Cronometría mental
La cronometría mental es el estudio del tiempo de reacción (RT; también denominado » tiempo de respuesta «) en las tareas perceptuales-motoras para inferir el contenido, la duración y la secuencia temporal de las operaciones mentales. La cronometría mental es uno de los paradigmas metodológicos centrales de la psicología cognitiva y experimental humana, pero también se analiza comúnmente en psicofisiología, neurociencia cognitiva y neurociencia conductual para ayudar a dilucidar los mecanismos biológicos que subyacen a la percepción, la atención y la toma de decisiones entre especies.
La cronometría mental utiliza mediciones del tiempo transcurrido entre el inicio del estímulo sensorial y las respuestas conductuales posteriores. Se considera un índice de velocidad y eficiencia de procesamiento que indica qué tan rápido un individuo puede ejecutar operaciones mentales relevantes para la tarea.
Las respuestas conductuales suelen ser presionar botones, pero se pueden usar movimientos oculares, respuestas vocales y otros comportamientos observables. RT está limitado por la velocidad de transmisión de la señal en la materia blanca, así como por la eficiencia del procesamiento de la materia gris neocortical.
Las conclusiones sobre el procesamiento de la información extraídas de la RT a menudo se hacen considerando el diseño experimental de la tarea, las limitaciones en la tecnología de medición y el modelado matemático.
Tipos
El tiempo de reacción («RT») es el tiempo que transcurre entre una persona que recibe un estímulo y la persona que inicia una respuesta motora al estímulo. Suele ser del orden de 200 ms. Los procesos que ocurren durante este breve tiempo permiten al cerebro percibir el entorno que lo rodea, identificar un objeto de interés, decidir una acción en respuesta al objeto y emitir un comando motor para ejecutar el movimiento.
Estos procesos abarcan los dominios de percepción y movimiento, e implican la toma de decisiones perceptivas y la planificación motora.
Existen varios paradigmas de uso común para medir RT:
RT simple es el movimiento requerido para que un observador responda a la presencia de un estímulo. Por ejemplo, se le puede pedir a un sujeto que presione un botón tan pronto como aparezca una luz o un sonido. La RT media para las personas en edad universitaria es de aproximadamente 160 milisegundos para detectar un estímulo auditivo, y aproximadamente 190 milisegundos para detectar el estímulo visual.
Las RT medias para los velocistas en los Juegos Olímpicos de Beijing fueron 166 ms para los hombres y 169 ms para las mujeres, pero en uno de cada 1,000 arranques pueden alcanzar 109 ms y 121 ms, respectivamente.Este estudio también concluyó que los RT hembra más largos pueden ser un artefacto del método de medición utilizado, lo que sugiere que el sistema de sensor de bloque de arranque podría pasar por alto un arranque en falso femenino debido a la presión insuficiente en las almohadillas.
Los autores sugirieron que compensar este umbral mejoraría la precisión de detección de inicio falso con corredoras.
El reconocimiento o las tareas de RT de ir / no ir requieren que el sujeto presione un botón cuando aparece un tipo de estímulo y retenga una respuesta cuando aparece otro tipo de estímulo. Por ejemplo, el sujeto puede tener que presionar el botón cuando aparece una luz verde y no responder cuando aparece una luz azul.
Las tareas de tiempo de reacción de elección (CRT) requieren respuestas distintas para cada posible clase de estímulo. Por ejemplo, se le puede pedir al sujeto que presione un botón si aparece una luz roja y un botón diferente si aparece una luz amarilla. La caja Jensen es un ejemplo de un instrumento diseñado para medir la elección RT.
Discrimination RT implica comparar pares de pantallas visuales presentadas simultáneamente y luego presionar uno de los dos botones según el cual la pantalla parece más brillante, más larga, más pesada o mayor en alguna dimensión de interés.
Debido a lapsos de atención momentáneos, existe una considerable variabilidad en el tiempo de respuesta de un individuo, que no tiende a seguir una distribución normal (gaussiana). Para controlar esto, los investigadores generalmente requieren que un sujeto realice múltiples ensayos, a partir de los cuales se puede calcular una medida del tiempo de respuesta «típico» o de referencia.
Tomar la media del tiempo de respuesta bruto rara vez es un método efectivo para caracterizar el tiempo de respuesta típico, y los enfoques alternativos (como modelar la distribución completa del tiempo de respuesta) a menudo son más apropiados.
Evolución de la metodología
Galton y la psicología diferencial
Sir Francis Galton suele ser acreditado como el fundador de la psicología diferencial, que busca determinar y explicar las diferencias mentales entre los individuos. Fue el primero en utilizar pruebas rigurosas de RT con la intención expresa de determinar promedios y rangos de diferencias individuales en rasgos mentales y de comportamiento en humanos.
Galton planteó la hipótesis de que las diferencias en la inteligencia se reflejarían en la variación de la discriminación sensorial y la velocidad de respuesta a los estímulos, y construyó varias máquinas para probar diferentes medidas de esto, incluida la RT a los estímulos visuales y auditivos. Sus pruebas incluyeron una selección de más de 10,000 hombres, mujeres y niños del público de Londres.
Experimento de los donantes
El primer científico en medir la RT en el laboratorio fue Franciscus Donders (1869). Los donantes descubrieron que el RT simple es más corto que el RT de reconocimiento, y que el RT de elección es más largo que ambos.
Donders también ideó un método de sustracción para analizar el tiempo que les llevó a las operaciones mentales. Al restar RT simple de la opción RT, por ejemplo, es posible calcular cuánto tiempo se necesita para realizar la conexión.
Este método proporciona una forma de investigar los procesos cognitivos que subyacen a las tareas simples de percepción y motor, y formó la base de desarrollos posteriores.
Aunque el trabajo de Donders allanó el camino para futuras investigaciones en pruebas de cronometría mental, no estuvo exento de inconvenientes. Su método de inserción, a menudo denominado «inserción pura», se basaba en el supuesto de que insertar un requisito de complicación particular en un paradigma de RT no afectaría a los otros componentes de la prueba.
Esta suposición, que el efecto incremental en RT era estrictamente aditivo, no fue capaz de resistir las pruebas experimentales posteriores, lo que demostró que las inserciones podían interactuar con otras partes del paradigma RT. A pesar de esto, las teorías de Donders siguen siendo interesantes y sus ideas todavía se usan en ciertas áreas de la psicología, que ahora tienen las herramientas estadísticas para usarlas con mayor precisión.
Ley de Hick
WE Hick (1952) ideó un experimento de CRT que presentó una serie de nueve pruebas en las que hay n opciones igualmente posibles. El experimento midió la RT del sujeto en función del número de opciones posibles durante cualquier prueba dada. Hick demostró que la RT del individuo aumentó en una cantidad constante en función de las opciones disponibles, o la «incertidumbre» involucrada en qué estímulo de reacción aparecería a continuación. La incertidumbre se mide en «bits», que se definen como la cantidad de información que reduce la incertidumbre a la mitad en la teoría de la información.
En el experimento de Hick, se encuentra que la RT es una función del logaritmo binario del número de opciones disponibles ( n) Este fenómeno se llama «ley de Hick» y se dice que es una medida de la «tasa de ganancia de información».
La ley generalmente se expresa mediante la fórmula 
dónde a y b son constantes que representan la intersección y la pendiente de la función, y n es la cantidad de alternativas La caja Jensen es una aplicación más reciente de la ley de Hick.
La ley de Hick tiene aplicaciones modernas interesantes en marketing, donde los menús de restaurantes y las interfaces web (entre otras cosas) aprovechan sus principios para lograr velocidad y facilidad de uso para el consumidor.
Tarea de escaneo de memoria de Sternberg
Saul Sternberg (1966) ideó un experimento en el que se les dijo a los sujetos que recordaran un conjunto de dígitos únicos en la memoria a corto plazo. Luego, los sujetos recibieron un estímulo de sonda en forma de un dígito de 0 a 9. El sujeto respondió lo más rápido posible si la sonda estaba en el conjunto de dígitos anterior o no.
El tamaño del conjunto inicial de dígitos determinó la RT del sujeto. La idea es que a medida que aumenta el tamaño del conjunto de dígitos, también aumenta el número de procesos que deben completarse antes de que se pueda tomar una decisión. Entonces, si el sujeto tiene 4 elementos en la memoria a corto plazo(STM), luego de codificar la información del estímulo de la sonda, el sujeto necesita comparar la sonda con cada uno de los 4 elementos en la memoria y luego tomar una decisión.
Si solo hubiera 2 elementos en el conjunto inicial de dígitos, solo serían necesarios 2 procesos. Los datos de este estudio encontraron que por cada elemento adicional agregado al conjunto de dígitos, se agregaron aproximadamente 38 milisegundos al tiempo de respuesta del sujeto. Esto respaldaba la idea de que un sujeto realizó una búsqueda exhaustiva en serie a través de la memoria en lugar de una búsqueda en serie con finalización automática.
Sternberg (1969) desarrolló un método muy mejorado para dividir la RT en etapas sucesivas o en serie, llamado método del factor aditivo.
La tarea de rotación mental de Shepard y Metzler
Shepard y Metzler (1971) presentaron un par de formas tridimensionales que eran versiones idénticas o de imágenes especulares entre sí. RT para determinar si eran idénticos o no era una función lineal de la diferencia angular entre su orientación, ya sea en el plano de la imagen o en profundidad. Llegaron a la conclusión de que los observadores realizaron una rotación mental de velocidad constante para alinear los dos objetos y poder compararlos.Cooper y Shepard (1973) presentaron una letra o dígito que era normal o invertido en espejo, y se presentó en posición vertical o en ángulos de rotación en unidades de 60 grados.
El sujeto tenía que identificar si el estímulo era normal o invertido en espejo. El tiempo de respuesta aumentó aproximadamente linealmente a medida que la orientación de la letra se desvió de vertical (0 grados) a invertida (180 grados), y luego disminuyó nuevamente hasta llegar a 360 grados. Los autores concluyeron que los sujetos rotan mentalmente la imagen la distancia más corta en posición vertical, y luego juzgan si es normal o invertida.
Verificación de imagen de oración
La cronometría mental se ha utilizado para identificar algunos de los procesos asociados con la comprensión de una oración. Este tipo de investigación generalmente gira en torno a las diferencias en el procesamiento de 4 tipos de oraciones: verdadero afirmativo (TA), falso afirmativo (FA), falso negativo (FN) y verdadero negativo (TN).
Se puede presentar una imagen con una oración asociada que se encuentre en una de estas 4 categorías. El sujeto decide si la oración coincide con la imagen o no. El tipo de oración determina cuántos procesos deben realizarse antes de que se pueda tomar una decisión. Según los datos de Clark y Chase (1972) y Just y Carpenter (1971), las oraciones TA son las más simples y toman el menor tiempo que las oraciones FA, FN y TN.
Modelos de memoria
Los modelos jerárquicos de red de memoria se descartaron en gran medida debido a algunos hallazgos relacionados con la cronometría mental. El modelo de TLC propuesto por Collins y Quillian (1969) tenía una estructura jerárquica que indicaba que la velocidad de recuperación en la memoria debería basarse en el número de niveles recorridos en la memoria para encontrar la información necesaria.
Pero los resultados experimentales no estaban de acuerdo. Por ejemplo, un sujeto responderá de manera confiable que un petirrojo es un pájaro más rápidamente de lo que responderá que un avestruz es un pájaro a pesar de que estas preguntas acceden a los mismos dos niveles en la memoria. Esto condujo al desarrollo de modelos de activación de la difusión de la memoria (p.
Ej., Collins y Loftus, 1975), en los que los enlaces en la memoria no están organizados jerárquicamente, sino por importancia.
Estudios de correspondencia de cartas de Posner
Michael Posner (1978) utilizó una serie de estudios de correspondencia de letras para medir el tiempo de procesamiento mental de varias tareas asociadas con el reconocimiento de un par de letras. La tarea más simple era la tarea de coincidencia física, en la que a los sujetos se les mostraba un par de letras y tenían que identificar si las dos letras eran físicamente idénticas o no.
La siguiente tarea fue la tarea de coincidencia de nombres donde los sujetos tenían que identificar si dos letras tenían el mismo nombre. La tarea que involucraba la mayoría de los procesos cognitivos era la tarea de coincidencia de reglas en la que los sujetos tenían que determinar si las dos letras presentadas eran vocales o no vocales.
La tarea de emparejamiento físico fue la más simple; los sujetos tenían que codificar las letras, compararlas entre sí y tomar una decisión. Al realizar la tarea de coincidencia de nombres, los sujetos se vieron obligados a agregar un paso cognitivo antes de tomar una decisión: tuvieron que buscar en la memoria los nombres de las letras y luego compararlos antes de decidir.
En la tarea basada en reglas, también tenían que clasificar las letras como vocales o consonantes antes de hacer su elección. El tiempo necesario para realizar la tarea de coincidencia de reglas fue mayor que la tarea de coincidencia de nombre, que fue más larga que la tarea de coincidencia física. Utilizando el método de sustracción, los experimentadores pudieron determinar la cantidad aproximada de tiempo que les tomó a los sujetos realizar cada uno de los procesos cognitivos asociados con cada una de estas tareas.
Validez predictiva
Desarrollo cognitivo
Existe una extensa investigación reciente que utiliza la cronometría mental para el estudio del desarrollo cognitivo. Específicamente, se utilizaron varias medidas de velocidad de procesamiento para examinar los cambios en la velocidad de procesamiento de la información en función de la edad. Kail (1991) demostró que la velocidad de procesamiento aumenta exponencialmente desde la primera infancia hasta la edad adulta temprana.
Los estudios de RT en niños pequeños de varias edades son consistentes con las observaciones comunes de niños que participan en actividades que generalmente no están asociadas con la cronometría. Esto incluye la velocidad de contar, alcanzar cosas, repetir palabras y otras habilidades vocales y motoras en desarrollo que se desarrollan rápidamente en niños en crecimiento.Una vez que alcanza la madurez temprana, hay un largo período de estabilidad hasta que la velocidad de procesamiento comienza a disminuir de la edad media a la senilidad (Salthouse, 2000).
De hecho, la desaceleración cognitiva se considera un buen índice de cambios más amplios en el funcionamiento del cerebro y la inteligencia. Demetriou y sus colegas, usando varios métodos para medir la velocidad de procesamiento, demostraron que está estrechamente asociado con cambios en la memoria de trabajo y el pensamiento (Demetriou, Mouyi y Spanoudis, 2009).
Estas relaciones se discuten ampliamente en las teorías neo-piagetianas del desarrollo cognitivo.
Durante la senescencia, la RT se deteriora (al igual que la inteligencia fluida ), y este deterioro se asocia sistemáticamente con cambios en muchos otros procesos cognitivos, como funciones ejecutivas, memoria de trabajo y procesos inferenciales. En la teoría de Andreas Demetriou, una de las teorías neo-piagetianas del desarrollo cognitivo, el cambio en la velocidad de procesamiento con la edad, como lo indica la disminución de la RT, es uno de los factores fundamentales del desarrollo cognitivo.
Habilidad cognitiva
Los investigadores han informado de correlaciones de tamaño medio entre la RT y las medidas de inteligencia : por lo tanto, existe una tendencia a que las personas con un coeficiente intelectual más alto sean más rápidas en las pruebas de RT.
Arthur Jensen volvió a popularizar la investigación sobre este vínculo entre la velocidad mental y la inteligencia general (quizás propuesta por primera vez por Charles Spearman ), y el » Aparato de reacción de elección » asociado con su nombre se convirtió en una herramienta estándar común en la investigación RT-IQ.
La fuerza de la asociación RT-IQ es un tema de investigación. Varios estudios han reportado asociación entre RT simple e inteligencia de alrededor ( r = -. 31), con una tendencia a asociaciones más grandes entre RT de elección e inteligencia ( r = -. 49). Gran parte del interés teórico en RT fue impulsado por la Ley de Hick, que relaciona la pendiente de los aumentos de RT con la complejidad de la decisión requerida (medida en unidades de incertidumbre popularizadas por Claude Shannoncomo base de la teoría de la información).
Esto prometió vincular la inteligencia directamente con la resolución de la información, incluso en tareas de información muy básicas. Existe cierto apoyo para un vínculo entre la pendiente de la curva RT y la inteligencia, siempre que el tiempo de reacción esté estrictamente controlado.
Se ha encontrado que las desviaciones estándar de las RT están más fuertemente correlacionadas con las medidas de inteligencia general ( g ) que las RT medias. Las RT de los individuos con bajo g están más dispersas que las de los individuos con alto g.
La causa de la relación no está clara. Puede reflejar un procesamiento de información más eficiente, un mejor control de atención o la integridad de los procesos neuronales.
Salud y mortalidad
El rendimiento en tareas de tiempo de reacción simples y de elección está asociado con una variedad de resultados relacionados con la salud, incluidos los compuestos de salud generales y objetivos, así como medidas específicas como la integridad cardiorrespiratoria. La asociación entre el coeficiente intelectual y la mortalidad por cualquier causa anterior se ha determinado principalmente por una medida del tiempo de reacción.
Estos estudios generalmente encuentran que las respuestas más rápidas y precisas a las tareas de tiempo de reacción están asociadas con mejores resultados de salud y una vida útil más larga.
Modelo de difusión de deriva
El modelo de deriva-difusión (DDM) es una formulación matemática bien definida para explicar la varianza observada en los tiempos de respuesta y la precisión entre los ensayos en una tarea de tiempo de reacción (generalmente de dos opciones). Este modelo y sus variantes explican estas características de distribución al dividir una prueba de tiempo de reacción en una etapa residual sin decisión y una etapa de «difusión» estocástica, donde se genera la decisión de respuesta real.
La distribución de los tiempos de reacción entre los ensayos está determinada por la velocidad a la que se acumula evidencia en las neuronas con un componente subyacente de «caminata aleatoria». La tasa de deriva (v) es la tasa promedio a la que esta evidencia se acumula en presencia de este ruido aleatorio.
El umbral de decisión (a) representa el ancho del límite de decisión, o la cantidad de evidencia necesaria antes de que se realice una respuesta. El juicio termina cuando la evidencia acumulada alcanza el límite correcto o incorrecto.
Aplicación en psicología biológica / neurociencia cognitiva
Con el advenimiento de las técnicas de neuroimagen funcional de PET y fMRI, los psicólogos comenzaron a modificar sus paradigmas de cronometría mental para imágenes funcionales. Aunque los logistas psicópatas ( fisio ) han estado utilizando mediciones electroencefalográficas durante décadas, las imágenes obtenidas con PET han atraído un gran interés de otras ramas de la neurociencia, popularizando la cronometría mental entre una gama más amplia de científicos en los últimos años.
La forma en que se utiliza la cronometría mental es mediante la realización de tareas basadas en RT que muestran a través de neuroimagen las partes del cerebro que están involucradas en el proceso cognitivo.
Con la invención de la resonancia magnética funcional (fMRI), se utilizaron técnicas para medir la actividad a través de potenciales relacionados con eventos eléctricos en un estudio cuando se les pidió a los sujetos que identificaran si un dígito presentado era superior o inferior a cinco. De acuerdo con la teoría aditiva de Sternberg, cada una de las etapas involucradas en la realización de esta tarea incluye:
Codificación, comparación con la representación almacenada para cinco, selección de una respuesta y luego verificación de errores en la respuesta. La imagen de fMRI presenta las ubicaciones específicas donde se producen estas etapas en el cerebro mientras se realiza esta simple tarea de cronometría mental.
En la década de 1980, los experimentos de neuroimagen permitieron a los investigadores detectar la actividad en áreas localizadas del cerebro mediante la inyección de radionúclidos y el uso de tomografía por emisión de positrones (PET) para detectarlos. Además, se utilizó fMRI que detectó las áreas cerebrales precisas que están activas durante las tareas de cronometría mental.
Muchos estudios han demostrado que hay un pequeño número de áreas cerebrales que están muy extendidas y que están involucradas en la realización de estas tareas cognitivas.
Las revisiones médicas actuales indican que la señalización a través de las vías de dopamina que se originan en el área tegmental ventral está fuertemente correlacionada positivamente con RT mejorada (acortada); por ejemplo, se ha demostrado que los productos farmacéuticos dopaminérgicos como la anfetamina aceleran las respuestas durante el intervalo de tiempo, mientras que los antagonistas de la dopamina (específicamente, para los receptores de tipo D2) producen el efecto contrario.
De manera similar, la pérdida de dopamina relacionada con la edad del cuerpo estriado, medida por imágenes SPECT del transportador de dopamina, se correlaciona fuertemente con la RT lenta.
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