Differenza appena percettibile
Fonte: Laboratorio di Jonathan Flombaum—Johns Hopkins University
La psicofisica è una branca della psicologia e delle neuroscienze che cerca di spiega…
1. Attrezzatura
- Per questo esperimento, utilizzare un computer e sperimentare un software di implementazione come E-Prime o un ambiente di programmazione come MATLAB o PsychoPy.
2. Stimoli e progettazione di esperimenti
- Questo esperimento comporterà prove ripetute con lo stesso design di base. Due dischi appariranno sullo schermo contemporaneamente, uno sul lato sinistro e uno sulla destra. Uno sarà sempre più grande dell'altro e il compito sarà quello di utilizzare una pressione del tasto per selezionare quello più grande. I dettagli sono i seguenti:
- Programmare l'esperimento per disegnare un disco blu con un raggio di 10 px. Il disco apparirà in ogni prova dell'esperimento, centrato nel display verticalmente e centrato orizzontalmente nella metà sinistra o destra del display. L'uso di uno stimolo che appare invariato in ogni prova è talvolta chiamato il metodo dello stimolo costante. Si riferisce solo al fatto che uno dei due stimoli in ogni prova è sempre lo stesso. Il disco blu 10-px è quindi lo stimolo costante.
- Di fronte allo stimolo costante in ogni prova, mostra un altro disco blu. Questo disco è chiamato stimolo di confronto. Avrà un raggio compreso tra 5 e 9 e tra 11 e 15 px. Sono 10 possibilità totali. Nell'esperimento, includere 10 prove ciascuna per ciascuno dei 20 possibili stimoli di confronto. Quindi l'esperimento coinvolgerà 200 prove.
- Visualizza i due stimoli sullo schermo per 200 ms, seguiti da uno schermo che legge solo "Quale era più grande L / R?" La Figura 1 schematizza la sequenza di eventi in ogni processo.
- Le risposte chiave 'L' indicheranno che l'oggetto sinistro era più grande, e le risposte chiave 'R' designeranno che quello destro è stato percepito come più grande.
- Assicurarsi che il programma emetta i seguenti dati importanti in una tabella: il numero di prova, la dimensione dello stimolo di confronto, la posizione sullo schermo dello stimolo di confronto, la risposta corretta e la risposta data dal partecipante. Nella Figura 2 viene illustrato un esempio di tale tabella di dati.
Figura 1. Una rappresentazione schematica di una singola prova a scelta forzata in un esperimento per misurare la differenza appena evidente (JND) per la dimensione del cerchio. In primo luogo, una schermata pronta richiede ai partecipanti che inizierà una prova. Successivamente, due dischi blu vengono visualizzati sul display, affiancati. Rimangono presenti solo per 200 ms, a quel punto il display richiede al partecipante una risposta. Il tasto 'L' viene utilizzato per indicare l'oggetto a sinistra e il tasto 'R' per indicare l'oggetto a destra.
Figura 2. Tabella di output di esempio da un esperimento JND a scelta forzata. Le colonne riportano i dati rilevanti del programma sperimentale.
3. Esecuzione dell'esperimento
- Recluta un partecipante, e quando arriva in laboratorio dille che farà un semplice esperimento sulla percezione della forma. Quindi avere il suo completo consenso informato.
- Ospitare il partecipante di fronte al computer di test e spiegare l'attività come segue:
- Ogni prova di questo esperimento coinvolgerà la stessa sequenza di base di eventi. Innanzitutto, vedrai la parola "Pronto?" sullo schermo. Premere la barra spaziatrice quando si è pronti per iniziare la versione di prova. A quel punto, due dischi blu appariranno su entrambi i lati dello schermo molto brevemente. Quando scompaiono, il display leggerà "Quale era più grande, L / R?" Il tuo compito è quello di segnalare quale dei due dischi ti è sembrato più grande, quello a destra o quello sul lato sinistro dello schermo. Ci sono 200 prove nell'esperimento, ma sono brevi. L'intero esperimento dovrebbe richiedere meno di cinque minuti. Avete domande?
- Dopo aver risposto a qualsiasi domanda, avvia il programma sperimentale e lascia che il partecipante inizi. Lasciala nella tranquilla sala prove fino al completamento dell'esperimento.
4. Analisi dei risultati
- Per analizzare i risultati, la prima cosa da fare è determinare quali risposte erano corrette e quali non erano corrette. Aggiungere una colonna alla tabella di output dei dati per questi scopi. Confronta la risposta data e la risposta corretta, contrassegnando la colonna finale con un 1 quando la risposta data era corretta e 0 quando non lo era.
- Cerca rapidamente di assicurarti che le prestazioni fossero ragionevoli, che il partecipante fosse alla precisione o quasi perfetta quando il confronto era di 5 e 15 px, differenze abbastanza grandi rispetto a 10 che non avrebbero dovuto essere commessi errori.
- Ora aggiungi un'altra colonna alla tabella dei dati, chiamata "Proporzione di risposte C". Nella colonna, nota se il confronto o la costante sono stati scelti dal partecipante. Se è stato scelto l'oggetto di confronto, contrassegnare un 1 nella colonna. Se è stata scelta la costante, contrassegnare uno 0.
- Ora, per ogni dimensione di confronto, calcola la frazione del tempo in cui il confronto è stato selezionato come più grande dal partecipante. Per gli stimoli di confronto di 5, il numero dovrebbe essere vicino a 0, e per gli stimoli di confronto di 15 dovrebbe essere vicino a 1.
- Per visualizzare i risultati, rappresentarli come segue: Crea un grafico a dispersione, con la dimensione del confronto sull'asse x e la proporzione di volte in cui è stato scelto sull'asse y. Avrà un aspetto simile a quello nella Figura 3.
Figura 3. Risultati di un esperimento a scelta forzata per trovare il JND per il raggio del cerchio. Tracciata è la proporzione di tempo in cui lo stimolo di confronto è stato selezionato come più grande (dal partecipante) in funzione della dimensione dello stimolo di confronto. Lo stimolo costante aveva sempre un raggio di 10 px.
Esattamente quanto deve cambiare qualcosa perché una differenza venga percepita?
Pensate, ad esempio, ai bambini piccoli che crescono rapidamente diventando più alti ogni giorno. Tuttavia, spesso è difficile notare cambiamenti sottili, soprattutto se faticano ancora a raggiungere un pallone da basket.
In un arco di tempo molto più lungo, il loro scatto di crescita diventa più che percettibile; In effetti, la quantità può sembrare enorme! Questi cambiamenti di altezza si notano solo dopo un intervallo di tempo, perché le piccole differenze quotidiane sono troppo piccole per essere percepite.
La quantità minima ma percepita è la differenza appena percettibile, che, per questo esempio, è la quantità più piccola di crescita notata.
Questo video mostra un approccio standard per misurare una differenza appena percettibile nelle dimensioni della forma. Non solo discutiamo i passaggi necessari per progettare ed eseguire un esperimento, ma spieghiamo anche come analizzare i dati e interpretare i risultati descrivendo quanto piccolo sia necessario un cambiamento nell'area per essere percepito.
In questo esperimento, ai partecipanti vengono brevemente mostrati due diversi cerchi di dimensioni variabili e sono costretti a scegliere quale sia il più grande.
Durante ogni prova, uno viene presentato sempre con la stessa circonferenza, mentre l'altro è variato. Questo approccio è indicato come il metodo dello stimolo costante.
In questo caso, lo stimolo costante è progettato per avere un raggio di 10 px e si trova in modo casuale sul lato sinistro o destro dello schermo. Al contrario, l'altro cerchio, chiamato stimolo di confronto, avrà un raggio che varia tra 5 e 9 e tra 11 e 15 px.
Date queste 10 possibilità, lo stimolo di confronto viene mostrato 10 volte per lato, per un totale di 200 prove. La variabile dipendente viene registrata come lo stimolo scelto per essere quello più grande.
Ci si aspetta che i partecipanti scelgano correttamente se percepiscono una differenza di dimensioni tra i due stimoli. Tuttavia, quando le forme sono più vicine in circonferenza e al di sotto della differenza appena percettibile, si prevede che le prestazioni diminuiranno.
Per iniziare l'esperimento, salutare il partecipante in laboratorio. Con loro seduti comodamente davanti al computer, spiega le istruzioni del compito: lo schermo avrà la parola "Pronto?" su di esso fino a quando non premono la barra spaziatrice.
Guarda come appaiono due stimoli blu e istruisci il partecipante a indicare quale stimolo pensava fosse più grande premendo il tasto "L" per le risposte a sinistra e "R" per le risposte sul lato destro. Ricorda loro che dovrebbero indovinare se non sono sicuri di quale sia il più grande.
Dopo aver risposto a tutte le domande che il partecipante potrebbe avere, lascia la stanza. Consenti loro di completare tutte le 200 prove in un periodo di 5 minuti. Quando hanno finito, torna nella stanza e ringraziali per aver preso parte all'esperimento.
Per analizzare i dati, recuperare prima il file di output programmato che ha catturato le risposte di ciascun partecipante. Dai un'occhiata rapida ai dati per assicurarti che le prestazioni fossero sensate, vale a dire che quando le dimensioni degli stimoli di confronto erano di 5 e 15 px, l'accuratezza era quasi perfetta.
Successivamente, aggiungi una colonna alla tabella di output chiamata "Precisione" per determinare se le risposte registrate sono corrette o meno. Confrontare quelle fornite con le risposte corrette per tutte le prove. Utilizzare la seguente istruzione IF per registrare un 1 quando la risposta data era corretta e 0 quando non era corretta.
Ora, aggiungi un'altra colonna alla tabella, etichettata "Proporzione di risposte di confronto". Confronta la colonna "Posizione di confronto" con "Risposta" e utilizza una nuova istruzione IF per contrassegnare un "1" quando è stato scelto lo stimolo di confronto o uno "0" se è stato scelto il cerchio costante.
Per visualizzare i risultati, creare un grafico a dispersione con la dimensione del confronto sull'asse x e la proporzione di volte in cui è stato scelto come maggiore sull'asse y. Ricordiamo che lo stimolo costante aveva sempre un raggio di 10 px, motivo per cui gli stimoli con raggi di 5 o 6 px non venivano quasi mai scelti e quelli con 14 o 15 venivano sempre scelti.
Con un raggio di 9 o 11 px, il confronto era più difficile e i partecipanti spesso commettevano errori. In effetti, le prestazioni erano a livello casuale, suggerendo che le differenze non venivano percepite.
Per calcolare la differenza appena percettibile, prendi la dimensione di confronto che è stata scelta il 75% delle volte, in questo caso un raggio di 12, meno la dimensione di confronto che è stata scelta il 25% delle volte – raggio di 8 – e dividi il risultato per 2 per una risposta di 2 px.
In altre parole, i raggi dei cerchi devono differire di almeno 2 px affinché le loro dimensioni siano percepite con precisione.
Ora che hai familiarità con le differenze appena percettibili nella percezione degli oggetti visivi? Diamo un'occhiata a come questo paradigma viene utilizzato negli studi neurofisiologici per esplorare come risponde il cervello e in altre situazioni comportamentali, come la distinzione tra i livelli di grasso nel cibo.
I ricercatori hanno studiato come i singoli neuroni nella corteccia visiva codificano le proprietà fisiche del mondo, come gli oggetti? Dimensioni.
Utilizzando tecniche di registrazione elettrofisiologica che misurano i modelli di attivazione in combinazione con la presentazione degli stimoli, i ricercatori hanno scoperto che i neuroni sensibili alle dimensioni a volte rispondono allo stesso modo a oggetti che in realtà sono di dimensioni diverse.
Questo è il motivo per cui le JND sono appena percettibili: a volte, nel cervello, gli stimoli rilevanti producono davvero effetti indistinguibili.
Inoltre, i ricercatori hanno utilizzato un compito di differenze appena percettibili per caratterizzare le soglie individuali per rilevare le concentrazioni di grassi negli alimenti.
Hanno scoperto che gli individui con un indice di massa corporea più elevato richiedevano una differenza appena percettibile più alta, o una soglia più alta, prima di assaggiare gli acidi grassi nei campioni. Questi risultati potrebbero portare a nuovi approcci per limitare il consumo eccessivo di grassi.
Hai appena visto l'introduzione di JoVE alle differenze appena percettibili. A questo punto si dovrebbe avere una buona comprensione di come progettare ed eseguire l'esperimento, nonché di come analizzare e valutare i risultati.
Grazie per l'attenzione!
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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.