$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Celem tego protokołu jest przekazanie procedury standardowego eksperymentu na psychofizyce. Psychofizyka to nauka o zjawiskach percepcji poprzez pomiar reakcji behawioralnych, wywoływanych przez bodźce sensoryczne1,2,3. Zazwyczaj ludzka psychofizyka jest niedrogim i niezbędnym narzędziem do wdrożenia w obrazowaniu lub eksperymentach neurofizjologicznych4. Jednak nigdy nie jest łatwo wybrać najodpowiedniejszą metodę psychofizyczną spośród wielu, które istnieją, a wybór zależy w pewnym stopniu od doświadczenia i preferencji. Niemniej jednak zachęcamy początkujących do gruntownego zapoznania się z dostępnymi metodologiami w celu zapoznania się z kryteriami wyboru5,6,7. W tym miejscu przedstawiamy procedurę wykonywania zadania 2IFC, którą wielu badaczy często wykorzystuje do badania procesów percepcyjnych, takich jak pamięć robocza8, podejmowanie decyzji9,10, lub percepcja czasu11,12,13.
Aby poprowadzić czytelników przez tę metodę, tworzymy raport na temat percepcyjnego czasu trwania interwałów wzrokowych (V), słuchowych (A) i audiowizualnych (AV) aperiodycznych sekwencji impulsów. Będziemy nazywać to zadanie aperiodyczną dyskryminacją interwałową (AID) task13. Próbując opisać ten paradygmat w żargonie psychofizycznym, byłoby to zadanie dyskryminacji klasy A, typu 1, oparte na wynikach, zależne od kryterium, które wykorzystuje nieadaptacyjną metodę stałych i model stycznej hiperbolicznej (tanh) do obliczenia progu różnicowego. Nawet jeśli taka charakterystyka brzmi nieco zagmatwano, użyjemy jej, aby wprowadzić czytelnika w pewne ogólne aspekty psychofizyki, mając nadzieję, że dostarczymy kryteriów decyzyjnych dla nowych eksperymentów, a może nawet umożliwimy dostosowanie obecnego protokołu do innych potrzeb.
Każdy eksperyment psychofizyczny, taki jak zadanie 2IFC, wymaga implementacji bodźców, zadania, metody, analizy i pomiaru6. Celem jest uzyskanie funkcji psychometrycznej, która lepiej uwzględnia mierzoną wydajność14. Zadanie 2IFC polega na przedstawieniu uczestnikom, którzy są naiwni co do celu eksperymentu, prób dwóch kolejnych bodźców. Po porównaniu bodźców informują o wyniku, wybierając jedną i tylko jedną z dwóch możliwych odpowiedzi, która lepiej pasuje do ich percepcji.
W przypadku bodźców, odnosimy się do technicznych rozważań na temat badanej modalności sensorycznej. Eksperyment klasy A polega na porównaniu bodźców o tej samej modalności w ramach próby, podczas gdy eksperymenty klasy B obejmują porównania międzymodalne. Inne istotne kwestie dotyczące bodźców obejmują ich realizację, takie jak techniczne sposoby modulowania bodźców w wymaganym zakresie. Na przykład, jeśli chcemy znaleźć tylko zauważalną różnicę (JND) między dwiema częstotliwościami trzepotania wibrującymi na skórze15, potrzebujemy precyzyjnego stymulatora do generowania częstotliwości w granicach trzepotania (tj. 4 - 40 Hz). Innymi słowy, dynamiczny zakres działania elementów technicznych zależy od dynamicznego spektrum każdej modalności sensorycznej.
Wybór zadania dotyczy badanego zjawiska percepcyjnego. Na przykład ustalenie, czy dwa bodźce są takie same lub równoważne, może opierać się na innych mechanizmach mózgowych niż te, które rozwiązują, jeśli bodziec jest dłuższy lub krótszy niż odniesienie16 (jak w paradygmacie AID). Wewnętrznie dobór bodźców określa rodzaj uzyskiwanych reakcji. Eksperymenty typu 1, niekiedy ściśle związane z tzw. eksperymentami wydajnościowymi, obejmują poprawne lub niepoprawne odpowiedzi. W przeciwieństwie do tego, eksperyment typu 2 (lub eksperyment z wyglądem) daje głównie jakościowe odpowiedzi, które zależą od kryteriów uczestnika, a nie od jakiegokolwiek wyraźnie narzuconego kryterium; Innymi słowy, eksperymenty niezależne od kryteriów. Warto zauważyć, że odpowiedzi na zadania 2IFC są zależne od kryterium, ponieważ w każdej próbie bodziec standardowy (czasami nazywany bodźcem podstawowym lub referencyjnym) stanowi kryterium, od którego zależy percepcja porównania.
Metoda może odnosić się do trzech rzeczy; po pierwsze, może odnosić się do mechanizmu wyboru zakresu bodźców do testowania lub, innymi słowy, do już znanego zakresu zmienności bodźców, w przeciwieństwie do metod adaptacyjnych mających na celu ustalenie odpowiedniego zakresu17. Te kwestie adaptacyjne są zalecane do szybkiego znajdowania progów wykrywania i dyskryminacji oraz do minimalnej liczby powtórzeń próby18. Metody adaptacyjne są również optymalne dla eksperymentów pilotażowych. Drugą definicją metody jest skala modulacji bodźców (np. metoda stałych) lub skala logarytmiczna. Wybrana skala może, ale nie musi być bezpośrednią konsekwencją wyniku metody adaptacyjnej, ale przede wszystkim dotyczy dynamiki badanej modalności sensorycznej. Wreszcie, metoda odnosi się również do liczby prób i kolejności ich prezentacji.
Jeśli chodzi o analizę, odnosi się ona do statystyk pomiarów eksperymentalnych. Niezależnie od wyboru odpowiednich metod analitycznych do porównań między grupą testową i kontrolną, psychofizyka polega głównie na pomiarze bezwzględnych lub różnicowych progów między dwoma warunkami (np. obecność vs. brak bodźca lub JND między dwoma bodźcami), szczególnie w 2IFC19. Takie pomiary wywodzą się z funkcji psychometrycznych (tj. ciągłych modeli zachowania jako funkcji prawdopodobieństwa wykrycia lub rozpoznania jednego z rozpatrywanych warunków). Wybór funkcji modelu zależy od skali, czyli innymi słowy, od rozstawu wartości zmiennej niezależnej. Funkcje takie jak skumulowana normalna, logistyczna, szybka i Weibull są odpowiednie dla wartości rozmieszczonych liniowo, podczas gdy Gumbel i log-Quick lepiej nadają się do odstępów logarytmicznych. Istnieją również alternatywne modele, takie jak tanh zastosowany w zadaniu AID. Co ważne, wybór odpowiedniego modelu zależy od interesujących nas parametrów, które zostały uwzględnione w projekcie eksperymentu20. Po dopasowaniu danych do modelu powinno być możliwe wyprowadzenie dwóch parametrów: parametrów α i β. W przypadku funkcji logistycznej zwykle stosowanej w paradygmacie 2IFC, odnosi się α do wartości odciętych rzutujących do punktu subiektywnej równości (tj. przy połowie logistyki). Parametr β odnosi się do nachylenia przy wartości α (tj. nachylenia przejścia między warunkami). Wreszcie, parametrem powszechnie uzyskiwanym z krzywej psychometrycznej jest różniczka limen21 (DL). W eksperymencie 2IFC DL odnosi się do β, ale ściśle odpowiada minimalnej postrzeganej różnicy między dwoma interwałami. Wzór na określenie DL to następujące równanie (1).
(1)
Tutaj x oznacza wartości zmiennych niezależnych rzutujące na wydajność 0,75 i 0,25 mierzoną bezpośrednio na krzywej sigmoidalnej. Do tej pory omówiliśmy tylko niektóre ogólniki dotyczące funkcji psychometrycznych. Zalecamy dalsze badania nad szacowaniem i interpretacją funkcji psychometrycznych z tymi i innymi parametrami22.
Inne aspekty techniczne, które należy wziąć pod uwagę podczas przeprowadzania eksperymentu psychofizycznego, są związane ze sprzętem i oprogramowaniem. Pojemność pamięci i szybkość komputerów komercyjnych jest obecnie zwykle optymalna do przetwarzania w zadaniach wizualnych i słuchowych o wysokiej wierności. Co więcej, dynamiczna rozdzielczość materiałów uzupełniających, takich jak słuchawki blokujące szumy, głośniki i monitory, musi spełniać częstotliwość próbkowania, przy której działają modalności sensoryczne (np. częstotliwość, amplituda, kontrast i częstotliwość odświeżania). Ponadto programy takie jak PsychToolbox23 i PsychoPy24 są łatwe do wdrożenia i bardzo wydajne w synchronizowaniu zdarzeń i sprzętu zadań.
Poprzednio opisane zadanie AID łączy wiele z opisanych powyżej tematów dla paradygmatu 2IFC. Co ciekawe, bada percepcję interwałów V, A i AV w zakresie milisekund, gdzie zachodzi większość procesów zachodzących w mózgu25,26,27. Paradoksalnie, jest to również trudny błąd w badaniu wzroku, który w porównaniu ze słuchem powoduje nieco ograniczoną częstotliwość próbkowania28. W tym sensie porównania multimodalne wymagają dodatkowych zakresów teoretycznych12,29,30. Czasami wymagają one dalszego dostosowania, aby objąć wspólne spektrum modulacji lub uzyskać spójne interpretacje.
Ten protokół skupia się na zadaniu dyskryminacji (tj. 2IFC, gdzie bodziec podstawowy, zwany również referencyjnym lub standardowym, jest przeciwstawiany zestawowi bodźców porównawczych lub testowych w celu znalezienia JND lub, innymi słowy, progu dyskryminacji). W tym przypadku zadanie ma na celu zbadanie zdolności ludzi do rozróżniania interwałów czasowych aperiodycznych wzorców V, A lub AV impulsów13. Dostarczamy informacji na temat tworzenia i parametryzacji bodźców, a także na temat analiz dokładności i czasów reakcji. Co ważne, omawiamy, jak interpretować percepcję czasu badanych na podstawie statystycznych parametrów wyników psychometrii oraz niektóre eksperymentalne i analityczne alternatywy w ramach tematów metody psychofizycznej 2IFC.