Ledwo zauważalne różnice
Źródło: Laboratorium Jonathana Flombauma – Uniwersytet Johnsa Hopkinsa
Psychofizyka to gałąź psychologii i neuronauki, która próbuje wyjaśnić, w jaki…
1. Sprzęt
- Do tego eksperymentu użyj komputera i oprogramowania do implementacji eksperymentów, takiego jak E-Prime, lub środowiska programistycznego, takiego jak MATLAB lub PsychoPy.
2. Bodźce i projektowanie eksperymentów
- Eksperyment ten będzie obejmował wielokrotne próby z tym samym podstawowym projektem. Na ekranie pojawią się jednocześnie dwie płyty, jedna po lewej stronie, a druga po prawej. Jeden zawsze będzie większy od drugiego, a zadanie będzie polegało na naciśnięciu klawisza, aby wybrać większy. Szczegóły są następujące:
- Zaprogramuj eksperyment tak, aby narysował niebieski dysk o promieniu 10 pikseli. Dysk pojawi się w każdej próbie eksperymentu, wyśrodkowany na wyświetlaczu w pionie i wyśrodkowany poziomo w lewej lub prawej połowie wyświetlacza. Użycie jednego bodźca, który wydaje się niezmieniony w każdym badaniu, jest czasami nazywane metodą stałego bodźca. Odnosi się to po prostu do faktu, że jeden z dwóch bodźców w każdym badaniu jest zawsze taki sam. Niebieski dysk o rozmiarze 10 pikseli jest więc stałym bodźcem.
- Naprzeciwko stałego bodźca w każdej próbie wyświetl kolejny niebieski dysk. Ten dysk nazywa się bodźcem porównawczym. Będzie miał promień od 5 do 9 i od 11 do 15 pikseli. To w sumie 10 możliwości. W eksperymencie uwzględnij 10 prób dla każdego z 20 możliwych bodźców porównawczych. Eksperyment obejmie więc 200 prób.
- Wyświetlaj dwa bodźce na ekranie przez 200 ms, a następnie na ekranie pojawia się tylko "Który był większy L/R?" Rysunek 1 schematycznie przedstawia sekwencję zdarzeń w każdej próbie.
-
Kluczowe odpowiedzi
- "L" wskażą, że lewy obiekt był większy, a kluczowe odpowiedzi "R" wskażą, że prawy był postrzegany jako większy.
- Upewnij się, że program wyprowadza do tabeli następujące ważne dane: numer próby, wielkość bodźca porównawczego, pozycję bodźca porównawczego na ekranie, prawidłową odpowiedź i odpowiedź udzieloną przez uczestnika. Rysunek 2 przedstawia próbkę takiej tabeli danych.
Rysunek 1. Schematyczne przedstawienie pojedynczej próby wymuszonego wyboru w eksperymencie mającym na celu zmierzenie różnicy w długości okręgu (JND). Po pierwsze, gotowy ekran informuje uczestników, że rozpocznie się badanie. Następnie na wyświetlaczu pojawiają się dwa niebieskie krążki, obok siebie. Pozostają one obecne tylko przez 200 ms, po czym wyświetlacz prosi uczestnika o odpowiedź. Klawisz "L" służy do wskazywania obiektu po lewej stronie, a klawisz "R" do wskazywania obiektu po prawej stronie.
Rysunek 2. Przykładowa tabela wyjściowa z eksperymentu JND z wymuszonym wyborem. Kolumny zawierają odpowiednie dane z programu eksperymentalnego.
3. Przeprowadzanie eksperymentu
- Zwerbuj uczestniczkę, a kiedy dotrze do laboratorium, powiedz jej, że przeprowadzi prosty eksperyment na percepcji kształtu. Następnie uzyskaj jej pełną świadomą zgodę.
- Posadź uczestnika przed komputerem testującym i wyjaśnij zadanie w następujący sposób:
- Każda próba tego eksperymentu będzie obejmowała tę samą podstawową sekwencję zdarzeń. Najpierw na ekranie pojawi się słowo "Gotowy?". Naciśnij spację, gdy będziesz gotowy do rozpoczęcia próby. W tym momencie bardzo krótko po obu stronach ekranu pojawią się dwa niebieskie dyski. Gdy znikną, na wyświetlaczu pojawi się komunikat "Który był większy, L/R?" Twoim zadaniem jest zgłoszenie, który z dwóch dysków wyglądał na większy, ten po prawej czy ten po lewej stronie ekranu. W eksperymencie jest 200 prób, ale są one krótkie. Cały eksperyment powinien zająć mniej niż pięć minut. Masz pytania?
- Po udzieleniu odpowiedzi na wszelkie pytania uruchom program eksperymentalny i pozwól uczestnikowi rozpocząć. Zostaw ją w cichym pomieszczeniu testowym, dopóki eksperyment nie zostanie zakończony.
4. Analiza wyników
- Aby przeanalizować wyniki, pierwszą rzeczą do zrobienia jest określenie, które odpowiedzi były poprawne, a które nie. W tym celu dodaj kolumnę do tabeli danych wyjściowych. Porównaj udzieloną odpowiedź i poprawną odpowiedź, oznaczając ostatnią kolumnę cyfrą 1, gdy udzielona odpowiedź była poprawna, i 0, gdy nie była.
- Szybko sprawdź, czy wydajność była rozsądna - czy uczestnik był na poziomie lub prawie idealnej dokładności, gdy porównanie wynosiło 5 i 15 pikseli, różnice na tyle duże w porównaniu z 10, że nie należało popełnić żadnych błędów.
- Teraz dodaj kolejną kolumnę do tabeli danych, o nazwie "Proporcja odpowiedzi C". W kolumnie zwróć uwagę, czy uczestnik wybrał porównanie, czy stałą. Jeśli obiekt porównania został wybrany, oznacz wartość 1 w kolumnie. Jeśli stała została wybrana, zaznacz wartość 0.
- Teraz dla każdego rozmiaru porównania oblicz ułamek czasu, w którym porównanie zostało wybrane przez uczestnika jako większe. Dla bodźców porównawczych 5 liczba powinna być bliska 0, a dla bodźców porównawczych 15 powinna być bliska 1.
- Aby zobrazować wyniki, należy je przedstawić na wykresie w następujący sposób: Utwórz wykres punktowy z rozmiarem porównania na osi x i proporcją czasu, w którym porównanie zostało wybrane na osi y. Będzie to wyglądało mniej więcej tak, jak na rysunku Rysunek 3.
Rysunek 3. Wyniki eksperymentu wymuszonego wyboru mającego na celu znalezienie JND dla promienia okręgu. Wykreślony jest odsetek czasu, w którym bodziec porównawczy został wybrany jako większy (przez uczestnika) w funkcji wielkości bodźca porównawczego. Bodziec stały zawsze miał promień 10 px.
Zaloguj się lub , aby uzyskać dostęp do pełnej treści. Dowiedz się więcej o dostępie Twojej instytucji do treści JoVE tutaj
Jak bardzo coś musi się zmienić, aby różnica została zauważona?
Pomyśl na przykład o małych dzieciach, które szybko rosną – z dnia na dzień stają się wyższe. Jednak często trudno jest zauważyć subtelne zmiany, zwłaszcza jeśli nadal mają problemy z dotarciem do piłki do koszykówki.
Przez znacznie dłuższy czas ich gwałtowny wzrost staje się więcej niż zauważalny; W rzeczywistości kwota może wydawać się ogromna! Te zmiany wysokości są zauważalne dopiero po pewnym czasie, ponieważ małe różnice z dnia na dzień są zbyt małe, aby można je było zauważyć.
Minimalna, ale postrzegana ilość to ledwo zauważalna różnica, która w tym przykładzie jest najmniejszą zauważoną ilością wzrostu.
Ten film przedstawia standardowe podejście do pomiaru ledwo zauważalnej różnicy w rozmiarze kształtu. Nie tylko omawiamy kroki wymagane do zaprojektowania i przeprowadzenia eksperymentu, ale także wyjaśniamy, jak analizować dane i interpretować wyniki, opisując, jak niewielka zmiana obszaru jest konieczna, aby została zauważona.
W tym eksperymencie uczestnikom na krótko pokazano dwa różne okręgi, które różnią się wielkością i są zmuszeni wybrać, który z nich jest większy.
Podczas każdej próby jeden z nich jest zawsze prezentowany z tym samym obwodem, podczas gdy drugi jest zróżnicowany. Takie podejście określa się mianem metody stałego bodźca.
W tym przypadku bodziec stały jest zaprojektowany tak, aby miał promień 10 pikseli i był losowo umieszczony po lewej lub prawej stronie ekranu. Natomiast drugi okrąg, zwany bodźcem porównawczym, będzie miał promień wahający się od 5 do 9 i od 11 do 15 pikseli.
Biorąc pod uwagę te 10 możliwości, bodziec porównawczy jest pokazywany 10 razy z każdej strony, w sumie 200 prób. Zmienna zależna jest rejestrowana jako bodziec wybrany jako większy.
Oczekuje się, że uczestnicy dokonają prawidłowego wyboru, jeśli zauważyli różnicę w wielkości między tymi dwoma bodźcami. Jednakże, gdy kształty są bliżej obwodu i poniżej ledwo zauważalnej różnicy, przewiduje się, że wydajność spadnie.
Aby rozpocząć eksperyment, przywitaj się z uczestnikiem w laboratorium. Gdy będą wygodnie siedzieć przed komputerem, wyjaśnij instrukcje dotyczące zadania: Na ekranie będzie widniało słowo "Gotowy?", dopóki nie nacisną spacji.
Obserwuj, jak pojawiają się dwa niebieskie bodźce i poinstruuj uczestnika, aby wskazał, który bodziec jego zdaniem jest większy, naciskając klawisz "L" dla odpowiedzi po lewej stronie i "R" dla odpowiedzi po prawej stronie. Przypomnij im, że powinni zgadnąć, jeśli nie są pewni, który z nich jest większy.
Po udzieleniu odpowiedzi na wszelkie pytania, które mogą mieć uczestnik, opuść salę. Pozwól im ukończyć wszystkie 200 prób w ciągu 5 minut. Kiedy skończą, wróć do pokoju i podziękuj im za udział w eksperymencie.
Aby przeanalizować dane, najpierw pobierz zaprogramowany plik wyjściowy, który przechwycił odpowiedzi każdego uczestnika. Szybko rzuć okiem na dane, aby upewnić się, że występy były sensowne – a mianowicie, że gdy rozmiary bodźców porównawczych wynosiły 5 i 15 pikseli, dokładność była bliska ideału.
Następnie dodaj kolumnę do tabeli wyjściowej o nazwie "Dokładność", aby określić, czy nagrane odpowiedzi są poprawne, czy nie. Porównaj te, które zostały udzielone z prawidłowymi odpowiedziami we wszystkich badaniach. Użyj następującej instrukcji JEŻELI, aby zarejestrować wartość 1, gdy udzielona odpowiedź była poprawna, i 0, gdy była niepoprawna.
Teraz dodaj kolejną kolumnę do tabeli, oznaczoną jako "Odsetek odpowiedzi porównawczych". Porównaj kolumnę "Pozycja porównania" z kolumną "Odpowiedź" i użyj nowej instrukcji JEŻELI, aby zaznaczyć "1", gdy wybrano bodziec porównawczy, lub "0", jeśli wybrano stałe koło.
Aby zobrazować wyniki, utwórz wykres punktowy z rozmiarem porównania na osi x i proporcją czasu, w którym porównanie zostało wybrane jako większe na osi y. Przypomnijmy, że bodziec stały zawsze miał promień 10 pikseli, dlatego prawie nigdy nie wybierano bodźców o promieniach 5 lub 6 pikseli, a zawsze wybierano te o promieniu 14 lub 15.
Przy promieniu 9 lub 11 px porównanie było trudniejsze, a uczestnicy często popełniali błędy. W rzeczywistości wyniki były na poziomie przypadku, co sugeruje, że różnice nie były dostrzegane.
Aby obliczyć tylko zauważalną różnicę, weź rozmiar porównania, który został wybrany w 75% przypadków, w tym przypadku promień 12, minus rozmiar porównania, który został wybrany w 25% przypadków - promień 8 - i podziel wynik przez 2, aby uzyskać odpowiedź 2 piksele.
Innymi słowy, promienie okręgów muszą różnić się o co najmniej 2 px, aby ich rozmiary były dokładnie postrzegane.
Teraz, gdy jesteś już zaznajomiony z ledwo zauważalnymi różnicami w postrzeganiu obiektów wizualnych? Przyjrzyjmy się, w jaki sposób ten paradygmat jest wykorzystywany w badaniach neurofizjologicznych, aby zbadać, jak mózg reaguje i w innych sytuacjach behawioralnych, takich jak rozróżnianie poziomów tłuszczu w jedzeniu.
Naukowcy zbadali, w jaki sposób poszczególne neurony w korze wzrokowej kodują fizyczne właściwości świata, takie jak obiekty? Rozmiary.
Korzystając z technik zapisu elektrofizjologicznego, które mierzą wzorce wypalania w połączeniu z prezentacją bodźców, naukowcy odkryli, że neurony, które są wrażliwe na rozmiar, czasami reagują w ten sam sposób na obiekty, które w rzeczywistości mają różne rozmiary.
To dlatego JND są ledwo zauważalne: czasami w mózgu odpowiednie bodźce naprawdę wywołują nierozróżnialne efekty.
Ponadto naukowcy wykorzystali zadanie polegające na zauważalnych różnicach, aby scharakteryzować poszczególne progi wykrywania stężeń tłuszczu w żywności.
Okazało się, że osoby o wyższym wskaźniku masy ciała wymagały wyższej, ledwo zauważalnej różnicy lub wyższego progu przed degustacją kwasów tłuszczowych w próbkach. Wyniki te mogą prowadzić do nowych podejść do ograniczania nadmiernego spożycia tłuszczu.
Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do ledwo zauważalnych różnic. Teraz powinieneś dobrze wiedzieć, jak zaprojektować i przeprowadzić eksperyment, a także jak analizować i oceniać wyniki.
Dzięki za oglądanie!
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.