הבדלים מורגשים בלבד
מקור: המעבדה של ג'ונתן פלומבאום – אוניברסיטת ג'ונס הופקינס
פסיכופיזיקה היא ענף של פסיכולוגיה ומדעי המוח המנסה להסביר כיצד כמויות פיזיות מתורגמות לפיטו…
1. ציוד
- לניסוי זה, השתמש בתוכנת יישום מחשב והתנסות כגון E-Prime, או בסביבת תכנות כגון MATLAB או PsychoPy.
2. גירויים ועיצוב ניסויים
- ניסוי זה יכלול ניסויים חוזרים ונשנים עם אותו עיצוב בסיסי. שני דיסקים יופיעו על המסך בו-זמנית, אחד בצד שמאל ואחד בצד ימין. אחד תמיד יהיה גדול יותר מאחר, והמשימה תהיה להשתמש בלחץ מפתח כדי לבחור את הגדול יותר. הפרטים הם כדלקמן:
- תכנת את הניסוי לצייר דיסק כחול ברדיוס של 10 px. הדיסק יופיע בכל ניסוי של הניסוי, מרוכז בתצוגה אנכית ומרוכז אופקית במחצית השמאלית או הימנית של הצג. שימוש בגירוי אחד המופיע ללא שינוי בכל ניסוי נקרא לעתים השיטה של גירוי מתמיד. זה רק מתייחס לעובדה שאחד משני הגירויים בכל משפט הוא תמיד זהה. הדיסק הכחול 10-px הוא אפוא הגירוי המתמיד.
- מול הגירוי הקבוע בכל ניסוי, הצג דיסק כחול אחר. דיסק זה נקרא גירוי ההשוואה. יהיה לו רדיוס בין 5 ל-9 ובין 11 ל-15 פיקס. זה 10 אפשרויות בסך הכל. בניסוי, כלול 10 ניסויים כל אחד עבור כל אחד מ -20 גירויי ההשוואה האפשריים. אז הניסוי יכלול 200 ניסויים.
- הצג את שני הגירויים על המסך עבור 200 אלפיות השנייה, ואחריו מסך שכתוב עליו רק 'איזה מהם היה גדול יותר L/R?' איור 1 סכמטי את רצף האירועים בכל ניסיון.
- תגובות מפתח 'L' יצביעו על כך שהאובייקט השמאלי היה גדול יותר, ותגובות מפתח 'R' יקבעו שהאובייקט הימני נתפס כגדול יותר.
- ודא כי התוכנית פלט את הנתונים החשובים הבאים לטבלה: מספר הניסיון, גודל גירוי ההשוואה, מיקום המסך של גירוי ההשוואה, התגובה הנכונה, ואת התגובה שניתנה על ידי המשתתף. איור 2 מציג דוגמה של טבלת נתונים כזו.
איור 1. תיאור סכמטי של ניסוי בחירה בכפייה יחיד בניסוי כדי למדוד את ההבדל המורגש (JND) לגודל המעגל. ראשית, מסך מוכן מנחה את המשתתפים כי ניסיון יתחיל. לאחר מכן, שני דיסקים כחולים מופיעים בתצוגה, זה לצד זה. הם נשארים נוכחים רק 200 ms, ובשלב זה התצוגה מבקשת את המשתתף לתגובה. מקש 'L' משמש לציון האובייקט משמאל, ואת מקש 'R' כדי לציין את האובייקט מימין.
איור 2. טבלת פלט לדוגמה מניסוי JND בבחירה כפויה. העמודות מדווחות על הנתונים הרלוונטיים מתוכנית הניסוי.
3. הפעלת הניסוי
- לגייס משתתף, וכשהיא מגיעה למעבדה תגיד לה שהיא תעשה ניסוי פשוט על תפיסת הצורה. אז יש לה הסכמה מדעת מלאה.
- הושיבו את המשתתף מול מחשב הבדיקה והסבירו את המשימה כדלקמן:
- כל ניסוי של הניסוי הזה יכלול את אותו רצף אירועים בסיסי. ראשית, תראה את המילה "מוכן?" על המסך. הקש על מקש הרווח כאשר תהיה מוכן להתחיל את גירסת הניסיון. בשלב זה, שני דיסקים כחולים יופיעו משני צדי המסך בקצרה רבה. כשהם ייעלמו, התצוגה תקרא "מה היה גדול יותר, אל.אר?" התפקיד שלך הוא לדווח איזה משני הדיסקים נראה לך גדול יותר, אחד בצד ימין או אחד בצד שמאל של המסך. יש 200 ניסויים בניסוי, אבל הם קצרים. כל הניסוי אמור לקחת פחות מחמש דקות. יש לך שאלות?
- לאחר שענית על שאלות, הפעל את תוכנית הניסוי, ותן למשתתף להתחיל. תשאיר אותה בחדר הבדיקות השקט עד שהניסוי יושלם.
4. ניתוח התוצאות
- כדי לנתח את התוצאות, הדבר הראשון שיש לעשות הוא לקבוע אילו תגובות היו נכונות ומי לא היו נכונות. הוסף עמודה לטבלת פלט הנתונים למטרות אלה. השווה את התגובה שניתנה ואת התגובה הנכונה, סימון העמודה הסופית עם 1 כאשר התגובה שניתנה הייתה נכונה ו- 0 כאשר היא לא הייתה.
- במהירות לחפש כדי לוודא כי הביצועים היו הגיוניים - כי המשתתף היה בדיוק מושלם או קרוב כאשר ההשוואה הייתה 5 ו 15 px, הבדלים גדולים מספיק לעומת 10 כי לא היו צריכים להתבצע שגיאות.
- כעת הוסף עמודה נוספת לטבלת הנתונים, הנקראת 'שיעור התגובות C'. בעמודה , שים לב אם ההשוואה או הקבוע נבחרו על-ידי המשתתף. אם נבחר אובייקט ההשוואה, סמן 1 בעמודה. אם הקבוע נבחר, סמן 0.
- כעת, עבור כל גודל השוואה, חשב את שבריר הזמן בו ההשוואה נבחרה כגדולה יותר על-ידי המשתתף. עבור גירויי השוואה של 5, המספר צריך להיות קרוב ל -0, ולגירוי השוואה של 15 זה צריך להיות קרוב ל -1.
- כדי להמחיש את התוצאות, גרף אותן באופן הבא: הפוך את התוויית הפיזור, עם גודל ההשוואה בציר ה- x ושיעור הפעמים שהוא נבחר בציר ה- y. זה ייראה משהו כמו זה באיור 3.
איור 3. תוצאות של ניסוי בחירה בכפייה כדי למצוא את JND לרדיוס מעגל. התווה הוא חלקו היחסי של הזמן כי גירוי ההשוואה נבחר כמו גדול יותר (על ידי המשתתף) כפונקציה של גודל גירוי ההשוואה. לגירוי הקבוע תמיד היה רדיוס של 10 px.
עד כמה בדיוק משהו צריך להשתנות כדי להבחין בהבדל?
חשבו למשל על ילדים צעירים שגדלים במהירות וגדלים על בסיס יומי. עם זאת, לעתים קרובות קשה להבחין בשינויים עדינים, במיוחד אם הם עדיין מתקשים להגיע לכדורסל.
לאורך תקופה ארוכה בהרבה, פרץ הצמיחה שלהם הופך להיות יותר ממורגש; למעשה, הסכום יכול להיראות עצום! שינויים אלה בגובה מורגשים רק לאחר הפסקה מכיוון שההבדלים הקטנים בין היומיום קטנים מכדי שניתן יהיה להבחין בהם.
הכמות המינימלית אך הנתפסת היא ההבדל המורגש זה עתה, אשר, למשל, הוא כמות הצמיחה הקטנה ביותר שנצפתה.
סרטון זה מדגים גישה סטנדרטית למדידת הבדל מורגש בגודל הצורה. לא רק שאנו דנים בשלבים הנדרשים לתכנון וביצוע ניסוי, אלא אנו גם מסבירים כיצד לנתח את הנתונים ולפרש את התוצאות המתארות עד כמה שינוי קטן באזור הכרחי כדי להיתפס.
בניסוי הזה מראים למשתתפים בקצרה שני עיגולים שונים שגודלם משתנה, והם נאלצים לבחור איזה מהם גדול יותר.
במהלך כל משפט, אחד תמיד מוצג עם אותו היקף, ואילו השני מגוון. גישה זו מכונה שיטת הגירוי המתמיד.
במקרה זה, הגירוי הקבוע נועד להיות בעל רדיוס של 10 פיקסלים וממוקם באופן אקראי בצד שמאל או ימין של המסך. לעומת זאת, למעגל השני, הנקרא גירוי השוואה, יהיה רדיוס המשתנה בין 5 ל-9 ובין 11 ל-15 פיקסלים.
בהינתן 10 האפשרויות הללו, גירוי ההשוואה מוצג 10 פעמים מכל צד, בסך הכל 200 ניסויים. המשתנה התלוי נרשם כאיזה גירוי נבחר להיות הגדול יותר.
המשתתפים צפויים לבחור נכון אם הם הבחינו בהבדל בגודל בין שני הגירויים. עם זאת, כאשר הצורות קרובות יותר בהיקף ומתחת להבדל המורגש זה עתה, הביצועים צפויים לרדת.
כדי להתחיל את הניסוי, ברכו את המשתתף במעבדה. כשהם יושבים בנוחות מול המחשב, הסבירו את הוראות המשימה: על המסך תהיה המילה "מוכן?" עד שהם ילחצו על מקש הרווח.
צפו בשני גירויים כחולים מופיעים והורו למשתתף לציין איזה גירוי הוא חושב שהוא גדול יותר על ידי לחיצה על מקש 'L' לתגובות בצד שמאל ו-'R' לתגובות בצד ימין. הזכירו להם שהם צריכים לנחש אם הם לא בטוחים איזה מהם גדול יותר.
לאחר שענית על כל שאלה שיש למשתתף, צא מהחדר. אפשר להם להשלים את כל 200 הניסויים במשך תקופה של 5 דקות. כשהם מסיימים, חזרו לחדר והודו להם על השתתפותם בניסוי.
כדי לנתח את הנתונים, אחזר תחילה את קובץ הפלט המתוכנת שתפס את התגובות של כל משתתף. הציצו במהירות בנתונים כדי לוודא שהביצועים היו הגיוניים - כלומר, כאשר הגדלים של גירויי ההשוואה היו 5 ו-15 פיקסלים, הדיוק היה כמעט מושלם.
לאחר מכן, הוסף עמודה לטבלת הפלט בשם 'דיוק' כדי לקבוע אם התשובות המוקלטות נכונות או לא. השווה את אלה שניתנו לתשובות הנכונות עבור כל הניסויים. השתמש במשפט ה-IF הבא כדי לרשום 1 כאשר התגובה שניתנה הייתה נכונה ו-0 כאשר היא הייתה שגויה.
כעת, הוסף עמודה נוספת לטבלה, שכותרתה 'פרופורציה של תגובות השוואה'. השווה את העמודה 'מיקום השוואה' עם 'תגובה' והשתמש במשפט IF חדש כדי לסמן '1' כאשר נבחר גירוי ההשוואה או '0' אם נבחר המעגל הקבוע.
כדי להמחיש את התוצאות, צור תרשים פיזור עם גודל ההשוואה על ציר ה-x ושיעור הפעמים שהוא נבחר כגדול יותר על ציר ה-y. נזכיר כי לגירוי הקבוע תמיד היה רדיוס של 10 פיקסלים, וזו הסיבה שגירויים עם רדיוס של 5 או 6 פיקסלים כמעט אף פעם לא נבחרו ואלה עם 14 או 15 נבחרו תמיד.
ברדיוס של 9 או 11 פיקסלים, ההשוואה הייתה קשה יותר והמשתתפים עשו טעויות לעתים קרובות. למעשה, הביצועים היו ברמת המקרה, מה שמרמז על כך שההבדלים לא נתפסו.
כדי לחשב את ההבדל הבולט זה עתה, קחו את גודל ההשוואה שנבחר ב-75% מהמקרים, במקרה זה רדיוס של 12, פחות גודל ההשוואה שנבחר ב-25% מהזמן, רדיוס של 8, וחלקו את התוצאה ב-2 לתשובה של 2 פיקסלים.
במילים אחרות, רדיוסי המעגלים צריכים להיות שונים ב-2 פיקסלים לפחות כדי שגודלם ייתפס במדויק.
עכשיו כשאתם מכירים את ההבדלים הבולטים בתפיסה של אובייקטים חזותיים? בואו נסתכל כיצד הפרדיגמה הזו משמשת במחקרים נוירופיזיולוגיים כדי לחקור כיצד המוח מגיב ובמצבים התנהגותיים אחרים, כמו למשל הבחנה בין רמות שומן במזון.
חוקרים חקרו כיצד נוירונים בודדים בקליפת המוח הראייתית מקודדים את התכונות הפיזיקליות של העולם, כמו עצמים? גדלים.
באמצעות טכניקות רישום אלקטרופיזיולוגיות המודדות דפוסי ירי בשילוב עם הצגת גירויים, החוקרים מצאו כי נוירונים הרגישים לגודל יגיבו לפעמים באותו אופן לעצמים שהם למעשה בגדלים שונים.
זו הסיבה לכך ש-JND בקושי מורגש: לפעמים, במוח, הגירויים הרלוונטיים באמת מייצרים השפעות שלא ניתן להבחין בהן.
בנוסף, חוקרים השתמשו במשימת הבדלים מורגשים כדי לאפיין ספים בודדים לזיהוי ריכוזי שומן במזון.
הם מצאו שאנשים עם מדד מסת גוף גבוה יותר דרשו הבדל גבוה יותר, או סף גבוה יותר, לפני שטעמו חומצות שומן בדגימות. תוצאות אלו עשויות להוביל לגישות חדשות להגבלת צריכת שומן עודפת.
זה עתה צפיתם בהקדמה של JoVE להבדלים הבולטים זה עתה. עכשיו אתה צריך להבין היטב כיצד לתכנן ולהפעיל את הניסוי, כמו גם כיצד לנתח ולהעריך את התוצאות.
תודה שצפית!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: What is a just-noticeable difference in psychology?
A just-noticeable difference (JND) is the minimal amount of change in a stimulus that a person can perceive. For example, children grow daily but changes go unnoticed until weeks pass and growth becomes obvious. JND represents the threshold where small accumulated changes finally become perceptible to the human sensory system.
Q2: How does the method of constant stimulus work in JND experiments?
The method of constant stimulus presents one unchanging reference stimulus alongside a comparison stimulus that varies. Participants judge which is larger, with the constant stimulus maintaining a fixed size while the comparison stimulus changes across trials. This forced-choice paradigm reveals the threshold where participants can reliably detect differences between stimuli.
Q3: How do you calculate a just-noticeable difference from experimental data?
To calculate JND, identify the comparison size chosen 75% of the time and subtract the size chosen 25% of the time, then divide by two. For example, if a 12-pixel radius was chosen 75% of the time and an 8-pixel radius 25% of the time, the JND equals (12 − 8) ÷ 2 = 2 pixels, indicating the minimum perceptible difference.
Q4: Why do neurons in the visual cortex sometimes respond identically to different-sized objects?
Neurons sensitive to size sometimes produce indistinguishable firing patterns for objects that are actually different sizes. This neural limitation explains why JNDs are just-barely-noticeable: the brain's relevant stimuli can generate identical neural responses even when physical properties differ slightly, creating a perceptual threshold.
Q5: What does accuracy data reveal about perception near the just-noticeable difference?
When comparison stimuli are far from the constant stimulus size, accuracy is near perfect. However, near the JND threshold—such as 9 or 11 pixels compared to a 10-pixel constant—performance drops to chance level, indicating participants cannot reliably perceive differences and are essentially guessing.
Q6: How have researchers applied JND tasks to study fat detection in food?
Researchers used just-noticeable-differences tasks to measure individual thresholds for detecting fat concentrations. They found that individuals with higher body mass index required greater JND thresholds before tasting fatty acids, suggesting potential approaches to limit excess fat consumption through personalized dietary interventions.
Q7: What is psychophysics and how does it relate to just-noticeable differences?
Psychophysics explains how physical quantities translate into neural firing and mental representations of magnitude. JND research addresses core psychophysical questions: How much must something change to be perceivable? Researchers measure JND across sensory domains—brightness, loudness, and size—using forced-choice paradigms to establish perceptual thresholds.