmatismo a la percepción humana; otros estudios consideraron la percepción de la luz, etc. Jastrow escribió el siguiente resumen: «Los cursos de lógica del Sr. Peirce me dieron mi primera experiencia real del músculo intelectual.
Aunque rápidamente llevé al laboratorio de psicología cuando eso fue establecido por Stanley HallFue Peirce quien me dio mi primer entrenamiento en el manejo de un problema psicológico y, al mismo tiempo, estimuló mi autoestima al confiarme, y luego fue bastante inocente de cualquier hábito de laboratorio, con un poco de investigación.
Me prestó el aparato, que llevé a mi habitación, instalado en mi ventana, y con el cual, cuando las condiciones de iluminación eran correctas, tomé las observaciones. Los resultados se publicaron sobre nuestros nombres conjuntos en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias. La demostración de que las huellas del efecto sensorial demasiado leves para hacer algún registro en la conciencia podrían, sin embargo, influir en el juicio, puede haber sido un motivo persistente que me indujo años más tarde a emprender un libro sobre El subconsciente»Este trabajo distingue claramente el rendimiento cognitivo observable de la expresión de la conciencia.
Los enfoques modernos de la percepción sensorial, como la investigación sobre la visión, el oído o el tacto, miden lo que el juicio del perceptor extrae del estímulo, a menudo dejando de lado la pregunta de qué sensaciones se están experimentando. Un método líder se basa en la teoría de detección de señales, desarrollada para casos de estímulos muy débiles.
Sin embargo, el enfoque subjetivista persiste entre aquellos en la tradición de Stanley Smith Stevens (1906-1973). Stevens revivió la idea de una ley de poder sugerida por los investigadores del siglo XIX, en contraste con la función log-lineal de Fechner (cf. Ley de poder de Stevens) También abogó por la asignación de números en proporción a las fuerzas de los estímulos, llamada estimación de magnitud.
Stevens agregó técnicas como la producción de magnitud y el emparejamiento de modalidades cruzadas. Se opuso a la asignación de fuerzas de estímulo a puntos en una línea que están etiquetados en orden de fuerza. Sin embargo, ese tipo de respuesta se ha mantenido popular en la psicofísica aplicada. Dichos diseños de categorías múltiples a menudo se denominan mal escala de Likert después de los elementos de pregunta utilizados por Likert para crear escalas psicométricas de elementos múltiples, por ejemplo, siete frases de «totalmente de acuerdo» a «totalmente en desacuerdo».
Omar Khaleefa ha argumentado que el científico medieval Alhazen debería ser considerado el fundador de la psicofísica. Aunque al-Haytham hizo muchos informes subjetivos con respecto a la visión, no hay evidencia de que haya utilizado técnicas psicofísicas cuantitativas y tales afirmaciones han sido rechazadas.
Umbrales
Los psicofísicos generalmente emplean estímulos experimentales que pueden medirse objetivamente, como tonos puros que varían en intensidad o luces que varían en luminancia. Se han estudiado todos los sentidos : visión, audición, tacto (incluyendo la piel y la percepción entérica ), el gusto, el olfato y el sentido del tiempo.
Independientemente del dominio sensorial, existen tres áreas principales de investigación: umbrales absolutos, umbrales de discriminación y escala.
Un umbral (o limen) es el punto de intensidad en el que el participante puede detectar la presencia de un estímulo (umbral absoluto ) o la presencia de una diferencia entre dos estímulos (umbral de diferencia ). Los estímulos con intensidades por debajo del umbral se consideran no detectables (por lo tanto:
Subliminales). Los estímulos a valores lo suficientemente cercanos a un umbral a menudo serán detectables en alguna proporción de ocasiones; por lo tanto, se considera que un umbral es el punto en el cual un estímulo, o cambio en un estímulo, se detecta en alguna proporción p de ocasiones.
Detección
Un umbral absoluto es el nivel de intensidad de un estímulo en el que el sujeto puede detectar la presencia del estímulo en alguna proporción del tiempo (a menudo se usa un nivel de p del 50%). Un ejemplo de umbral absoluto es la cantidad de pelos en el dorso de la mano que se deben tocar antes de que se pueda sentir:
Un participante puede ser incapaz de sentir que se toca un solo cabello, pero puede sentir dos o tres, ya que esto excede el umbral. El umbral absoluto también se conoce a menudo como umbral de detección. Se utilizan varios métodos diferentes para medir los umbrales absolutos (como con los umbrales de discriminación;
Ver más abajo).
Discriminación
Un umbral de diferencia (o diferencia notable, JND) es la magnitud de la diferencia más pequeña entre dos estímulos de diferentes intensidades que el participante puede detectar en alguna proporción del tiempo (el porcentaje depende del tipo de tarea). Para probar este umbral, se utilizan varios métodos diferentes.
Se le puede pedir al sujeto que ajuste un estímulo hasta que se perciba igual que el otro (método de ajuste), se le puede pedir que describa la dirección y la magnitud de la diferencia entre dos estímulos, o se le puede pedir que decida si las intensidades en un par de estímulos son iguales o no (elección forzada).
La diferencia notable (JND) no es una cantidad fija; más bien, depende de cuán intensos sean los estímulos que se miden y del sentido particular que se mida. La Ley de Weber establece que la diferencia notable de un estímulo es una proporción constante a pesar de la variación en la intensidad.
En los experimentos de discriminación, el experimentador busca determinar en qué punto es detectable la diferencia entre dos estímulos, como dos pesos o dos sonidos. Al sujeto se le presenta un estímulo, por ejemplo, un peso, y se le pide que diga si otro peso es más pesado o más liviano (en algunos experimentos, el sujeto también puede decir que los dos pesos son iguales).
En el punto de igualdad subjetiva (PSE), el sujeto percibe que los dos pesos son iguales. La diferencia notable, o diferencia limen (DL), es la magnitud de la diferencia en los estímulos que el sujeto nota alguna proporción p del tiempo (50% se usa generalmente para p en la tarea de comparación). Además, una opción forzada de dos alternativasEl paradigma (2-afc) se puede usar para evaluar el punto en el que el rendimiento se reduce a la posibilidad de una discriminación entre dos alternativas ( p será típicamente del 75% ya que p = 50% corresponde a la posibilidad en la tarea de 2-afc).
Los umbrales absolutos y de diferencia a veces se consideran similares en principio porque siempre hay ruido de fondo que interfiere con nuestra capacidad para detectar estímulos.
Experimentación
En psicofísica, los experimentos buscan determinar si el sujeto puede detectar un estímulo, identificarlo, diferenciarlo y otro estímulo, o describir la magnitud o naturaleza de esta diferencia. Strasburger presenta una descripción general del software para la experimentación psicofísica.
Métodos psicofísicos clásicos
Los experimentos psicofísicos han utilizado tradicionalmente tres métodos para evaluar la percepción de los sujetos en los experimentos de detección de estímulos y detección de diferencias: el método de límites, el método de estímulos constantes y el método de ajuste.
Método de límites
En el método ascendente de los límites, algunas propiedades del estímulo comienzan a un nivel tan bajo que no se pudo detectar el estímulo, luego este nivel se incrementa gradualmente hasta que el participante informa que lo sabe. Por ejemplo, si el experimento está probando la amplitud mínima de sonido que se puede detectar, el sonido comienza a ser demasiado silencioso para ser percibido, y se hace gradualmente más fuerte.
En el método descendente de límites, esto se invierte. En cada caso, se considera que el umbral es el nivel de la propiedad de estímulo en el que se acaban de detectar los estímulos.
En los experimentos, los métodos ascendente y descendente se usan alternativamente y se promedian los umbrales. Una posible desventaja de estos métodos es que el sujeto puede acostumbrarse a informar que percibe un estímulo y puede continuar informando de la misma manera incluso más allá del umbral (el error de habituación ).
Por el contrario, el sujeto también puede anticipar que el estímulo está a punto de ser detectable o indetectable y puede emitir un juicio prematuro (el error de anticipación).
Para evitar estas posibles dificultades, Georg von Békésy introdujo el procedimiento de la escalera en 1960 en su estudio de la percepción auditiva. En este método, el sonido comienza a ser audible y se vuelve más silencioso después de cada una de las respuestas del sujeto, hasta que el sujeto no informa haberlo escuchado.
En ese punto, el sonido se hace más fuerte en cada paso, hasta que el sujeto informa que lo oye, en cuyo punto se vuelve más silencioso en los pasos. De esta forma, el experimentador puede «centrarse» en el umbral.
Método de estímulos constantes
En lugar de presentarse en orden ascendente o descendente, en el método de estímulos constantes, los niveles de una determinada propiedad del estímulo no se relacionan de un ensayo a otro, sino que se presentan al azar. Esto evita que el sujeto pueda predecir el nivel del próximo estímulo y, por lo tanto, reduce los errores de habituación y expectativa.
Para los ‘umbrales absolutos’ nuevamente el sujeto informa si él o ella es capaz de detectar el estímulo. Para los ‘umbrales de diferencia’ tiene que haber un estímulo de comparación constante con cada uno de los niveles variados. Friedrich Hegelmaier describió el método de estímulos constantes en un artículo de 1852.
Este método permite el muestreo completo de la función psicométrica, pero puede dar lugar a muchas pruebas cuando se intercalan varias condiciones.
Método de ajuste
El método de ajuste le pide al sujeto que controle el nivel del estímulo, les indica que lo modifiquen hasta que apenas sea detectable contra el ruido de fondo, o sea el mismo que el nivel de otro estímulo. Esto se repite muchas veces. Esto también se llama el método de error promedio. En este método, el observador mismo controla la magnitud del estímulo variable que comienza con una variable que es claramente mayor o menor que una estándar y la varía hasta que queda satisfecho por la subjetividad de dos.
La diferencia entre los estímulos variables y el estándar se registra después de cada ajuste y el error se tabula para una serie considerable. Al final, la media se calcula dando el error promedio que se puede tomar como la medida de la sensibilidad.
Métodos psicofísicos adaptativos
Los métodos clásicos de experimentación a menudo se consideran ineficientes. Esto se debe a que, antes de las pruebas, el umbral psicométrico generalmente se desconoce y se recopilan muchos datos en puntos de la función psicométrica que proporcionan poca información sobre el parámetro de interés, generalmente el umbral.
Los procedimientos de escalera adaptativa (o el método clásico de ajuste) se pueden utilizar de manera que los puntos muestreados se agrupen alrededor del umbral psicométrico. Sin embargo, el costo de esta eficiencia es que hay menos información sobre la forma de la función psicométrica. Los métodos adaptativos se pueden optimizar para estimar solo el umbral, o el umbral yPendiente.
Los métodos adaptativos se clasifican en procedimientos de escalera (ver más abajo) y métodos bayesianos o de máxima verosimilitud. Los métodos de escalera se basan únicamente en la respuesta anterior y son más fáciles de implementar. Los métodos bayesianos tienen en cuenta todo el conjunto de pares de estímulo-respuesta anteriores y se cree que son más robustos frente a fallas en la atención.
Procedimientos de escalera
Las escaleras generalmente comienzan con un estímulo de alta intensidad, que es fácil de detectar. Luego, la intensidad se reduce hasta que el observador comete un error, momento en el cual la escalera se ‘invierte’ y la intensidad aumenta hasta que el observador responde correctamente, desencadenando otra inversión.
Los valores para la última de estas ‘reversiones’ se promedian. Existen muchos tipos diferentes de procedimientos de escalera, que utilizan diferentes reglas de decisión y terminación. El tamaño del paso, las reglas arriba / abajo y la propagación de la función psicométrica subyacente dictan en qué parte de la función psicométrica convergen.
Los valores de umbral obtenidos de las escaleras pueden fluctuar enormemente, por lo que se debe tener cuidado en su diseño. Se han modelado muchos algoritmos de escalera diferentes y García-Pérez sugirió algunas recomendaciones prácticas.
Uno de los diseños de escalera más comunes (con tamaños de escalones fijos) es la escalera de 1 arriba y abajo. Si el participante realiza la respuesta correcta N veces seguidas, la intensidad del estímulo se reduce en un tamaño de paso. Si el participante responde incorrectamente, la intensidad del estímulo aumenta en un tamaño.
Se estima un umbral desde el punto medio medio de todas las corridas. Esta estimación se aproxima, asintóticamente, al umbral correcto.
Procedimientos bayesianos y de máxima verosimilitud
Los procedimientos de adaptación bayesianos y de máxima verosimilitud se comportan, desde la perspectiva del observador, de manera similar a los procedimientos de escalera. Sin embargo, la elección del siguiente nivel de intensidad funciona de manera diferente: después de cada respuesta del observador, a partir del conjunto de este y todos los pares de estímulo / respuesta anteriores, se calcula la probabilidad de dónde se encuentra el umbral.
El punto de máxima probabilidad se elige como la mejor estimación para el umbral, y el siguiente estímulo se presenta a ese nivel (ya que una decisión en ese nivel agregará la mayor cantidad de información). En un procedimiento bayesiano, una probabilidad previa se incluye además en el cálculo. En comparación con los procedimientos de escalera, los procedimientos Bayesian y ML requieren más tiempo de implementación, pero se consideran más robustos.
Los procedimientos bien conocidos de este tipo son Quest, ML-PEST, y el método de Kontsevich y Tyler.
Estimación de magnitud
En el caso prototípico, se pide a las personas que asignen números en proporción a la magnitud del estímulo. Esta función psicométrica de los medios geométricos de sus números es a menudo una ley de potencia con exponente estable y replicable. Aunque los contextos pueden cambiar la ley y el exponente, ese cambio también es estable y replicable.
En lugar de números, se pueden utilizar otras dimensiones sensoriales o cognitivas para unir un estímulo y el método se convierte en «producción de magnitud» o «coincidencia de modalidades cruzadas». Los exponentes de esas dimensiones encontrados en la estimación de magnitud numérica predicen los exponentes encontrados en la producción de magnitud.
La estimación de magnitud generalmente encuentra exponentes más bajos para la función psicofísica que las respuestas de categoría múltiple, debido al rango restringido de los anclajes categóricos,Likert como elementos en escalas de actitud.
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