Summary
Psykofysik är viktigt för att studera perception fenomen genom sensorisk information. Här presenterar vi ett protokoll för att utföra en två-intervall Tvingad-val uppgift som genomförts i en tidigare rapport om mänsklig psykofysiken där deltagarna uppskattar varaktigheten av visuell, auditiv eller audiovisuella intervall av aperiodiska tåg av pulser.
Abstract
Vi tillhandahåller ett förfarande för ett psykofysiken experiment på människor baserat på en tidigare beskrivna paradigmen som syftar till att karakterisera intervall inom spänna av millisekunder av visuellt, akustiskt och audiovisuella aperiodiska tåg sex perceptuella varaktighet pulser. I den här uppgiften består varje försök av två på varandra följande intramodal intervall där deltagarna tryck på uppåtpil att rapportera att den andra stimulansen varade längre än referens, eller nedåtriktad pil nyckeln till meddelar annat. Analys av beteendet resulterar i psykometriska funktioner av sannolikheten för att uppskatta den jämförelse stimulansen ska vara längre än referens, som en funktion av intervallerna som jämförelse. Sammanfattningsvis, vi avancera ett sätt att genomföra standard programmering programvara skapa visuellt, akustiskt och audiovisuella stimuli, och för att generera en två-intervall Tvingad-val (2IFC) uppgift genom att leverera stimuli genom buller-blockerande hörlurar och en datorns bildskärm.
Introduction
Syftet med detta protokoll är att förmedla ett förfarande för ett standard experiment på psykofysik. Psykofysik är studiet av perception fenomen genom åtgärden som beteendemässiga svaren, framkallas av sensoriska input1,2,3. Vanligtvis, är mänskliga psykofysik en billig och nödvändiga verktyg för att genomföra i imaging eller neurofysiologiska experiment4. Men det är aldrig lätt att välja den lämpligaste psykofysisk metoden ur många som finns och valet beror något på erfarenhet och önskemål. Vi uppmuntrar dock nybörjare att revidera tillgängliga metoder noggrant för att lära sig om val av kriterier5,6,7. Här, ger vi en procedur för att utföra en 2IFC uppgift, som många forskare ofta använder för att studera perceptuella processer såsom fungerande minne8, beslut att göra9,10eller tid perception11 , 12 , 13.
För att vägleda läsarna längs metoden, återskapa vi en rapport på perceptuella varaktighet av visuella (V), hörsel (A) och audiovisuella (AV) intervall av aperiodiska sekvenser av pulser. Vi kommer hänvisa till denna uppgift som en aperiodiska intervall diskriminering (stöd) uppgift13. När du försöker att beskriva detta paradigm i psykofysik jargong, skulle det vara en klass-A, typ 1, prestationsbaserad, kriterium-beroende diskriminering uppgift som använder en icke-adaptiva metod av konstanter och en hyperbolisk tangens (tanh) modell för att beräkna en differentiell tröskel. Även när sådana en karakterisering ljud något intrasslad, använder vi det för att introducera läsaren till några allmänna aspekter av psykofysiken, hoppande till få beslutskriterier för nya experiment och kanske även möjligheten att skräddarsy det nuvarande protokollet till andra behov.
Någon psykofysisk experiment, till exempel en 2IFC uppgift, kräver genomförandet av stimuli, en uppgift, en metod, en analys och en mätning6. Målet är att få funktionen psykometriska att bättre konton för uppmätta prestanda14. En 2IFC uppgift består av presentera för deltagare, som är naiva att syftet med experimentet, prövningar av två sekventiella stimuli. Efter jämförande stimuli, rapportera de resultatet genom att välja ett och endast ett, av två möjliga svar som bättre passar deras uppfattning.
Med stimuli hänvisar vi till tekniska överväganden om sensorisk modalitet under studien. En klass-A experiment består av jämförelsen av stimuli av samma modalitet inom en rättegång, medan klass B experiment innehålla cross-modal jämförelser. Andra viktiga överväganden om stimuli inkluderar deras genomförande, såsom de tekniska sätt modulerande stimuli inom krävs. Till exempel, om vi vill hitta den bara märkbar skillnaden (JND) mellan två fladdra frekvenser vibrerande på huden15, behöver vi en precision stimulator att generera frekvenser inom ramarna för fladder (dvs, 4-40 Hz). Med andra ord, det dynamiska driftsområdet tekniska element beror på dynamiska spektrumet av varje sensorisk modalitet.
Väljer du en uppgift handlar om fenomenet perceptuella under studien. Att exempelvis hitta om två stimuli är samma, eller motsvarande, kan åberopa olika hjärnan mekanismer än de lösa om ett stimulus är längre eller kortare än en referens16 (liksom stöd paradigm). Intimt, definierar stimuli val vilken typ av erhållna svaren. Typ 1 experiment, ibland nära besläktade med de så kallade prestanda experiment, innehålla korrekta eller felaktiga svar. Däremot producerar en typ 2 experiment (eller utseende experiment) mestadels kvalitativa svar som beror på deltagarens kriterier och inte något uttryckligen införts kriterium; med andra ord, kriterium-oberoende experiment. Det är anmärkningsvärt att 2IFC uppgift svaren är kriterium beroende, eftersom i varje prövning, standard stimulans (kallas ibland bas- eller referensperioden stimulans) utgör kriteriet som jämförelsens uppfattning beroende.
Metoden kan syfta på tre saker; först, kan den hänskjuta till mekanismen för att välja sortiment av stimuli att testa eller, med andra ord, till ett redan kända utbud av stimulans variabilitet, i motsats till adaptiva metoder syftar till att upprätta den tillfredsställande urval17. Dessa adaptiva frågor rekommenderas för att snabbt hitta upptäckt och diskriminering tröskelvärden och minsta rättegång repetitioner18. Adaptiva metoder är också optimal för pilotförsök. Den andra definitionen för en metod är omfattningen av stimuli modulationer (t.ex., metoden för konstanter) eller en logaritmisk skala. Valda skalan kan eller inte kan vara en direkt följd av resultatet av en adaptiv metod, men främst det hälsningar dynamiken i den studera sensorisk modalitet. Metoden avser slutligen också antalet prövningar och deras presentation ordning.
När det gäller analys avser statistik från experimentella mätningar. Oavsett val av lämpliga analytiska metoder för jämförelser mellan test-och kontrollgrupper, psykofysiken handlar mestadels om att mäta absolut eller differentiell trösklar mellan två villkor (t.ex., närvaro kontra frånvaron av en stimulans, eller JND mellan två stimuli), särskilt i 2IFC19. Sådana mätningar är framgår av psykometriska funktioner (dvs, kontinuerlig modeller av beteende som en funktion av sannolikheten för att upptäcka eller kräsna ett av villkoren på spel). Välja modell funktion beror på skalan eller, med andra ord, om avståndet mellan värdena för den oberoende variabeln. Funktioner som kumulativa normal, logistiska, snabb, och Weibull är lämpliga för värden fördelade linjärt, medan Gumbel och log-Quick är bättre lämpad för logaritmisk mellanrum. Alternativa modeller finns också, såsom den tanh sysselsatt i stöd uppgift. Ännu viktigare, beror att välja rätt modell på parametrar av intresse, som beaktas i utformningen av experimentet20. Efter montering av data till en modell, bör det vara möjligt att härleda två parametrar: parametrarna α och β . När det gäller en logistisk funktion vanligtvis anställda i ett 2IFC paradigm, α refererar till värdet abscissas som projicerar till peka av subjektiva jämställdhet (dvs.vid halv den logistiska). Parametern β refererar till lutningen på α -värde (dvs, lutning av övergången mellan villkor). Slutligen är en parameter som vanligen erhålls ur en psykometriska kurva den differentiella limen21 (DL). I ett experiment med 2IFC DL avser β, men strikt, motsvarar den minsta upplevd skillnaden mellan två intervall. Formeln för att bestämma DL är följande ekvation (1).
(1)
X står för oberoende variabel värden projicera på en 0,75 och 0,25 prestanda mäts här, direkt på den sigmoidal kurvan. Fram till denna punkt, har vi täckt endast några generaliseringar om psykometriska funktioner. Vi rekommenderar ytterligare undersökning av uppskattning och tolka psykometriska funktioner, med dessa och andra parametrar22.
Andra tekniska aspekter att beakta vid genomförandet av en psykofysisk experiment är relaterade till utrustning och programvara. Minne och hastighet kapacitet kommersiella datorer är numera oftast optimal för bearbetning i HiFi-visuella och auditiva uppgifter. Dessutom kompletterande material, såsom buller-blockerande hörlurar, högtalare och monitorer, dynamisk upplösning måste uppfylla samplingsfrekvens som de sensoriska modaliteterna fungera (t.ex., frekvens, amplitud, kontrast och uppfriskande Rate). Även är program såsom PsychToolbox23 och PsychoPy24 lätt att genomföra och högeffektiv på synkronisera uppgifter händelser och utrustning.
Tidigare beskrivna stöd uppgiften monterar många av de ämnen som beskrivs ovan för ett 2IFC paradigm. Intressant, den utforskar synen på V, A, och AV intervaller i spänna av millisekunder, där de flesta av hjärnans processer förekommer25,26,27. Paradoxalt nog, är det också en utmanande förflutit för att studera vision som, jämfört med audition, föder en något begränsad provtagning som28. I denna mening kräver multimodala jämförelser ytterligare teoretisk scope12,29,30. Ibland, de behöver ytterligare skräddarsy att omfatta en gemensam modulering spektrum eller uppnå kongruenta tolkningar.
Detta protokoll fokuserar på en diskriminering uppgift (dvs, en 2IFC där en bas stimulus, även kallad referens eller standard, kontrasterar mot en uppsättning jämförelse eller test stimuli för att hitta en JND eller, med andra ord, en diskriminering tröskel). Här, aktiviteten är inställd att studera människor förmåga att diskriminera tidsintervall av V, A, eller AV aperiodiska mönster av pulser13. Vi tillhandahåller information om att skapa och parametrisering av stimuli, samt analyser av noggrannhet och reaktionstider. Ännu viktigare, diskutera vi hur man ska tolka försökspersonernas tidsuppfattning från psykometrisk statistiska utfallet parametrarna, och några experimentella och analytiska alternativ inom ämnen av en 2IFC psykofysisk metod.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Experimenten var godkända av bioetiska kommittén institutet av cellulär fysiologi av UNAM (nr. CECB_08) och buret ut enligt riktlinjerna i The Code of Ethics av World Medical Association.
1. experimentella Set-up
- Material och stimuli set-up för en aperiodiska intervall diskriminering (stöd) uppgift
- Utför detta experiment på en dator med minst 8 GB RAM, 2,5 GHz processor, och en 60 Hz uppfriskande pulsmätaren för att skapa och köra aktiviteten.
- Få en uppsättning brusreducerande hörlurar för att undvika miljöljud distraherande deltagarna när de utför uppgiften.
- Använd en decibelmätare för att ställa in volymen i hörlurarna till ~ 65 dB SPL.
- Skapa V, A, och AV stimuli för uppgiften genom att köra ett grafiskt användargränssnitt (GUI) ingår i detta protokoll (figur 1), eller använda program som PsychToolbox eller PsychoPy.
- Hämta filen Stimuli_GUI.zip från http://www.ifc.unam.mx/investigadores/Luis-lemus. Öppna sedan MATLAB (2016a eller högre för denna GUI).
- Klicka på alternativet SetPath på den MATLABS menyfliken att lägga till mappen Stimuli_GUI till arbetsytan. Först, Välj knappen Lägg till mapp , Välj mappen Stimuli_GUI och tryck på knappen Spara . Stäng fönstret genom att klicka på knappen Stäng .
- Öppna filen Stimuli_GUI.m med hjälp av alternativet Öppna under fliken Main menu. Tryck sedan på F5 på tangentbordet för att Visa GUI (figur 1).
- Klicka på skick popup menyn och välj önskad fördelning av pulser (dvsperiodisk för att skapa en stimulans av equidistant pulser eller Aperiodic en slumpmässig fördelning). Välj sedan önskat antal pulser (dvs, 2-6) i nummer av pulser popup- menyn. Ange slutligen stimulans önskad varaktighet i rutan varaktighet.
Varning: för att undvika V flimra fusion (dvs.två eller fler pulser uppfattas som endast en), är det viktigt att skapa interpulse intervall (IPI) av minst 30 ms. därför, med tanke på att var och en av pulserna är fördefinierat till sista 50 ms, det maximala antalet pulser i ett stimulus begränsas av IPIs. Pulser som överstiger minsta IPI producera ett fel.
Obs: Programmet genererar bilder i formatet Audio Video Interleave (AVI) med en hastighet av 60 bilder per sekund. De kan dock skapas online på varje prövning med PsychToolbox eller PsychoPy. Överväg att skapa 50-ms pulser genom att sammanfoga minst tre ramar av 4° grå cirklar på svart bakgrund. Metoden genererar här, AVI och WAV-filer för att genomföra i LabVIEW, vilket tyder på möjligheten att använda mer komplexa ljud- eller videoklipp. - Klicka på knappen Generera IPI att visa den IPIs' i rutan IPI värden och se en tomt av den resulterande fördelningen av pulserna.
Obs: IPI värdena uppdateras automatiskt på varje klick på knappen Generera IPI . Dessa värden kan kopieras och sparas för vidare analys. - Generera och lagra en V stimulans genom att skriva ett beskrivande filnamn (t.ex., PeriodicVisual500ms.avi) i dialogrutan Ange Video filnamn. Klicka på knappen Generera Video och vänta på den popupfönster som visar grå ~ 4 ° cirklar att stänga. Klicka på knappen spela för att se den skapa V stimulansen.
FÖRSIKTIGHET: Medan programmet genererar bilder, klicka inte på andra siffror, eftersom detta kan orsaka att förlora figurens handtag och producera en felaktig video.
Obs: Kantiga amplituden av ett V-objekt erhålls genom följande ekvation (2).
(2)
Här, en är amplituden av V uttryckt i grader, S är den visuella storleken i centimeter, mätt på skärmen, och D är avståndet i centimeter från observatören till skärmen. - Generera och lagra ett A stimulus med samma V IPI värden genom att skriva ett beskrivande filnamn (t.ex., AperiodicAcoustic500ms.wav) i dialogrutan Ange ljud filnamn. Klicka på knappen Generera ljud att iaktta en tomt av skapade ljud och klicka på knappen spela för att lyssna på nya ljud.
Obs: De fördefinierade en puls frekvens är 1 kHz; Det är dock möjligt att ändra den i dialogrutan ljud frekvens (Hz). - Upprepa steg 1.1.4.2 genom 1.1.4.5 Skapa 10 aperiodiska (AP) stimuli för varje jämförelse intervaller av aktiviteten stöd (dvs., V och ett intervall från 500 ms till 1 100 ms i steg 100 MS). Skapa endast en periodisk (P) stimulans för varje intervall om kontroll uppsättningar.
- Hämta filen Stimuli_GUI.zip från http://www.ifc.unam.mx/investigadores/Luis-lemus. Öppna sedan MATLAB (2016a eller högre för denna GUI).
- Generera en utökad vitt brus-klipp (t.ex., 30 min) att använda som bakgrund under experimentet, eller hämta den från en internet-bibliotek.
- Skapa en 3° vit kors och spara den i en JPEG-fil att använda som en stack-ikon för deltagarna för att inleda en rättegång.
Obs: AV stimuli följd överlagras V och en kongruent klipp under utförandet av uppgiften. Flytta de A stimuli upp till 90 ms efter V debuten för att producera perceptuella samtidighet32.
- Uppgift utformning och genomförande
- Skapa uppsättningar av P och AP V, A, och AV prövningar genom att räkna upp namnen på de skapa stimuli i en Excelark. Använd olika kolumner för att inkludera alla uppgifter som krävs under uppgiften, såsom modalitet de referens- och jämförelse stimuli, antalet repetitioner per rättegång, stimuli varaktigheterna och det förväntade svaret (se en exemplarisk CSV-filen ingår i Stimuli_GUI.zip fil). Spara set i ett format som kommaavgränsade värden (CSV).
Obs: Experimentet syftar till att erhålla psykometriska funktioner av sannolikheten att uppfatta de test stimuli (dvs, de jämförelse stimuli) längre än referensen som en funktion av variationer av de jämförelse stimuli. Försök att generera psykometriska funktioner måste därför anställa en referens stimulans fast på hälften av spänna av intervall (dvs800 ms). Men för att garantera att deltagarnas kriterier åberopa referens stimulans, måste de alltid sköta både hänvisningen och jämförelsen. Prövningar av varierande referenser bör därför ingå som en motvikt till antalet olika jämförelser. Slutligen anser presentera block av V, A, och AV prövningar för att undvika uppmärksamhet effekter. Dock alltid närvarande P och AP prövningar slumpmässigt interkalenderat. - Skapa ett program för att automatiskt köra aktiviteten med hjälp av PsychToolbox eller PsychoPy, eller ladda ner och kör den automatiserade 2IFC_Task som är tillgängliga på http://www.ifc.unam.mx/investigadores/Luis-lemus (för löpning i LabVIEW 2014 eller senare).
- Öppna 2IFC_Task genom att dubbelklicka på aktivitetens fil.
- Ladda de skapa stimuli genom att markera mappen stimulans från Kontrollpanelen. Först, Använd upp och ner knapparna i dialogrutan Visa 0. Tryck sedan på mappikonen för att markera mappen stimulans.
- Upprepa steg 1.2.2.2 att ange sökvägen till 1, 2, 3 eller 4 att ladda den CSV-uppsättningen prövningar fil, en TXT utdatafilen, en WAV bakgrundsljud och en kö av ett vitt kors i JPEG-format, respektive.
Obs: När du programmerar en uppgift, lagra data i ett behändigt format för offline analys (t.ex., i TXT- eller CSV-format). Inkludera information om rättegången: ordningen för utseende och beteende utfall, som träffar, fel, reaktionstider och svarstider. - Tryck på knappen vitt brus ligger på Kontrollpanelen för att aktivera bakgrund buller. Sedan placera decibel mätaren som nära som möjligt till hörlurarna och ställa OS volymkontrollen till ~ 65 dB SPL. Slutligen, justera Bakgrunden volymkontrollen ligger på Kontrollpanelen till ~ 55 dB SPL.
- Använda dialogrutan lådor Pre_S1 och Inter_Stim för att ange tid-förfaller den första leveransen som stimulans och interstimulus avskiljandet, respektive.
Obs: Standardtiderna är 1000 ms. andra grafiska indikatorer är för granskaren att följa resultaten i realtid (t.ex., bar tomt på prestanda per tillstånd och visar antalet träffar, fel, falska larm och ett aktuellt antal prövningar). - Testa uppgiften genom att klicka på ikonen Kör höger pil under fliken verktyg och utföra vissa tester.
Obs: Vi rekommenderar att du använder två bildskärmar, en för att leverera uppgiften och den andra för att övervaka aktiviteten online.- Inleda varje prövning genom att hålla mellanslagstangenten ned efter utseendemässigt av visuell stickrepliken i mitten av skärmen. Släpp upp BLANKSTEGSTANGENTEN efter leveransen av ett par av stimuli och tryck på uppåt- eller nedåtpilen nyckeln att slutföra prövningen.
- Upprepa 1.2.2.6.1 tills setet är färdigspelat. Uppgiften avslutas automatiskt. Alternativt avbryta aktiviteten genom att klicka på knappen stopp i menyn På Kontrollpanelen .
- Skapa uppsättningar av P och AP V, A, och AV prövningar genom att räkna upp namnen på de skapa stimuli i en Excelark. Använd olika kolumner för att inkludera alla uppgifter som krävs under uppgiften, såsom modalitet de referens- och jämförelse stimuli, antalet repetitioner per rättegång, stimuli varaktigheterna och det förväntade svaret (se en exemplarisk CSV-filen ingår i Stimuli_GUI.zip fil). Spara set i ett format som kommaavgränsade värden (CSV).
(2)2. deltagare
- Rekrytera 10 till 30 manliga och kvinnliga högerhänt deltagare, med mer än tio års åldersskillnad mellan dem, med normal eller korrigerat-till-normal syn, och ingen auditiv underskott.
- Be deltagarna att fylla i ett frågeformulär angående deras ålder, kön, hänthet och fysiska eller psykologiska förhållanden (t.ex., att ha visuell eller auditiv underskott, musikalisk utbildning och drogintag).
- Berätta för deltagarna om de mål, förfaranden och varaktighet av experimentet. Var försiktig med att ingen partiskhet är inducerad (t.ex., berätta för dem om förekomsten av P eller AP villkor). Sedan, be deltagarna att ge skriftliga samtycke att delta i experiment.
3. experimentell förfarande
- Utföra experimenten i ett tyst rum med konstant belysning.
- Kör uppgiften.
- Kalibrera decibelmätare och upprepa proceduren som beskrivs i steg 1.2.2.4.
FÖRSIKTIGHET: Hela experimentet, akustiska stimuli bör levereras binaurally på ~ 65 dB SPL. Det är viktigt att använda en decibelmätare för att testa de akustiska amplituderna innan experimentet att undvika skador. - Be deltagaren att sitta bekvämt framför skärmen, ligger på ett avstånd av 60 cm. Sedan placera tangentbordet på en nåbar avstånd och justera hörlurarna till deltagarens chef (figur 2 c).
- Instruera deltagaren att starta en rättegång efter utseendemässigt av visuell stickrepliken genom att trycka och hålla ned mellanslagstangenten för hela rättegången. Indikera till deltagaren att släppa blanksteg efter presentationen av två sekventiella stimuli och tryck på knappen uppåtpil om den andra stimulansen varade längre än först, eller att trycka på nedåtpilen nyckeln om det varade under en kortare tid ( Figur 2B).
- Slutligen, instruera deltagaren att använda enbart det högra pekfingret att slutföra uppgiften, och kommentera möjligheten att ta en 5-minuters paus om deltagaren känns trött eller distraherad under experimentet.
- Aktivera funktionen buller-blockerande i hörlurarna och låta deltagaren öva 10-15 prövningar.
Obs: Under den här fasen som ger en visuell input för korrekta svar rekommenderas. Det är också möjligt att ge feedback under experimentet; dock vara medveten om eventuella fördomar. - Kör uppgiften.
4. dataanalys
- Beräkna medelvärdet och standardavvikelsen för medelvärdet av varje block P och AP, V, A, prestanda och AV prövningar.
- Generera spridningsdiagram sannolikheten att uppfatta den jämförelse stimulansen längre än referensen som en funktion av jämförelsens intervall. Då passa en logistisk funktion till data.
Obs: Som nämnts i inledningen, att välja en bekväm modell beror på experimentet och data. Ett exempel på en modell är den tanh som rapporterats för aktiviteten stöd. Sådan modell levererar fyra parametrar (infälld i figur 3A) definieras av:
Parametern en motsvarar prestandas magnitud mätt från en brytpunkt till platån. Parametern β motsvarar första derivatan vid en brytpunkt. Ju högre värde, desto lättare att uppfatta en övergång mellan längre och kortare, jämfört med kategorierna som referens. Den parameter θ eller X0 är abskissan värdet av projektionen av en brytpunkt (dvs, peka av subjektiva jämlikhet). Skifta av sådan en parameter representerar övergripande temporal fördomar. Slutligen, c eller Y0 representerar en brytpunkt på y-axeln och avslöjar fördomar mot ett visst svar. Alternativa rutiner för montering och analysera psykometriska funktioner är de Palamedes verktygslåda6 och quickpsy33. - Upprepa proceduren från steg 4.1 för analysera reaktionstider och svarstider.
- Utföra statistiska analyser för att jämföra P och AP noggrannhet fördelningarna inom varje av de sensoriska modaliteterna.
- Utföra ytterligare analyser, såsom Pearson korrelationer, att hitta förhållandet mellan periodicitet index och noggrannhet och periodicitet index och reaktionstider.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Detta protokoll presenteras en metod för att utföra ett psykofysiken experiment på människor. Tekniken replikeras tidigare forskning om diskriminering av intervall av AP drev av V, A, och AV pulserar, som utfördes med en 2IFC metod. Stimuli resulterade från P och AP distributioner av drev av sex 50-ms pulser i olika intervall inom spänna av millisekunder (dvs.från 500 ms till 1 100 ms i steg 100 MS). Figur 2A visar några intervaller och deras beräknade periodicitet index.
Uppgiften var programmerat i LabVIEW och bestod av att leverera intramodal prövningar av två sekventiella stimuli (figur 2B). Efter 31 deltagare (15 kvinnor och 16 män i en ålder av 23,6 ± 4,3 år [medelvärde ± standardavvikelse]) utfört uppgiften, vi fått psykometriska funktioner varje P och AP V, A, och AV övergripande exaktheter funktionen en tanh (figur 3A - 3 C; godhet Fit: χ2, Q > 0,05).
De högra panelerna i figur 3 visar jämförelser av regression parametrarna för den tanh P och AP villkor. Icke-överlappande avvikelser av sådana parametrar anges statistiska skillnader, till exempel i vs en βoch c värden (p < 0,05). Detta resultat är påtaglig på V AP sigmoideum förskjutning nedåt, vilket tyder på att deltagarna uppfattade intervallerna som är längre än hänvisningen som kortare (figur 3A). Intervall som var kortare än referensen betraktades likaså exakt som kortare eftersom parametern c visade en AP skiftande sannolikhet för ringa jämförelsen kortare än referens. Dessutom jämförelser av AP och P intervall under A och AV diskrimineringar visade skillnader i β och θ parametrar (p < 0,05) eftersom de övergripande AP exaktheter minskade, vilket tyder på att de AP stimuli var generellt svårare att diskriminera. Intressant, A och AV föreställningarna var liknande under P och AP villkor (figur 3B och 3 C), vilket indikerar en A dominans över V i AV diskrimineringar.
I V tillstånd visat β att övergången från kortare till längre uppstod snabbare i AP skick. Detta resultat tyder på att deltagarna var säker på sina beslut, vilket framgår av reaktionstider (figur 4A). Reaktionstider P och AP AV liknar däremot A villkoren, tyder också på en A dominans (figur 4B och 4 C). Övergripande tolkning av dessa resultat är att V AP mönster produceras en perceptuell kompression av V AP tidsintervall.
Psykofysisk resultaten återspeglar skillnader i informationsbehandling över sensoriska modaliteter. När vi frågade försökspersonerna att diskriminera mellan varaktigheten av AP mönster, hittade vi att modalitet förändrar tidsuppfattning differentially. V systemet komprimerar uppskattning av tid, medan A och AV exaktheter påverkades endast marginellt av AP strukturer. Sammantaget visar dessa resultat olika exempel på tolkningen av resultaten av en psykofysisk aktivitet genom deras psykometriska parametrar.
Figur 1: ett grafiskt användargränssnitt (GUI) för att skapa aids uppgift stimuli. Det grafiska Användargränssnittet kan skapa en visuell eller en auditiv stimulans genom att införa parametrar och namnge stimulansen. En grafisk representation av de resulterande interpulse intervallerna (IPI) och en tomt på den auditiva stimulansen visas i Fönstren till höger. En noggrann beskrivning av hur man genomför detta GUI beskrivs i texten. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: uppgift struktur och set-up. (A) denna panel visar en grafisk skildring av intervaller på olika löptider aperiodiska tåg av pulser representeras av grå rutor. Intervallerna och deras periodicitet index erhålls genom ovanpå formel visas i olika linjer och som en funktion av deras varaktighet. PI = periodicitet index; P = periodiska; AP = aperiodiska. (B) denna panel visar händelseförloppet under unimodala prövningar. Varje försök började när en deltagare släppt blanksteg (SBD). Efter en referens stimulus följt av en 1-s interstimulus, en jämförelse stimulans levererades, deltagaren släppt blanksteg (SBR) och, för att rapportera om jämförelsen var längre eller kortare än referens, tryckte den uppåtriktade eller den nedåtgående pil, respektive (val). Referens och jämförelse grå rutor representerar pulser av faktiska visuellt, akustiskt och audiovisuella pulser avbildad av ikonerna ovan. (C), denna panel visar skildringen av experimentella set-up. Materialet innehåller en dator, en uppsättning brusreducerande hörlurar, en bildskärm och ett tangentbord. Figur 1A och 1B är anpassade från Duarte och Lemus13, under ledning Copyright uttalanden av gränserna i integrativ neurovetenskap. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: psykometriska funktioner erhålls genom hyperbolisk tangens regressionsmodellen. (A) denna panel visar den totala sannolikheten av att förklara jämförelser längre än referensen som en funktion av jämförelsens tidsintervall av visuella periodiska (heldragna linjer) och visuella aperiodiska (streckade linjer) experiment. (B) denna panel visar samma information som panel A, men sedan för akustiska förhållanden. (C), denna panel visar samma information som panel A, men sedan för audiovisuella villkor. De högra panelerna visar fördelningen av tanh parametrarna som definieras i infällt i sidopanelen A. Felstaplar i paneler A - C beteckna standardavvikelsen för medelvärdet och konfidensintervallen i de högra panelerna. Asteriskerna express intramodal skillnader. P = periodiska; AP = aperiodiska; V = visual; A = akustisk; AV = audiovisuella. Denna siffra är modifierad från Duarte och Lemus13, i vägledning med Copyright uttalanden av gränser i integrativ neurovetenskap. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: reaktionstider. (A) denna panel visar genomsnittlig reaktionstider för visuella experiment. (B) i denna panel visas medelvärdet reaktionstider för akustiska experiment. (C), denna panel visar genomsnittlig reaktionstider för audiovisuella experiment. Heldragna linjer = jämna mellanrum. Streckade linjer = aperiodiska intervall. Felstaplar beteckna standardavvikelsen för medelvärdet. Denna siffra är modifierad från Duarte och Lemus13, i vägledning med Copyright uttalanden av gränser i integrativ neurovetenskap. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I psykofysik beror valet av en uppgift på speciella intressen i perceptuella fenomen5,6. Till exempel bestod detta protokoll av att återskapa en tidigare rapporterade paradigm på tidsintervall uppfattningen av visuella, auditiva och audiovisuella stimuli av aperiodically klädd pulser, som genomfört den 2IFC metod13. Här, liksom i de flesta psykofysiken uppgifter är lämplig maskinvara och programvara avgörande för att skapa och reproducera spela in aktivitetens element noggrant, särskilt när du utforskar fenomen som uppstår i spänna av millisekunder25,26 ,27. En fördel med den nuvarande metoden är förmågan att producera olika stimuli via en GUI eftersom det tillåter att utforska deras mått och prestanda. I detta avseende är det värt med på vikten av parameterizing variabler oavsett komplexiteten i stimuli, som i detta protokoll, som genomfört en enkel men romanen metod för att kvantifiera aperiodicity13 (figur 2A). Vi har också föreslagit att lagra stimuli i ljud- och videoformat som WAV och AVI eftersom som presenterar möjligheten att genomföra stora videoklipp i experiment. Dessa format kräver dock administrera maskinvara och programvara som bearbetar effektivt. t.ex. genom Förbuffrar stimuli i variabler av miljön och genomföra programmet. Trots är vissa program såsom PsychToolbox eller PsychoPy användbara för, alternativt skapa online stimuli.
Även om vi inte innehöll resultaten av pilotförsök, är det tillrådligt att utföra dem för att kontrollera korrekt funktion av utrustningen och att hitta tillfredsställande spänna och skalning av de oberoende variabler18,34. I denna mening rekommenderas adaptiv psykofysisk metoder6,17. Dessutom bestämma pilotförsök lämpliga poolen av deltagare och antal prov repetitioner, vilket således ger robusta resultat och statistiska analyser14.
När det gäller deltagarna är det alltid viktigt att tydligt instruera dem om vad de ska delta och hur de ska utföra. I annat fall skulle kunna anta alternativa strategier vilseleda de results21,35. Till exempel i den här uppgiften bad vi deltagarna att diskriminera varaktigheten av stimuli; dock inkluderar typiska beteenden diskriminerande hastighet, acceleration29, antalet händelser11, eller rapportering likheter. Med andra ord, det är möjligt att observera liknande föreställningar bland deltagare, kan resultat ännu vara bristfälliga av inklusive olika hjärnan processer16. Därför, tillsammans med adekvat instruera deltagarna, är det obligatoriskt att fråga dem om deras antagna strategi för att lösa uppgiften.
Ett inneboende problem i psykofysik kommer från naturen av sensoriska modaliteter sedan de införa begränsningar för metoder12,29,30,32. Till exempel eftersom det visuella ramar levereras över 15 Hz sannolikt skapa flimmer fusion28, kräver studerar den visuella uppfattningen av pulser långsam modulationer att undvika oönskade resultat. Dessutom eskalera jämförelser mellan sensoriska modaliteter problemet. I detta sammanhang var ett intressant fenomen som observerats i stöd experimentet att aperiodiska visuella stimuli skapat en perceptuell kompression av temporal anseende men det periodiska dem inte. Där funktionen tanh monterade data optimalt eftersom observerade aperiodiska visuella platån inte nådde en högsta sannolikhet 1, såsom andra logistiska modeller förutsäga (figur 3A). Dock oavsett du väljer den bästa logistiska modellen, kan det hävdas att den aperiodiska visuellt inte nådde högst sannolikhet eftersom intervallet stimuli var otillräcklig. Därför skulle ökar varaktigheten av intervallen eller minskar antalet pulser förmodligen producera ett annat resultat17. Det finns dock en mycket mer djupgående problem här som faktiskt avser ett dilemma i psykofysik. För det första stöd experimentet syftade till att testa intervall uppfattningen i spänna av hundratals millisekunder, som står för ett särskilt fall av temporal bearbetning26,27. Därför skulle ökar intervallet varaktigheterna resultera i testning en olika hjärnan mekanism16. Det andra visuella periodiska kontrollen visade sig fungera inom ett tillfredsställande urval; Därför var sprider visuell intervall inte motiverad. Slutligen, justera ett av villkorets intervall enbart inaktiverar jämförelser mellan grupper eller, ännu viktigare här, mellan sensoriska modaliteter30. Igen, anpassa hörsel- och audiovisuella intervaller var inte motiverad (figur 3B och 3 C). Dilemmat är alltså att som syftar till att erhålla perfekt psykofysisk distributioner kan blanda neuronala processer, medan du inte gör det kan ge suboptimala resultat.
Sammanfattningsvis består psykofysiken av studera beteendemässiga resultatet av neuronala mekanismer av sensorisk bearbetning. Sådant utmanande mål kräver optimala urvalet och genomförandet av stimuli, uppgiften, metod, analys och mätning6. Mastering psykofysiken, ger värdefulla insikter i perception. Dessutom är det väsentliga i modeller som kräver välutbildade djur för att studera, till exempel neurofysiologiska korrelationen av beteende10,30,36,37.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har något att avslöja.
Acknowledgments
Detta arbete stöds av Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT), CB-256767. Författarna vill tacka Isaac Morán för hans tekniskt bistånd och Ana Escalante från dator enheten av det Instituto de Fisiología Celular (IFC) för hennes värdefulla hjälp.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Lapt top Dell Precision | Dell | M6800 CTO | Procesador Intel Core i7-4710MQ, 2.5GHz RAM 16 GB, 64-bit OS; 17.3" screen 1920 x 1080; 60 Hz refreshing rate |
| Noise-blocking headphones | Bose | QC25 | Headphones QuietComfort 25, noise-blocking |
| Decibel meter | Extech Instruments | SL 130G | Sound Level meter (dB), range 30 to 130 dB, this meter meets ANSI and IEC Type 2 sound level meter standards |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Software | |||
| Labview | National Instruments | Labview 2014 | Labview SP1 130, 64-bits, version 14 |
| Matlab | Mathworks Inc | Matlab 2016a | The Mathworks Inc., Natick, MA, USA |
| GUI To create Visual and Acoustic stimuli. Created by Fabiola Duarte | Mathworks Inc | Matlab 2016a | The Mathworks Inc., Natick, MA, USA |
References
- Fechner, G. T.
- Dehaene, S. The neural basis of the Weber-Fechner law: A logarithmic mental number line. Trends in Cognitive Sciences. 7 (4), 145-147 (2003).
- Romo, R., et al.
- Johnson, K. O., Hsiao, S. S., Yoshioka, T. Neural coding and the basic law of psychophysics. Neuroscientist. 8 (2), 111-121 (2002).
- Gescheider, G. A. Psychophysics: The Fundamentals. , Available from: https://books.google.com/books?id=fLYWFcuamPwC&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=false (1997).
- Kingdom, F. A. A., Prins, N. Psychophysics: A Pratical Introduction. , Academic Press. London, San Diego, Waltham, Oxford. (2016).
- García-Pérez, M. A. Does time ever fly or slow down? The difficult interpretation of psychophysical data on time perception. Frontiers in Human Neuroscience. 8, 415 (2014).
- Romo, R., Brody, C. D., Hernández, A., Lemus, L. Neuronal correlates of parametric working memory in the prefrontal cortex. Nature. 399 (6735), 470-473 (1999).
- Britten, K. H., Shadlen, M. N., Newsome, W. T., Movshon, J. A. The analysis of visual motion: a comparison of neuronal and psychophysical performance. The Journal of Neuroscience. 12 (12), 4745-4765 (1992).
- Lemus, L., et al. Neural correlates of a postponed decision report. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (43), 17174-17179 (2007).
- Getty, D. J. Counting processes in human timing. Perception & Psychophysics. 20 (3), 191-197 (1976).
- Grondin, S., McAuley, J. D.
- Duarte, F., Lemus, L. The Time Is Up: Compression of Visual Time Interval Estimations of Bimodal Aperiodic Patterns. Frontiers in Integrative Neuroscience. 11, 17 (2017).
- Bausenhart, K. M., Dyjas, O., Vorberg, D., Ulrich, R. Estimating discrimination performance in two-alternative forced choice tasks: Routines for MATLAB and R. Behavior Research Methods. 44 (4), 1157-1174 (2012).
- LaMotte, R. H., Mountcastle, V. B. Capacities of humans and monkeys to discriminate vibratory stimuli of different frequency and amplitude: a correlation between neural events and psychological measurements. Journal of Neurophysiology. 38 (3), 539-559 (1975).
- Grondin, S. Violation of the scalar property for time perception between 1 and 2 seconds: Evidence from interval discrimination, reproduction, and categorization. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 38 (4), 880-890 (2012).
- García-Pérez, M. A. Adaptive psychophysical methods for nonmonotonic psychometric functions. Attention, Perception, and Psychophysics. 76 (2), 621-641 (2014).
- García-Pérez, M. A., Alcalá-Quintana, R. Sampling plans for fitting the psychometric function. Spanish Journal of Psychology. 8 (2), 256-289 (2005).
- Ulrich, R., Miller, J. Threshold estimation in two-alternative forced-choice (2AFC) tasks: The Spearman-Kärber method. Perception and Psychophysics. 66 (3), 517-533 (2004).
- García-Pérez, M. A., Alcalá-Quintana, R. Improving the estimation of psychometric functions in 2AFC discrimination tasks. Frontiers in Psychology. 2, 96 (2011).
- Ulrich, R., Vorberg, D. Estimating the difference limen in 2AFC tasks: Pitfalls and improved estimators. Attention, Perception, and Psychophysics. 71 (6), 1219-1227 (2009).
- Green, D. M., Swets, J. A. Signal detection theory and psychophysics. , Wiley. (1966).
- Brainard, D. H.
- Peirce, J. W. PsychoPy-Psychophysics software in Python. Journal of Neuroscience Methods. 162 (1-2), 8-13 (2007).
- Ivry, R. B., Hazeltine, R. E. Perception and production of temporal intervals across a range of durations: Evidence for a common timing mechanism. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 21 (1), 3-18 (1995).
- Karmarkar, U. R., Buonomano, D. V. Timing in the Absence of Clocks: Encoding Time in Neural Network States. Neuron. 53 (3), 427-438 (2007).
- Merchant, H., Harrington, D. L., Meck, W. H. Neural Basis of the Perception and Estimation of Time. Annual Review of Neuroscience. 36 (1), 313-336 (2013).
- Levinson, J. Z. Flicker fusion phenomena. 160 (3823), Science. New York, NY. 21-28 (1968).
- Grahn, J. A., Henry, M. J., McAuley, J. D. FMRI investigation of cross-modal interactions in beat perception: Audition primes vision, but not vice versa. NeuroImage. 54 (2), 1231-1243 (2011).
- Lemus, L., Hernández, A., Luna, R., Zainos, A., Romo, R. Do sensory cortices process more than one sensory modality during perceptual judgments? Neuron. 67 (2), 335-348 (2010).
- Fabiola Duarte GUI Fabiola Duarte. , Available from: https://www.ifc.unam.mx (2018).
- Chandrasekaran, C., Trubanova, A., Stillittano, S., Caplier, A., Ghazanfar, A. A. The Natural Statistics of Audiovisual Speech. PLoS Computational Biology. 5 (7), e1000436 (2009).
- Linares, D., López-Moliner, J. quickpsy: An R Package to Fit Psychometric Functions for Multiple Groups. The R Journal. 8 (1), 122-131 (2016).
- García-Pérez, M. A., Núñez-Antón, V. Nonparametric tests for equality of psychometric functions. Behavior Research Methods. , (2017).
- García-Pérez, M. A., Alcalá-Quintana, R. The indecision model of psychophysical performance in dual-presentation tasks: Parameter estimation and comparative analysis of response formats. Frontiers in Psychology. 8, 1142 (2017).
- Merchant, H., Harrington, D. L., Meck, W. H. Neural Basis of the Perception and Estimation of Time. Annual Review of Neuroscience. 36 (1), 313-336 (2013).
- Chandrasekaran, C., Lemus, L., Ghazanfar, A. A. Dynamic faces speed up the onset of auditory cortical spiking responses during vocal detection. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (48), E4668-E4677 (2013).
