$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Podczas przeprowadzania eksperymentów behawioralnych z udziałem ludzi, ważne jest, aby móc ściśle kontrolować intensywność prezentowanych bodźców. Używanie bodźców o jednakowej intensywności dla wszystkich uczestników wprowadzi jednak w niektórych sytuacjach stronniczość subiektywnej percepcji. W przypadku niektórych jakości percepcyjnych, takich jak ból, występują duże między- i wewnątrzosobnicze różnice w postrzeganej intensywności przy stałym poziomie bodźca1,2. W przypadku eksperymentów, które zakładają równe subiektywne percepcje, konieczne jest zatem dopasowanie subiektywnie postrzeganej intensywności wśród uczestników. Jest to również ważne przy badaniu percepcji na poziomie progowym, np. między stymulacją bolesną a niebolesną. Badania psychofizyczne zajmowały się tego rodzaju problemami od dziesięcioleci, a obecnie dostępne są wyrafinowane, ale łatwe w użyciu metody pozwalające osiągnąć solidne zakotwiczenie psychofizyczne.
Prostą, klasyczną metodą odwzorowywania intensywności bodźca na indywidualną wielkość doznania jest metoda schodowa3. W ten sposób intensywność kolejnych bodźców jest zwiększana lub zmniejszana, aż do momentu zmiany odpowiedzi uczestnika odnoszącej się do pożądanego progu lub pozycji na skali subiektywnych odczuć. Powtórzenie tego procesu wiele razy daje wiarygodne oszacowanie punktu odwrócenia. Klasyczne metody nie wykorzystują jednak wszystkich informacji zawartych w każdym badaniu ratingowym. Prowadzi to do niepotrzebnie dużej liczby badań wymaganych do osiągnięcia konwergencji. Metody takie jak regresja (liniowa) lub dopasowanie funkcji mogą zawieść, jeśli założenia dotyczące związku między intensywnością bodźca a wielkością odczucia są błędne lub nie sprawdzają się dla badanego zakresu bodźców. Procedury adaptacyjne nie tylko zapewniają solidne oszacowanie punktowe dla określonej subiektywnej intensywności, ale robią to bardziej efektywnie. Szczególnie w przypadku dłuższych eksperymentów, które w dużym stopniu opierają się na dokładnym oszacowaniu progu lub wielkości odczucia, konieczne jest, aby metoda psychofizyczna była zarówno solidna, jak i jednocześnie skuteczna w odniesieniu do liczby wymaganych prób. Jest to szczególnie ważne w dziedzinach takich jak badania nad bólem, gdzie całkowita ekspozycja na bolesną stymulację powinna być utrzymywana na jak najniższym poziomie z korzyścią dla uczestników.
Chociaż klasyczne metody schodowe są nadal szeroko stosowane, np. w ilościowych testach sensorycznych, użycie bardziej zaawansowanych metod szacowania, które lepiej wykorzystują zdobyte informacje podczas prób, stale rośnie. W przypadku zastosowanej tutaj metody szacowania maksymalnego prawdopodobieństwa QUEST4,5, jest to prawdopodobnie spowodowane łatwo dostępną implementacją w popularnym pakiecie Matlab PsychToolbox6. Nowoczesna, poprawiona wersja tej procedury jest lepsza od klasycznych metod szacowania zarówno pod względem solidności, jak i niskiej liczby prób wymaganych do uzyskania wystarczającego oszacowania, jeśli jest używana z odpowiednimi ustawieniami7.
Uzasadnieniem procedury QUEST jest dopasowanie funkcji Weibulla do napływających danych w celu modelowania psychofizycznej transformacji między intensywnością bodźca a wielkością doznania. Parametry psychofizycznej funkcji Weibulla są częściowo podane przez eksperymentatora, np. nachylenie funkcji lub przesunięcie spowodowane odsetkiem wyników fałszywie dodatnich i niespójnością respondenta. Położenie parametru będącego przedmiotem zainteresowania wzdłuż wymiaru intensywności jest aproksymowane przez procedurę wykorzystującą bayesowskie oszacowanie maksymalnego prawdopodobieństwa. W ten sposób zakłada się rozkład prawdopodobieństwa w odniesieniu do lokalizacji parametru docelowego, tj. intensywności progowej. Biorąc pod uwagę rozsądne wcześniejsze założenie dotyczące takiego rozkładu, algorytm określi najbardziej informacyjną intensywność, na którą uczestnik powinien zareagować. Dla obecnej implementacji procedury jest to średnia rozkładu prawdopodobieństwa a priori8. Dla każdej kolejnej próby rozkład prawdopodobieństwa a priori jest zasadniczo mnożony przez prawdopodobieństwo udzielenia odpowiedzi przez uczestnika na badanym poziomie stymulacji, scharakteryzowanym przez funkcję Weibulla. Każda odpowiedź będzie używana do ciągłego aktualizowania oszacowania rozkładu prawdopodobieństwa dla parametru progowego. Procedurę tę powtarza się do momentu uzyskania zadowalającego oszacowania. Procedura jest bardziej efektywna niż zwykła regresja, ponieważ natychmiast wykorzystuje zebrane odpowiedzi do określenia, jaką intensywność stymulacji należy przetestować w następnej kolejności. Ponadto procedura będzie szczegółowo badać okolice punktu zainteresowania, np. progu lub określonej intensywności doznań. Wykorzystanie wyłącznie danych testowych z tak ograniczonego zakresu regresji doprowadziłoby do niestabilnego oszacowania, co sprawiłoby, że procedury adaptacyjne byłyby bardziej niezawodne w warunkach, w których możliwa jest tylko stosunkowo niewielka liczba prób.
Takie silne zakotwiczenie psychofizyczne może być używane do mierzenia zmian wrażliwości na ból w czasie, efektów modulacyjnych w badaniach nad hiperalgezją/allodynią lub efektów przeciwbólowych w interwencjach farmakologicznych, między innymi. Inną interesującą perspektywą możliwości zakotwiczenia bodźców w intensywności tuż na progu między dwoma kontinuami sensorycznymi jest zbadanie subiektywnej percepcji w całym przejściu od odczucia niebolesnego do bolesnego9,10,11. Ten scenariusz jest bardzo interesujący, ponieważ jeśli próg bólu został solidnie oszacowany, stany bólu i braku bólu mogą być zestawione w aktywności elektroencefalograficznej (EEG), na przykład bez zmiany intensywności bodźca fizycznego12. Pozwala to na obserwację specyficznych dla bólu procesów percepcyjnych w stałych warunkach bodźca poprzez badanie różnicy w aktywności mózgu między badaniami ocenionymi jako bolesne i niebolesne.
Pokażemy, jak korzystać z łatwo dostępnej implementacji adaptacyjnego szacowania w PsychToolbox, aby solidnie określić indywidualny próg bólu w eksperymencie EEG, gdzie kontrast między aktywnością bólu a aktywnością bez bólu jest badany pod kątem efektów lateralizacji, w zależności od miejsca stymulacji. Ponieważ intensywność stymulacji może być utrzymana na stałym poziomie po procedurze progowania, nie jest konieczne uwzględnianie aktywności EEG zmieniającej się wraz z intensywnością bodźca w późniejszej analizie.