心理物理学对于通过感觉信息研究感知现象至关重要。本文介绍了一种双区间迫选任务的实验方案,该方案源自先前一项关于人类心理物理学的研究,参与者需估计视觉、听觉或视听非周期性脉冲序列时间间隔的持续时间。
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心理物理学对于通过感觉信息研究感知现象至关重要。本文介绍了一种双区间迫选任务的实验方案,该方案源自先前一项关于人类心理物理学的研究,参与者需估计视觉、听觉或视听非周期性脉冲序列时间间隔的持续时间。
我们提供了一种基于先前描述范式的心理物理学实验方法,用于表征人类对视觉、听觉及视听非周期性六脉冲序列中毫秒级时间间隔的感知持续时间。在该任务中,每次试验包含两个连续的同模态时间间隔,参与者通过按向上箭头键报告第二个刺激比参考刺激持续时间更长,或按向下箭头键表示相反判断。行为结果的分析可得到心理测量函数,即比较刺激被判断为长于参考刺激的概率随比较间隔变化的函数关系。总之,我们提出了一种利用标准编程软件生成视觉、听觉和视听刺激的方法,并通过隔音耳机和计算机显示器呈现刺激,实现双间隔迫选(2IFC)任务。
本实验方案旨在介绍一种心理物理学标准实验的操作流程。心理物理学是通过测量感觉输入所引发的行为反应来研究感知现象的学科1,2,3。通常情况下,人类心理物理学是一种成本较低且在成像或神经生理学实验中不可或缺的工具4。然而,从众多现有的心理物理学方法中选择最合适的一种并非易事,其选择在一定程度上依赖于研究者的经验与偏好。尽管如此,我们仍建议初学者全面回顾现有方法,以了解方法选择的标准5,6,7。本文提供了一种执行双区间强迫选择(2IFC)任务的实验流程,该任务被许多研究人员广泛用于研究工作记忆8、决策9,10或时间知觉11,12,13等感知过程。
为了引导读者理解该方法,我们重新撰写了一份关于非周期性脉冲序列的视觉(V)、听觉(A)和视听(AV)时间间隔知觉持续时间的研究报告。我们将此任务称为非周期性时间间隔分辨任务(aperiodic interval discrimination, AID)13。若尝试用心理物理学的专业术语来描述该范式,它属于一类A类、1型、基于表现、依赖判据的分辨任务,采用恒定法中的非自适应方法,并利用双曲正切(tanh)模型计算差异阈值。尽管这种描述听起来略显复杂,但我们仍以此向读者介绍心理物理学的一些基本概念,旨在为新实验的设计提供决策依据,甚至可能为调整现有方案以满足其他需求提供可能性。
任何心理物理学实验(例如双间隔强迫选择任务)都需要实现刺激呈现、实验任务、方法、分析和测量6。其目标是获得最能解释所测得行为表现的心理测量函数14。双间隔强迫选择任务要求向不知晓实验目的的受试者依次呈现两个刺激片段。受试者在比较这两个刺激后,通过从两个可能的回答中选择唯一一个最符合其感知的结果来进行报告。
在本研究中,“刺激”指与所研究感觉模态相关的技术考量。A类实验是在一次试验中对同一感觉模态的刺激进行比较,而B类实验则包含跨模态的比较。关于刺激的其他重要考虑因素包括其实施方式,即在规定范围内调节刺激的技术方法。例如,若我们希望确定皮肤上两种振动频率之间刚可察觉的差异(JND)15,我们需要一个精密刺激器来在扑动范围内产生频率即,4 - 40 Hz)。换句话说,技术元件的动态工作范围取决于每种感觉模态的动态谱。
选择任务取决于所研究的感知现象。例如,判断两个刺激是否相同或等效,可能依赖于与判断刺激比参考刺激更长或更短(如AID范式中)不同的脑机制16。本质上,刺激的选择决定了所获得反应的类型。第一类实验有时与所谓的绩效实验密切相关,其反应包括正确或错误的结果。相比之下,第二类实验(或称外观实验)主要产生定性的回答,这些回答依赖于参与者的主观标准,而非任何明确设定的标准;换句话说,属于标准无关的实验。值得注意的是,双间隔强迫选择(2IFC)任务的反应是标准依赖的,因为在每次试验中,标准刺激(有时称为基线或参考刺激)构成了比较感知所依赖的标准。
该方法可能涉及三个方面:首先,它可能指用于选择待测试刺激范围的机制,或者换句话说,指一个已知的刺激变异范围,这与旨在确定合适范围的自适应方法相对17。自适应方法推荐用于快速确定检测阈值和辨别阈值,并减少试验重复次数18。此外,自适应方法适用于预实验。方法的第二个定义是指刺激调制的尺度(例如,恒定刺激法)或对数尺度。所选尺度可能是也可能不是自适应方法结果的直接产物,但主要与所研究的感觉模态的动力学特性相关。最后,方法还指试验的次数及其呈现顺序。
在分析方面,涉及实验测量结果的统计学处理。无论是否选择适当的分析方法来比较实验组与对照组,心理物理学主要关注测量两种条件下绝对阈值或差别阈值。例如,存在 与 无刺激呈现时的感知阈值,或两个刺激之间的最小可觉差(JND),特别是在双间隔强迫选择(2IFC)任务中19。此类测量源自心理测量函数(即,行为随检测或分辨所涉条件概率变化的连续模型)。模型函数的选择取决于量表,换句话说,取决于自变量取值的间距。对于线性间距的取值,累积正态函数、Logistic函数、Quick函数和Weibull函数较为适用;而对于对数间距,Gumbel函数和log-Quick函数则更为合适。此外,也存在其他可选模型,例如 tanh 在AID任务中使用。重要的是,选择合适的模型取决于实验设计中所考虑的关注参数20拟合数据至模型后,应能得出两个参数: α 和 β 参数。在2IFC范式中通常采用的逻辑函数情况下, α 表示投影到主观相等点(point of subjective equality)的横坐标值即,为半数最大效应浓度(logistic 曲线的一半)。 β 参数指的是该点的斜率 α 值(即,条件间过渡的陡峭程度)。最后,心理测量曲线常用于获取的参数是差别阈限21 (差别阈限,DL)。在双强制选择(2IFC)实验中,DL 表示 β,但严格来说,对应于两个区间之间可感知的最小差异。确定差别阈限(DL)的公式如下方程(1)所示。
(1)
其中,x 表示在S形曲线上的性能直接测得为0.75和0.25时对应的自变量值。到目前为止,我们仅讨论了心理测量函数的一些基本概念。我们建议进一步深入研究心理测量函数的估计与解释方法,包括这些参数及其他相关参数22。
在实施心理物理学实验时,需考虑的其他技术方面涉及设备和软件。如今,商用计算机的内存和处理速度通常足以高效处理高保真度的视觉和听觉任务。此外,配套设备(如降噪耳机、扬声器和显示器)的动态分辨率必须满足各感觉模态所采用的采样率要求。例如频率、振幅、对比度和刷新率)等参数。此外,还可使用 PsychToolbox 等软件程序23 和 PsychoPy24 易于实施,且在同步任务事件和设备方面具有高效率。
先前描述的AID任务整合了上述多种主题,用于2IFC范式。有趣的是,该任务探索了视觉(V)、听觉(A)以及视听(AV)刺激在毫秒级时间间隔内的感知,而这一时间尺度正是大脑大多数神经过程发生的主要范围25,26,27。然而,这一时间尺度对于视觉研究而言却存在一定的局限性,因为与听觉相比,视觉系统的采样率相对受限28。因此,在多模态比较研究中,需要引入额外的理论框架12,29,30,有时还需进一步调整实验设计,以涵盖共同的调制频谱或实现一致的感知解释。
本方案侧重于一项辨别任务(即,一种双刺激强制选择法(2IFC),其中将一个基础刺激(也称为参照或标准刺激)与一系列比较刺激或测试刺激进行对比,以确定差别阈限(JND),即辨别阈限。此处的任务旨在研究人类对视觉(V)、听觉(A)或视听(AV)非周期性脉冲模式时间间隔的辨别能力13我们提供了关于刺激的创建与参数设置,以及准确性与反应时分析的相关信息。尤为重要的是,我们讨论了如何根据心理计量学统计结果参数来解读受试者的时间知觉,以及在双间隔强迫选择(2IFC)心理物理学方法主题范围内的一些实验与分析替代方案。
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实验经墨西哥国立自治大学细胞生理学研究所生物伦理委员会批准(编号:CECB_08),并遵循《世界医学协会伦理准则》的指导原则进行。
1. 实验设置
(2)2. 参与者
3. 实验步骤
4. 数据分析
![figure-protocol-2 概率方程,\(P(S1 > S2) = a \times \tanh[\beta(s2 - \theta)] + c\),公式示意图。](/files/ftp_upload/58408/58408eq3.jpg)
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本方案介绍了一种在人类受试者中开展心理物理学实验的方法。该技术复现了以往关于对V、A及AV脉冲的AP序列时间间隔进行分辨的研究,该研究采用的是双区间二强制选择(2IFC)方法。刺激材料由一系列包含六个50毫秒脉冲的序列组成,其脉冲间间隔在毫秒量级范围内,来源于P和AP的分布即,从500毫秒到1100毫秒,以100毫秒为步长。 图2A 显示一些区间及其计算出的周期性指数。
该任务使用 LabVIEW 编程,包含两个连续刺激的同模态试验(图 2B)。在31名参与者(15名女性和16名男性,年龄为23.6 ± 4.3岁[均值 ± 标准差])完成任务后,我们利用双曲正切函数(tanh)获得了P和AP条件下触觉(V)、听觉(A)以及视听整合(AV)的总体准确率的心理测量函数(
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在心理物理学中,任务的选择取决于对特定感知现象的兴趣5,6。例如,本实验方案旨在重现先前报道的一种关于非周期性脉冲序列的视觉、听觉及视听刺激时间间隔感知的实验范式,并采用了双间隔强迫选择(2IFC)方法13。与大多数心理物理学任务一样,准确地生成、呈现和记录任务要素需要合适的硬件和软件支持,尤其是在研究发生在毫秒量级的现象时尤为关键25,26,27。当前方法的一个优势是可通过图形用户界面(GUI)生成多种多样的刺激,从而便于探索其参数特征与行为表现。在此方面,无论刺激的复杂程度如何,都应重视参数化变量的作用;例如本方案中采用了一种简单而新颖的方法来量化非周期性13(图2A)。我们还建...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作由墨西哥国家科学技术理事会(CONACyT)资助,项目编号CB-256767。作者感谢Isaac Morán提供的技术协助,以及来自细胞生理学研究所(IFC)计算机部的Ana Escalante提供的宝贵帮助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 戴尔 Precision 笔记本电脑 | Dell | M6800 CTO | Intel Core i7-4710MQ 处理器,2.5GHz,16 GB 内存,64 位操作系统;17.3" 屏幕,分辨率 1920 x 1080;刷新率 60 Hz |
| 降噪耳机 | Bose | QC25 | QuietComfort 25 降噪耳机 |
| 分贝计 | Extech Instruments | SL 130G | 声级计(dB),量程 30 至 130 dB,符合 ANSI 和 IEC 2 型声级计标准 |
| 名称 | 公司 | 目录编号 | 备注 |
| 软件 | |||
| Labview | National Instruments | Labview 2014 | Labview SP1 130,64 位,版本 14 |
| Matlab | Mathworks Inc | Matlab 2016a | Mathworks Inc.,美国马萨诸塞州纳蒂克 |
| 用于创建视觉和听觉刺激的图形用户界面(GUI),由 Fabiola Duarte 开发 | Mathworks Inc | Matlab 2016a | Mathworks Inc.,美国马萨诸塞州纳蒂克 |
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