JoVE Science Education

Sensation and Perception

Diferencias apenas perceptibles

Just-noticeable Differences

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JoVE Science Education Sensation and Perception

Just-noticeable Differences

6.3: Perspectives on Sensation and Perception

6.14: The Staircase Procedure for Finding a Perceptual Threshold

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07:30 min

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April 30, 2023

Overview

Fuente: Laboratorio de Jonathan Flombaum, Johns Hopkins University

Psicofísica es una rama de la psicología y neurociencia que intenta explicar cantidades físicas cómo se traducen en disparos neuronales y representaciones mentales de magnitud. Un conjunto de preguntas en esta área se refiere a diferencias sólo-sensible (JND): ¿cuánto tiene algo que cambiar en orden para el cambio a ser perceptible? Bomba de intuiciones acerca de esto, considere el hecho de que los niños pequeños crecen a un ritmo enorme, relativamente, pero raramente se observa crecimiento llevando a cabo sobre una base diaria. Sin embargo, cuando el niño regresa del campamento sueño lejos o cuando un abuelo Ve el niño después de una ausencia prolongada, apenas unas semanas de crecimiento es más perceptible. ¡Puede parecer enorme! Cambios en la altura se notan sólo después de una ausencia debido a los pequeños cambios que tienen lugar en el día a día son demasiado pequeños para ser perceptibles. Pero después de una ausencia, muchos pequeños cambios suman. Así que ¿cuánto crecimiento necesita a notarse? La cantidad mínima es la JND.

Psicólogos y neurocientíficos medir y en muchos dominios. ¿Cuánto más brillante tiene una luz que debe ser notado? ¿Cuánto más se necesita ser un sonido? Obtienen a menudo las mediciones empleando un paradigma de elección forzada. Este video se centrará en tamaño, demostrando un enfoque estándar para medir una y cuando cambia la zona de una forma.

Procedure

1. equipo

Para este experimento, usar una computadora y experimentar el software de aplicación como el E-Prime, o un entorno de programación como MATLAB o PsychoPy.

2. estímulos y diseño de experimento

Este experimento implica ensayos repetidos con el mismo diseño básico. Dos discos aparecerán en la pantalla simultáneamente, uno en el lado izquierdo y uno a la derecha. Uno siempre será mayor que otra, y la tarea será utilizar una pulsación de tecla para seleccionar el más grande. Los detalles son como sigue:
Programa la experiencia a sacar un disco azul con un radio de 10 px. El disco aparecerá en cada prueba del experimento, centrado en la pantalla verticalmente y centrado horizontalmente en la mitad izquierda o derecha de la pantalla. Utilizando un estímulo que aparece sin cambios en cada juicio se denomina el método de estímulo constante. Sólo refiere al hecho de que uno de los dos estímulos en cada ensayo es siempre la misma. El disco azul de 10 px es el estímulo constante.
Enfrente el estímulo constante en cada ensayo, Mostrar otro disco azul. Este disco se llama el estímulo de comparación. Tendrá un radio de entre 5 y 9 y entre 11 y 15 px. Son 10 posibilidades totales. En el experimento, son 10 pruebas para cada uno de los 20 estímulos de comparación posible. Así que el experimento consistirá en 200 ensayos.
¿Mostrar los dos estímulos en la pantalla de 200 ms, seguido por una pantalla que dice solamente ‘ que ‘era más grande L/R? Figura 1 esquematiza la secuencia de eventos en cada ensayo.
1. Respuestas claves ‘L’ indica que el objeto izquierdo era más grande, y respuestas claves de la ‘R’ señalará el derecho que uno se percibe como más grande.
Asegúrese de que el programa produce los siguientes datos importantes en una tabla: el número del ensayo, el tamaño de los estímulos de comparación, la posición de la pantalla de los estímulos de comparación, la respuesta correcta y la respuesta dada por el participante. Figura 2 muestra un ejemplo de una tabla de datos.

Figura 1. Una representación esquemática de un único ensayo de selección forzada en un experimento para medir la diferencia apenas perceptible (JND) para el tamaño del círculo. En primer lugar, una pantalla lista pide a los participantes que se iniciará un juicio. A continuación, dos discos azules aparecen en la pantalla, lado a lado. Permanecen presentes por sólo 200 ms, momento en el que la pantalla le pedirá al participante para una respuesta. La tecla ‘L’ se utiliza para indicar el objeto a la izquierda y la tecla ‘R’ para indicar el objeto a la derecha.

Figura 2. Una tabla de salida muestra de un experimento de selección forzada y. Las columnas de informan los datos relevantes del programa experimental.

3. ejecución del experimento

Reclutar a un participante y cuando ella llega en el laboratorio de decirle que ella hará un experimento sencillo sobre la percepción de la forma. Luego tienen su completo consentimiento informado.
Asiento del participante frente a la computadora de prueba y explicar la tarea como sigue:
1. Cada prueba de este experimento implicará la misma secuencia básica de eventos. En primer lugar, usted verá la palabra ‘Listo?’ en la pantalla. Pulsa barra espaciadora cuando estés listo para comenzar el juicio. En ese momento, dos discos azul aparecerá en ambos lados de la pantalla muy brevemente. Cuando desaparecen, la pantalla mostrará ‘ que era más grande, L/R?’ Su trabajo es informar cuál de los dos discos parecía más grande, uno a la derecha o uno en el lado izquierdo de la pantalla. Hay 200 ensayos en el experimento, pero son pocos. Todo experimento debe tomar menos de cinco minutos. ¿Tienes alguna pregunta?
Después de responder a las preguntas, lanza el programa experimental y que el participante comience. Dejarla en el cuarto de prueba tranquillo hasta que termine el experimento.

4. analizar los resultados

Para analizar los resultados, lo primero es determinar que las respuestas eran correctas y que eran incorrectas. Agregar una columna a la tabla de salida datos para estos fines. Compara la respuesta dada y la respuesta correcta, marcando la última columna con un 1 cuando la respuesta era correcta y 0 cuando no era.
1. Buscar rápidamente para asegurarse de que el rendimiento era razonable-que el participante estaba en o cerca de perfecta exactitud cuando la comparación era 5 y 15 px, diferencias bastante grande en comparación con 10 que no hay errores si se han hecho.
Ahora agregar otra columna a la tabla de datos, llamada ‘Proporción de respuestas C.’ En la columna, observe si la comparación o la constante fue elegida por el participante. Si el objeto de comparación fue seleccionado, marque un 1 en la columna. Si la constante fue elegida, marque 0.
Ahora, para cada tamaño de comparación, calcular la fracción de tiempo que la comparación fue seleccionada como el más grande por el participante. Para estímulos de comparación de 5, el número debe estar cerca de 0 y de estímulos de comparación de 15 debe ser cerca de 1.
Para visualizar los resultados, verlos siguiente: hacer diagrama de dispersión, con el tamaño de la comparación en el eje x y la proporción de veces fue elegido en el eje y. Se verá algo como la de figura 3.

Figura 3. Resultados de un experimento de selección forzada a encontrar la JND para radio del círculo. Trazado es la proporción de tiempo que el estímulo de comparación fue seleccionado como el más grande (por participante) como una función del tamaño de los estímulos de comparación. El estímulo constante, siempre tenía un radio de 10 px.

¿Exactamente cuánto tiene algo que cambiar por una diferencia que se percibe?

Pensemos, por ejemplo, los niños pequeños que crecen rápidamente, obtener más alto sobre una base diaria. Sin embargo, a menudo es difícil de notar cambios sutiles, especialmente si todavía luchan para llegar a una pelota de baloncesto.

Durante un período mucho más largo, su alta tasa de crecimiento llega a ser más perceptible; ¡de hecho, la cantidad puede parecer enorme! Estos cambios en la altura se notan sólo después de un lapso porque las pequeñas diferencias día a día son demasiado pequeñas para ser perceptibles.

El mínimo todavía percibe cantidad es el justo–diferencia notable, que, para este ejemplo, es la menor cantidad de crecimiento observado.

Este video muestra un enfoque estándar para la medición de una solo-notable-diferencia en tamaño de la forma. No sólo discutimos los pasos necesarios para diseñar y ejecutar un experimento, sino también explica cómo analizar los datos e interpretar los resultados que describe sólo como pequeño un cambio de área es necesario ser percibido.

En este experimento, los participantes se muestran brevemente dos círculos diferentes que varían en tamaño y se ven obligados a elegir cuál es más grande.

Durante cada ensayo, uno siempre se presenta con la misma circunferencia, mientras que el otro es variado. Este enfoque se conoce como el método de estímulo constante.

En este caso, el estímulo constante está diseñado para tener un radio de 10 px y ubicados aleatoriamente en izquierda o derecha de la pantalla. En contraste, el círculo, llamado el estímulo de comparación, tendrá un radio que varía entre 5 y 9 y entre 11 y 15 px.

El estímulo de comparación teniendo en cuenta estas 10 posibilidades, aparece 10 veces en cada lado, para un total de 200 ensayos. La variable dependiente se registra como que estímulo fue elegido para ser el más grande.

Los participantes deben elegir correctamente si percibe una diferencia de tamaño entre los dos estímulos. Sin embargo, cuando las formas están más cercanos de circunferencia y a continuación la diferencia notable sólo, rendimiento se prevé que disminuya.

Para comenzar el experimento, saludar a los participantes en el laboratorio. Con ellos sentado cómodamente frente al ordenador, explican las instrucciones de la tarea: la pantalla tendrá la palabra “Ready”? en él hasta que presione la barra espaciadora.

Ver como dos estímulos azules aparecen e instruir a los participantes para indicar que estímulo pensaban que era más grande pulsando la tecla ‘L’ para la izquierda y ‘R’ para las respuestas de la derecha. Recordar que debe supongo que si no están seguros de que uno es más grande.

Después de responder a las preguntas el participante podría tener, salir de la sala. Que puedan completar todos los 200 ensayos durante un período de 5 minutos. Cuando terminen, volver a la habitación y darles las gracias por tomar parte en el experimento.

Para analizar los datos, primero recuperar el archivo de salida programado que capturan las respuestas de cada participante. Rápida mirada a los datos para asegurarse de que las actuaciones fueron sensibles, es decir, que cuando los tamaños de los estímulos de comparación eran 5 y 15 px, exactitud era casi perfecto.

A continuación, agregar una columna a la tabla de salida llamada ‘Exactitud’ para determinar si las respuestas grabadas son correctas o no. Compararlos dada para las respuestas correctas para todos los ensayos. Uso la siguiente si la declaración registra a 1 cuando la respuesta es correcta y 0 cuando es incorrecta.

Ahora, agrega otra columna a la tabla, con la etiqueta ‘Proporción de comparación de respuestas’. Comparar la columna ‘Posición de comparación’ con ‘Respuesta’ y una nueva instrucción de IF para marcar un ‘1’ cuando el estímulo de comparación fue elegido o un ‘0’ si el círculo constante fue elegido.

Para visualizar los resultados, hacer una dispersión parcela con el tamaño de la comparación en el eje x y la proporción de veces que fue elegido como siendo más grandes en el eje y. Recordar que el estímulo constante siempre tenía un radio de 10 px, razón por la cual estímulos con 5 o 6 radios px casi nunca fueron elegidos y los que tienen 14 o 15 siempre fueron elegidos.

Con un radio de 9 u 11 px, la comparación era más difícil y los participantes a menudo cometieron errores. De hecho, el rendimiento fue a nivel de oportunidad, lo que sugiere que no se percibían diferencias.

Para calcular el solo-gran-diferencia, tiene el tamaño de comparación que fue elegido el 75% del tiempo, en este caso un radio de 12, menos el tamaño de la comparación que se escogió el 25% del tiempo, radio de 8 y divida el resultado por 2 para una respuesta de 2 px.

En otras palabras, los radios de los círculos que diferir por al menos 2 px para sus tamaños para percibir con precisión.

Ahora que usted está familiarizado con notable sólo diferencias en la percepción de los tamaños de objetos visuales, vamos a ver cómo se utiliza este paradigma en los estudios neurofisiológicos para explorar cómo el cerebro responde y en otras situaciones conductuales, tales como distinguir entre niveles de grasa en los alimentos.

Los investigadores han investigado cómo los neuronas en la corteza visual codifican las propiedades físicas del mundo, como tamaños de objetos.

Utilizando técnicas de registro electrofisiológico que miden los patrones de la leña junto con la presentación de estímulos, los investigadores encontraron que las neuronas que son sensibles al tamaño a veces responderá de la misma forma a los objetos que son realmente diferentes tamaños.

Por esta razón y es justo-apenas-sensible: a veces, en el cerebro, los estímulos relevantes realmente producen efectos indistinguibles.

Además, los investigadores han utilizado una tarea apenas notables diferencias caracterizan los umbrales individuales para la detección de las concentraciones de grasa en los alimentos.

Se encontró que individuos con un mayor índice de masa corporal requieren una mayor diferencia notable sólo o umbral superior, antes de probar los ácidos grasos en las muestras. Estos resultados podrían conducir a nuevos enfoques para limitar el consumo excesivo de grasa.

Sólo ha visto introducción de Zeus a diferencias notables justo. Ahora debe tener una buena comprensión de cómo diseñar y ejecutar el experimento, así como analizar y evaluar los resultados.

¡Gracias por ver!

Results

El gráfico en la figura 3 muestra la proporción de tiempo en el que el estímulo de comparación fue elegido como una función del tamaño de su radio. Hay que recordar que el estímulo constante siempre tiene un radio de 10 px en este experimento. Esto es por qué con un radio de 5 o 6 px la comparación casi nunca es elegida, y casi siempre es elegido con un radio si 14 ó 15 px. Sin embargo, con un radio de 9 u 11 px, la comparación es difícil. Los participantes a menudo cometen errores. La JND se define como sigue: el tamaño de la comparación cuando es elegido alrededor del 75% de las veces menos su tamaño cuando es elegido el 25% del tiempo, todo ello dividido por 2. Aquí, los números son 12 y 8, respectivamente. Para el y para el radio del círculo es 2 px.

Hay razones matemáticas detalladas de por qué este es el cálculo exacto de una JND, tienen que ver con la estadística y la naturaleza de las distribuciones normal (curvas de campana). Pero mirando el gráfico debe hacer el cómputo más intuitiva. Cuando el radio era sólo de 1 px más pequeño o más grande que 10, el participante hizo muchos errores, realizar muy cerca de 0.5, que es lo que produciría si ella sólo estaba adivinando. Pero rendimiento rápidamente se convirtió en mucho más preciso con una diferencia de pixel de 2, y fue casi perfecto con una diferencia de pixel de 3 o más. Figura 4 es una versión anotada de la figura 3, destinado a ilustrar el cálculo de una y.

Figura 4. Una versión anotada de la figura 3.

Applications and Summary

Una de las principales aplicaciones del enfoque estímulo constante para medir una JND ha llegado en la neurociencia, específicamente en estudios de Neurofisiología ideado para investigar cómo el disparo de neuronas individuales codifica propiedades físicas sobre el mundo. Estos estudios implican generalmente un mono con electrodos implantados en su corteza visual. Los electrodos penetran en las células individuales que responden a la estimulación visual por disparar o clavar, es decir, realizando una rápida señal eléctrica. En estudios sobre el uso de métodos y, los investigadores han descubierto que las neuronas individuales son ruidosas-responden al tamaño o brillo o color de un estímulo más o menos la misma manera cada vez, pero con cierta variabilidad. El resultado es que dos estímulos muy similares que provocan la misma respuesta algunas veces. Un círculo con un radio de 10 voluntad px a veces obtener la misma respuesta neuronal como un círculo con un radio de 9 px o un círculo con un radio de 11 px. Por esta razón y es justo-apenas-sensible: a veces, en el cerebro, los estímulos relevantes realmente producen efectos indistinguibles.

Transcript

Exactly how much does something need to change for a difference to be perceived?

Think of, for instance, young children who grow rapidly—getting taller on a daily basis. However, it’s often difficult to notice subtle changes, especially if they still struggle to reach a basketball.

Over a much longer span, their growth spurt becomes more than perceptible; in fact, the amount can seem enormous! These changes in height are only noticed after a lapse because the small day-to-day differences are too small to be perceivable.

The minimal yet perceived amount is the just-noticeable-difference, which, for this example, is the smallest amount of growth noticed.

This video demonstrates a standard approach for measuring a just-noticeable-difference in shape size. Not only do we discuss the steps required to design and execute an experiment, but we also explain how to analyze the data and interpret the results describing just how small of a change in area is necessary to be perceived.

In this experiment, participants are briefly shown two different circles that vary in size and are forced to choose which one is larger.

During each trial, one is always presented with the same circumference, whereas the other is varied. This approach is referred to as the method of constant stimulus.

In this case, the constant stimulus is designed to have a radius of 10 px and located randomly on either the left or right side of the screen. In contrast, the other circle, called the comparison stimulus, will have a radius that varies between 5 and 9 and between 11 and 15 px.

Given these 10 possibilities, the comparison stimulus is shown 10 times on each side, for a total of 200 trials. The dependent variable is recorded as which stimulus was chosen to be the larger one.

Participants are expected to choose correctly if they perceived a difference in size between the two stimuli. However, when the shapes are closer in circumference and below the just-noticeable difference, performance is predicted to decline.

To begin the experiment, greet the participant in the lab. With them sitting comfortably in front of the computer, explain the task instructions: The screen will have the word “Ready?” on it until they press the space bar.

Watch as two blue stimuli appear and instruct the participant to indicate which stimulus they thought was larger by pressing the ‘L’ key for left- and ‘R’ for right-side responses. Remind them that they should guess if they are not sure which one is larger.

After answering any questions the participant might have, leave the room. Allow them to complete all of the 200 trials over a 5-min period. When they finish, return to the room and thank them for taking part in the experiment.

To analyze the data, first retrieve the programmed output file that captured each participant’s responses. Quickly glance at the data to make sure that performances were sensible—namely, that when the sizes of the comparison stimuli were 5 and 15 px, accuracy was near perfect.

Next, add a column to the output table called ‘Accuracy’ to determine whether the recorded answers are correct or not. Compare those given to the correct responses for all trials. Use the following IF statement to register a 1 when the response given was correct and 0 when it was incorrect.

Now, add another column to the table, labeled ‘Proportion of Comparison Responses’. Compare the column ‘Comparison Position’ with ‘Response’ and use a new IF statement to mark a ‘1’ when the comparison stimulus was chosen or a ‘0’ if the constant circle was chosen.

To visualize the results, make a scatter plot with the size of the comparison on the x-axis and the proportion of times it was chosen as being larger on the y-axis. Recall that the constant stimulus always had a 10-px radius, which is why stimuli with 5 or 6 px radii were almost never chosen and those with 14 or 15 were always chosen.

With a radius of 9 or 11 px, the comparison was more difficult and participants often made mistakes. In fact, performance was at chance level, suggesting that differences were not being perceived.

To calculate the just-noticeable-difference, take the comparison size that was chosen 75% of the time, in this case a radius of 12, minus the comparison size that was chosen 25% of the time—radius of 8—and divide the result by 2 for an answer of 2 px.

In other words, the radii of the circles need to differ by at least 2 px for their sizes to be accurately perceived.

Now that you are familiar with just-noticeable differences in the perception of visual objects’ sizes, let’s look at how this paradigm is used in neurophysiological studies to explore how the brain responds and in other behavioral situations, such as distinguishing between fat levels in food.

Researchers have investigated how individual neurons in the visual cortex encode the physical properties of the world, like objects’ sizes.

Using electrophysiological recording techniques that measure firing patterns in conjunction with stimuli presentation, researchers found that neurons that are sensitive to size will sometimes respond in the same way to objects that are actually different sizes.

This is why JND are just-barely-noticeable: sometimes, in the brain, the relevant stimuli really do produce indistinguishable effects.

In addition, researchers have used a just-noticeable-differences task to characterize individual thresholds for detecting fat concentrations in food.

They found that individuals with a higher body mass index required a higher just-noticeable difference, or higher threshold, before tasting fatty acids in the samples. These results could lead to new approaches to limit excess fat consumption.

You’ve just watched JoVE’s introduction to just-noticeable differences. Now you should have a good understanding of how to design and run the experiment, as well as how to analyze and assess the results.

Thanks for watching!

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