Overview
Fonte: Laboratorio di Jonathan Flombaum—Johns Hopkins University
La psicofisica è una branca della psicologia e delle neuroscienze che cerca di spiegare come le quantità fisiche si traducono in fuoco neurale e rappresentazioni mentali di grandezza. Una serie di domande in quest'area riguarda le differenze appena evidenti (JND): quanto deve cambiare qualcosa affinché il cambiamento sia percepibile? Per pompare intuizioni su questo, considera il fatto che i bambini piccoli crescono a un ritmo enorme, relativamente parlando, ma raramente si nota una crescita che avviene su base giornaliera. Tuttavia, quando il bambino ritorna dal campo di riposo o quando un nonno vede il bambino dopo un'assenza prolungata, solo poche settimane di crescita sono più che percettibili. Può sembrare enorme! I cambiamenti di altezza si notano solo dopo un'assenza perché i piccoli cambiamenti che avvengono quotidianamente sono troppo piccoli per essere percepibili. Ma dopo un'assenza, si sommano molti piccoli cambiamenti. Quindi, quanta crescita deve avvenire per essere evidente? L'importo minimo è il JND.
Psicologi e neuroscienziati misurano la JND in molti domini. Quanto più luminosa deve essere una luce per essere notata? Quanto deve essere più forte un suono? Spesso ottengono le misurazioni impiegando un paradigma a scelta forzata. Questo video si concentrerà sulle dimensioni, dimostrando un approccio standard per misurare un JND quando l'area di una forma cambia.
Procedure
1. Attrezzatura
- Per questo esperimento, utilizzare un computer e sperimentare un software di implementazione come E-Prime o un ambiente di programmazione come MATLAB o PsychoPy.
2. Stimoli e progettazione di esperimenti
- Questo esperimento comporterà prove ripetute con lo stesso design di base. Due dischi appariranno sullo schermo contemporaneamente, uno sul lato sinistro e uno sulla destra. Uno sarà sempre più grande dell'altro e il compito sarà quello di utilizzare una pressione del tasto per selezionare quello più grande. I dettagli sono i seguenti:
- Programmare l'esperimento per disegnare un disco blu con un raggio di 10 px. Il disco apparirà in ogni prova dell'esperimento, centrato nel display verticalmente e centrato orizzontalmente nella metà sinistra o destra del display. L'uso di uno stimolo che appare invariato in ogni prova è talvolta chiamato il metodo dello stimolo costante. Si riferisce solo al fatto che uno dei due stimoli in ogni prova è sempre lo stesso. Il disco blu 10-px è quindi lo stimolo costante.
- Di fronte allo stimolo costante in ogni prova, mostra un altro disco blu. Questo disco è chiamato stimolo di confronto. Avrà un raggio compreso tra 5 e 9 e tra 11 e 15 px. Sono 10 possibilità totali. Nell'esperimento, includere 10 prove ciascuna per ciascuno dei 20 possibili stimoli di confronto. Quindi l'esperimento coinvolgerà 200 prove.
- Visualizza i due stimoli sullo schermo per 200 ms, seguiti da uno schermo che legge solo "Quale era più grande L / R?" La Figura 1 schematizza la sequenza di eventi in ogni processo.
- Le risposte chiave 'L' indicheranno che l'oggetto sinistro era più grande, e le risposte chiave 'R' designeranno che quello destro è stato percepito come più grande.
- Assicurarsi che il programma emetta i seguenti dati importanti in una tabella: il numero di prova, la dimensione dello stimolo di confronto, la posizione sullo schermo dello stimolo di confronto, la risposta corretta e la risposta data dal partecipante. Nella Figura 2 viene illustrato un esempio di tale tabella di dati.
Figura 1. Una rappresentazione schematica di una singola prova a scelta forzata in un esperimento per misurare la differenza appena evidente (JND) per la dimensione del cerchio. In primo luogo, una schermata pronta richiede ai partecipanti che inizierà una prova. Successivamente, due dischi blu vengono visualizzati sul display, affiancati. Rimangono presenti solo per 200 ms, a quel punto il display richiede al partecipante una risposta. Il tasto 'L' viene utilizzato per indicare l'oggetto a sinistra e il tasto 'R' per indicare l'oggetto a destra.
Figura 2. Tabella di output di esempio da un esperimento JND a scelta forzata. Le colonne riportano i dati rilevanti del programma sperimentale.
3. Esecuzione dell'esperimento
- Recluta un partecipante, e quando arriva in laboratorio dille che farà un semplice esperimento sulla percezione della forma. Quindi avere il suo completo consenso informato.
- Ospitare il partecipante di fronte al computer di test e spiegare l'attività come segue:
- Ogni prova di questo esperimento coinvolgerà la stessa sequenza di base di eventi. Innanzitutto, vedrai la parola "Pronto?" sullo schermo. Premere la barra spaziatrice quando si è pronti per iniziare la versione di prova. A quel punto, due dischi blu appariranno su entrambi i lati dello schermo molto brevemente. Quando scompaiono, il display leggerà "Quale era più grande, L / R?" Il tuo compito è quello di segnalare quale dei due dischi ti è sembrato più grande, quello a destra o quello sul lato sinistro dello schermo. Ci sono 200 prove nell'esperimento, ma sono brevi. L'intero esperimento dovrebbe richiedere meno di cinque minuti. Avete domande?
- Dopo aver risposto a qualsiasi domanda, avvia il programma sperimentale e lascia che il partecipante inizi. Lasciala nella tranquilla sala prove fino al completamento dell'esperimento.
4. Analisi dei risultati
- Per analizzare i risultati, la prima cosa da fare è determinare quali risposte erano corrette e quali non erano corrette. Aggiungere una colonna alla tabella di output dei dati per questi scopi. Confronta la risposta data e la risposta corretta, contrassegnando la colonna finale con un 1 quando la risposta data era corretta e 0 quando non lo era.
- Cerca rapidamente di assicurarti che le prestazioni fossero ragionevoli, che il partecipante fosse alla precisione o quasi perfetta quando il confronto era di 5 e 15 px, differenze abbastanza grandi rispetto a 10 che non avrebbero dovuto essere commessi errori.
- Ora aggiungi un'altra colonna alla tabella dei dati, chiamata "Proporzione di risposte C". Nella colonna, nota se il confronto o la costante sono stati scelti dal partecipante. Se è stato scelto l'oggetto di confronto, contrassegnare un 1 nella colonna. Se è stata scelta la costante, contrassegnare uno 0.
- Ora, per ogni dimensione di confronto, calcola la frazione del tempo in cui il confronto è stato selezionato come più grande dal partecipante. Per gli stimoli di confronto di 5, il numero dovrebbe essere vicino a 0, e per gli stimoli di confronto di 15 dovrebbe essere vicino a 1.
- Per visualizzare i risultati, rappresentarli come segue: Crea un grafico a dispersione, con la dimensione del confronto sull'asse x e la proporzione di volte in cui è stato scelto sull'asse y. Avrà un aspetto simile a quello nella Figura 3.
Figura 3. Risultati di un esperimento a scelta forzata per trovare il JND per il raggio del cerchio. Tracciata è la proporzione di tempo in cui lo stimolo di confronto è stato selezionato come più grande (dal partecipante) in funzione della dimensione dello stimolo di confronto. Lo stimolo costante aveva sempre un raggio di 10 px.
Esattamente quanto deve cambiare qualcosa perché una differenza venga percepita?
Pensate, ad esempio, ai bambini piccoli che crescono rapidamente, diventando più alti ogni giorno. Tuttavia, è spesso difficile notare sottili cambiamenti, soprattutto se fanno ancora fatica a raggiungere un pallone da basket.
In un arco di tempo molto più lungo, il loro scatto di crescita diventa più che percettibile; in effetti, l'importo può sembrare enorme! Questi cambiamenti di altezza si notano solo dopo un lasso di tempo perché le piccole differenze quotidiane sono troppo piccole per essere percepibili.
L'importo minimo ma percepito è la differenza appena percettibile, che, per questo esempio, è la più piccola quantità di crescita notata.
Questo video illustra un approccio standard per misurare una differenza appena evidente nelle dimensioni della forma. Non solo discutiamo i passaggi necessari per progettare ed eseguire un esperimento, ma spieghiamo anche come analizzare i dati e interpretare i risultati descrivendo quanto piccolo sia necessario un cambiamento nell'area per essere percepito.
In questo esperimento, ai partecipanti vengono brevemente mostrati due diversi cerchi che variano di dimensioni e sono costretti a scegliere quale è più grande.
Durante ogni prova, uno viene sempre presentato con la stessa circonferenza, mentre l'altro è vario. Questo approccio è indicato come il metodo di stimolo costante.
In questo caso, lo stimolo costante è progettato per avere un raggio di 10 px e si trova casualmente sul lato sinistro o destro dello schermo. Al contrario, l'altro cerchio, chiamato stimolo di confronto, avrà un raggio che varia tra 5 e 9 e tra 11 e 15 px.
Date queste 10 possibilità, lo stimolo di confronto viene mostrato 10 volte su ciascun lato, per un totale di 200 prove. La variabile dipendente viene registrata come stimolo scelto per essere quello più grande.
Ci si aspetta che i partecipanti scelgano correttamente se percepiscono una differenza di dimensioni tra i due stimoli. Tuttavia, quando le forme sono più vicine nella circonferenza e al di sotto della differenza appena percettibile, si prevede che le prestazioni diminuiranno.
Per iniziare l'esperimento, saluta il partecipante in laboratorio. Con loro seduti comodamente davanti al computer, spiega le istruzioni per l'attività: lo schermo avrà la parola "Pronto?" su di esso fino a quando non premono la barra spaziatrice.
Guarda come appaiono due stimoli blu e istruisci il partecipante a indicare quale stimolo pensava fosse più grande premendo il tasto "L" per le risposte a sinistra e "R" per le risposte sul lato destro. Ricorda loro che dovrebbero indovinare se non sono sicuri di quale sia più grande.
Dopo aver risposto a qualsiasi domanda il partecipante possa avere, lascia la stanza. Consenti loro di completare tutte le 200 prove in un periodo di 5 minuti. Quando hanno finito, tornano nella stanza e ringraziali per aver preso parte all'esperimento.
Per analizzare i dati, recuperare prima il file di output programmato che ha catturato le risposte di ciascun partecipante. Dai un'occhiata rapida ai dati per assicurarti che le prestazioni fossero ragionevoli, vale a dire che quando le dimensioni degli stimoli di confronto erano 5 e 15 px, la precisione era quasi perfetta.
Quindi, aggiungi una colonna alla tabella di output chiamata "Accuratezza" per determinare se le risposte registrate sono corrette o meno. Confronta quelli dati con le risposte corrette per tutti gli studi. Utilizzare la seguente istruzione IF per registrare un 1 quando la risposta fornita era corretta e 0 quando non era corretta.
Ora aggiungi un'altra colonna alla tabella, etichettata "Proporzione di risposte di confronto". Confronta la colonna "Posizione di confronto" con "Risposta" e usa una nuova istruzione IF per contrassegnare un "1" quando è stato scelto lo stimolo di confronto o uno "0" se è stato scelto il cerchio costante.
Per visualizzare i risultati, creare un grafico a dispersione con la dimensione del confronto sull'asse x e la proporzione di volte in cui è stato scelto come più grande sull'asse y. Ricordiamo che lo stimolo costante aveva sempre un raggio di 10-px, motivo per cui gli stimoli con raggi 5 o 6 px non venivano quasi mai scelti e quelli con 14 o 15 venivano sempre scelti.
Con un raggio di 9 o 11 px, il confronto era più difficile e i partecipanti spesso commettevano errori. In effetti, le prestazioni erano a livello casuale, suggerendo che le differenze non venivano percepite.
Per calcolare la differenza appena percettibile, prendi la dimensione di confronto che è stata scelta il 75% delle volte, in questo caso un raggio di 12, meno la dimensione di confronto che è stata scelta il 25% delle volte - raggio di 8 - e dividi il risultato per 2 per una risposta di 2 px.
In altre parole, i raggi dei cerchi devono differire di almeno 2 px affinché le loro dimensioni siano percepite con precisione.
Ora che hai familiarità con differenze appena evidenti nella percezione delle dimensioni degli oggetti visivi, diamo un'occhiata a come questo paradigma viene utilizzato negli studi neurofisiologici per esplorare come risponde il cervello e in altre situazioni comportamentali, come distinguere tra i livelli di grasso nel cibo.
I ricercatori hanno studiato come i singoli neuroni nella corteccia visiva codificano le proprietà fisiche del mondo, come le dimensioni degli oggetti.
Utilizzando tecniche di registrazione elettrofisiologica che misurano i modelli di attivazione in combinazione con la presentazione degli stimoli, i ricercatori hanno scoperto che i neuroni sensibili alle dimensioni a volte rispondono allo stesso modo a oggetti che sono in realtà di dimensioni diverse.
Questo è il motivo per cui i JND sono appena percettibili: a volte, nel cervello, gli stimoli rilevanti producono davvero effetti indistinguibili.
Inoltre, i ricercatori hanno utilizzato un compito di differenze appena evidenti per caratterizzare le soglie individuali per rilevare le concentrazioni di grasso negli alimenti.
Hanno scoperto che gli individui con un indice di massa corporea più alto richiedevano una differenza appena evidente più alta, o una soglia più alta, prima di assaggiare gli acidi grassi nei campioni. Questi risultati potrebbero portare a nuovi approcci per limitare il consumo di grassi in eccesso.
Hai appena visto l'introduzione di JoVE alle differenze appena evidenti. Ora dovresti avere una buona comprensione di come progettare ed eseguire l'esperimento, nonché di come analizzare e valutare i risultati.
Grazie per l'attenzione!
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Results
Il grafico nella Figura 3 mostra la proporzione di tempo in cui lo stimolo di confronto è stato scelto in funzione della dimensione del suo raggio. Ricordiamo che lo stimolo costante ha sempre un raggio di 10-px in questo esperimento. Questo è il motivo per cui con un raggio di 5 o 6 px il confronto non viene quasi mai scelto, ed è quasi sempre scelto con un raggio se 14 o 15 px. Tuttavia, con un raggio di 9 o 11 px, il confronto è difficile. I partecipanti spesso commettono errori. Il JND è definito come segue: La dimensione di confronto quando viene scelto circa il 75% delle volte meno la sua dimensione quando viene scelto il 25% delle volte, il tutto diviso per 2. Qui, quei numeri sono rispettivamente 12 e 8. Quindi il JND per il raggio del cerchio è 2 px.
Ci sono ragioni matematiche dettagliate per cui questo è il calcolo esatto di un JND, che ha a che fare con le statistiche e la natura delle distribuzioni normali (curve a campana). Ma guardare il grafico dovrebbe rendere il calcolo più intuitivo. Quando il raggio era solo 1 px più piccolo o più grande di 10, il partecipante ha commesso molti errori, eseguendo molto vicino a 0,5, che è ciò che produrrebbe se stesse solo indovinando. Ma le prestazioni sono diventate rapidamente molto più accurate con una differenza di pixel di 2, ed è stato quasi perfetto con una differenza di pixel di 3 o più. La Figura 4 è una versione annotata della Figura 3, destinata a illustrare il calcolo di un JND.
Figura 4. Versione con annotazioni della Figura 3.
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Applications and Summary
Una delle principali applicazioni dell'approccio di stimolo costante alla misurazione di un JND è arrivata nelle neuroscienze, in particolare negli studi di neurofisiologia ideati per indagare su come l'attivazione dei singoli neuroni codifica le proprietà fisiche sul mondo. Questi studi di solito coinvolgono una scimmia con elettrodi impiantati nella loro corteccia visiva. Gli elettrodi penetrano nelle singole cellule che rispondono alla stimolazione visiva sparando o picchiando, cioè conducendo un segnale elettrico rapido. Negli studi sull'utilizzo dei metodi JND, i ricercatori hanno scoperto che i singoli neuroni sono rumorosi: rispondono alle dimensioni o alla luminosità o al colore di uno stimolo più o meno allo stesso modo ogni volta, ma con una certa variabilità. Il risultato è che due stimoli molto simili susciteranno la stessa risposta per qualche volta. Un cerchio con un raggio di 10 px a volte otterrà la stessa risposta neuronale di un cerchio con un raggio di 9 px o di un cerchio con un raggio di 11 px. Questo è il motivo per cui i JND sono appena percettibili: a volte, nel cervello, gli stimoli rilevanti producono davvero effetti indistinguibili.
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