6.14: Il metodo della scalinata per trovare la soglia percettiva

1. Stimoli e attrezzature

1. Questo esperimento richiederà un computer con software sperimentale di base, nonché un set di cuffie e una sala prove relativamente silenziosa (l'insonorizzazione non è necessaria).
2. Gli stimoli nell'esperimento saranno toni di con frequenze di 1 kHz, 2 kHz, 3 kHz, 4 kHz, 5 kHz e 6 kHz. L'udito umano è il migliore all'interno di questa gamma di frequenze.
3. Nel corso dell'esperimento, il volume dei toni sarà variato in modo adattivo nell'intervallo da 1 a 40 dB, come sarà chiaro nel contesto del disegno sperimentale, al fine di misurare il volume minimo percepibile a ciascuna delle sei frequenze.

2. Progettazione

1. L'esperimento coinvolgerà sei blocchi, uno per ciascuna delle sei frequenze. Questo perché le soglie umane non sono le stesse per tutte le frequenze. In altre parole, la soglia sarà misurata in modo indipendente per ciascuna delle sei frequenze. Il seguente progetto produrrà quindi sei programmi di test.
2. Programmare l'esperimento per presentare una data frequenza durante ogni prova.
   1. In ogni prova, il compito del partecipante sarà quello di riferire se ha sentito o meno il tono presentato. Utilizzare il tasto 'Y' per indicare le risposte 'Sì' e il tasto 'N' per indicare le risposte 'No'.
   2. L'esperimento inizierà sempre con un tono a volume molto basso che il partecipante non dovrebbe percepire. Programmare il primo tono per avere un volume di 2 dB riprodotto per 200 ms.
   3. Ogni volta che viene prodotta una risposta "Sì", il volume nella prova successiva verrà abbassato di un passaggio e ogni volta che viene prodotta una risposta "No", verrà aumentata di un passaggio. È quindi possibile visualizzare il progetto sperimentale come un diagramma di flusso, come mostrato in Figura 1. I toni saranno sempre suonati per una durata di 200 ms ciascuno.
   4. Includi 30 prove nell'esperimento.
   5. Per mantenere il partecipante visivamente coinvolto, visualizza le parole "Sì o No?" sullo schermo dopo aver riprodotto ogni tono.
   6. Genera sei programmi sperimentali come questo, uno per ciascuna delle sei frequenze tra 1 e 6 kHz.
   7. Assicurati che il programma emetta il volume del tono presentato in ogni prova e la risposta fornita dal partecipante.

Figura 1. Un diagramma di flusso per la progettazione di un esperimento utilizzando la procedura della scala uditiva. La prima prova prevede sempre un tono suonato ad un volume non udibile di 2 dB. Poiché il partecipante non dovrebbe rilevare quel tono, verrà data una risposta "No" e il volume nella prova successiva sarà aumentato di 1 dB (a 3 dB). Ogni prova (inclusa e) successiva alla seconda procede con la stessa direttiva: se una risposta "Sì" viene fornita dal partecipante, il volume nella prova successiva viene ridotto di 1 dB. E se viene fornita una risposta "No", il volume nella prova successiva viene aumentato di 1 dB. Un esperimento includerà 30 prove per frequenza.

3. Procedura

1. Si noti che si può facilmente testare se stessi.
2. Prima che il partecipante metta le cuffie, spiega le istruzioni come segue:
   1. "Questo esperimento è progettato per misurare la tua soglia uditiva, il suono più morbido o silenzioso che puoi percepire. In ogni prova, il computer riprodurrà un tono attraverso le cuffie e tutto ciò che devi fare è premere il tasto "Y" se hai sentito il tono o il tasto "N" se non l'hai fatto. Va bene premere il tasto 'N'. Alcuni dei toni saranno molto morbidi e non ci aspettiamo che tu li senta sempre. Rispondi onestamente e fai del tuo meglio. L'esperimento comprende sei blocchi con 30 prove ciascuno. Tutti e sei i blocchi dovrebbero richiedere solo circa 10 minuti, comprese le pause intermedie".
3. Quando il partecipante è pronto, avvia il primo programma, quello per il tono da 1 kHz.
4. È possibile lasciare la stanza mentre il partecipante completa il programma. Chiudere la porta, se possibile, per ridurre al minimo il rumore esterno.
5. Al termine del primo esperimento, chiedi al partecipante se ha domande. Lasciala fare una pausa per 1-2 minuti, rimuovendo le cuffie durante questo periodo.
6. Ora esegui il programma per i toni a 2 kHz.
7. E poi ripeti 3.4-3.6 fino a quando tutti e sei i toni sono stati testati.

4. Analisi dei risultati

1. Per analizzare i risultati, crea una tabella separata per ciascuno dei sei esperimenti.
2. La tabella è l'output grezzo del programma sperimentale. Dovrebbe includere il numero di prova, il volume del tono presentato e la risposta fornita dal partecipante. La Figura 2 mostra come sarà una parte della tabella per le prime 10 prove con un tono di 1 kHz.

Figura 2. Esempio di una tabella che include gli output richiesti da un esperimento di scala uditiva. Si noti che i dati riportati sono per un singolo soggetto (etichettato Soggetto #1) e per una singola frequenza (1000 Hz). La tabella comprende tre colonne: il numero dello studio, il volume del tono presentato in quello studio (in dB) e la risposta data dal partecipante.

3. Verificare che il programma abbia funzionato correttamente, ad esempio chelerisposte "Sì" hanno portato a una diminuzione del volume e che nessuna risposta ha prodotto aumenti di volume.
4. Ora, fai un grafico: l'asse X dovrebbe essere il numero di prova e l'asse Y dovrebbe tracciare il volume del tono presentato in quella prova. La Figura 3 mostra un esempio.

Figura 3. Risultati del campione da un singolo partecipante e con un singolo tono. Il grafico traccia il volume del tono riprodotto, in dB, in funzione del numero di prova per ciascuna delle 30 prove. Il modello principale è che il partecipante non può sentire alcun tono nelle prime prove, producendo una serie di risposte "No" e provocando aumenti di volume fino al raggiungimento della soglia uditiva. A quel punto, il partecipante si muove avanti e indietro tra le risposte "No" e "Sì" consentendo al ricercatore di identificare il luogo in cui i suoni diventano rilevabili per la prima volta.

5. Genera un grafico come questo per ogni tono.
6. Ora media insieme i volumi suonati durante le ultime dieci prove dell'esperimento per ogni tono. Il valore ottenuto è chiamato "soglia di volume".
7. La Figura 4 è un esempio della soglia di volume in funzione del passo.

Una branca della psicologia percettiva, la psicofisica, si occupa di mettere in relazione l'effettivo di uno stimolo con la sua intensità percepita.

Proprio come i livelli effettivi, quelli percettivi possono essere misurati: quanto deve essere luminosa una luce per essere osservata o quanto può essere debole un suono per essere ascoltato.

Ad esempio, qualcuno in attesa che la cena venga servita potrebbe non sentire che è pronta se si trova alla base delle scale; devono salire qualche gradino prima di sentire qualcosa, e forse anche qualche altro gradino per interpretare i suoni.

Questa regolazione dinamica è il concetto alla base della procedura delle scale, in cui l'intensità minima percepita può essere determinata in modo affidabile aumentando o diminuendo la quantità di stimolazione.

Questo video mostra come progettare e implementare la procedura della scala, in particolare per misurare le soglie uditive, il volume minimo necessario per la percezione di un tono.

In questo esperimento, i toni vengono presentati attraverso le cuffie a sei diverse frequenze o altezze: 1,6 kHz, tutte all'interno della gamma uditiva umana.

Dato che le nostre soglie non sono le stesse su tutte le frequenze, vengono utilizzati sei blocchi per testare ciascuna di esse in modo indipendente. In ogni blocco, la frequenza viene brevemente presentata per 200 ms a volumi compresi tra 2 e 40 dB.

Il primo tono viene suonato al volume più basso di 2 dB, un livello che il partecipante non dovrebbe percepire. In tal caso, il volume nella prova successiva viene aumentato di un passo, 1 dB.

D'altra parte, se è evidente, il volume viene diminuito di uno. Questa procedura viene ripetuta per 30 prove, con conseguenti cambiamenti di volume simili a scale.

La variabile dipendente sono i partecipanti? che abbiano sentito il tono o meno. Queste informazioni vengono quindi combinate con i dati sull'intensità del volume per determinare la soglia del volume percettivo a ciascuna frequenza.

Per iniziare l'esperimento, saluta il partecipante in laboratorio e fallo sedere comodamente davanti al computer. Spiega le istruzioni del compito: In ogni prova, il computer riprodurrà un tono attraverso le cuffie, dopodiché ti verrà chiesto di premere il tasto 'Y' se hai sentito il tono o 'N' se non l'hai sentito.

Consenti al partecipante di indossare le cuffie, inizia le prove associate al tono a 1 kHz, e poi lasciare la stanza.

Dopo che il primo blocco di sei frequenze è stato completato, torna nella stanza e chiedi al partecipante di rimuovere le cuffie. Rispondi a tutte le domande che potrebbero avere e concedi loro una pausa di 2 minuti.

Quando il tempo è scaduto, chiedi al partecipante di rimettere le cuffie per iniziare le prove relative al tono successivo. Ripetere i passaggi fino a quando tutti e sei i toni non sono stati testati.

Per analizzare i risultati, generare una tabella di dati separata per ciascuno dei toni testati, con una colonna per il numero di prova, il livello del volume e le risposte del partecipante.

Durante le prime prove, verificare che abbiano risposto con una serie di no, indicando che i toni erano impercettibili all'inizio, il che avrebbe dovuto indurre un aumento del volume fino al raggiungimento della soglia uditiva.

Dopo la verifica, rappresentare graficamente il volume riprodotto in ogni prova di ogni blocco, come mostrato qui per 1 kHz.

Quando la soglia uditiva è stata raggiunta, si noti che il partecipante si è mosso avanti e indietro tra le risposte "No" e "Sì", il che consente l'identificazione di quali suoni sono diventati rilevabili per la prima volta. La tendenza centrale di questo intervallo ristretto è una misura della soglia.

Per calcolare la soglia del volume ad ogni tono, fare la media delle ultime 10 prove di ogni blocco e rappresentare graficamente i risultati. Osservate come questo tendeva ad aumentare all'aumentare della frequenza; In altre parole, i toni bassi erano più facili da sentire rispetto a quelli acuti, il che è dovuto alle proprietà di vibrazione dei filamenti e delle ossa dell'orecchio.

Ora che hai familiarità con questo metodo efficiente per trovare le soglie percettive, diamo un'occhiata a come viene utilizzato per esaminare il declino sensoriale nel normale invecchiamento e con l'esposizione a prestazioni rumorose.

La procedura della scala è stata utilizzata dai ricercatori per esaminare come le soglie uditive cambiano con l'avanzare dell'età. In generale, hanno scoperto che le soglie di volume aumentavano con l'avanzare dell'età. Cioè, per le persone di 60 anni, un suono ad alta frequenza doveva essere quattro volte più forte di quanto sarebbe stato udibile da coloro che avevano 20 anni.

Utilizzando metodi simili, i ricercatori hanno anche confrontato le soglie di volume delle persone con udito normale con quelle con disabilità per identificare la natura dei deficit. Erano interessate frequenze specifiche, come a 4 e 5 kHz, mentre altre erano normali, suggerendo che la malattia o il danno sono la causa, non l'invecchiamento.

Inoltre, l'approccio può essere utilizzato per valutare le conseguenze di vari tipi di esperienze sul sistema uditivo. Ad esempio, gli studi hanno utilizzato un approccio di soglia per valutare gli effetti dell'ascolto di musica heavy metal ad alto volume durante un concerto.

Quando i ricercatori hanno testato le persone poco prima di partecipare a un concerto e mezz'ora dopo, hanno scoperto che il metallo pesante aumentava la soglia del volume dei suoni. Pertanto, la musica rock può farti avere problemi di udito!

Hai appena visto il video di JoVE sulla procedura delle scale. A questo punto si dovrebbe avere una buona comprensione di come progettare un'attività di soglia percettiva ed eseguire l'esperimento, nonché analizzare e valutare i risultati.

Grazie per l'attenzione!