מקור: המעבדה של ג’ונתן פלומבאום – אוניברסיטת ג’ונס הופקינס
פסיכופיזיקה היא ענף של פסיכולוגיה ומדעי המוח המנסה להסביר כיצד כמויות פיזיות מתורגמות לפיטור עצבי וייצוגים נפשיים בסדר גודל. קבוצה אחת של שאלות בתחום זה נוגעת להבדלים בולטים (JND): כמה משהו צריך להשתנות כדי שהשינוי ייתפס? כדי לשאוב אינטואיציות על זה, לשקול את העובדה כי ילדים קטנים לגדול בקצב עצום, באופן יחסי, אבל אחד לעתים רחוקות מבחין צמיחה המתרחשת על בסיס יומי. עם זאת, כאשר הילד חוזר ממחנה שינה או כאשר סבא וסבתא רואים את הילד לאחר היעדרות ממושכת, רק כמה שבועות של גידול הוא יותר מורגש. זה יכול להיראות עצום! שינויים בגובה מורגשים רק לאחר היעדרות מכיוון שהשינויים הקטנים המתרחשים על בסיס יומיומי הם קטנים מכדי שניתן יהיה לראותם. אבל לאחר היעדרות, שינויים קטנים רבים מסתכמים. אז כמה צמיחה צריכה להתקיים כדי להיות מורגש? הסכום המינימלי הוא JND.
פסיכולוגים ומדעני מוח מודדים את JND בתחומים רבים. כמה בהיר יותר צריך לשים לב לאור? כמה חזק יותר צריך להיות צליל? לעתים קרובות הם משיגים את המדידות על ידי שימוש בפרדיגמה של בחירה כפויה. וידאו זה יתמקד בגודל, וידגים גישה סטנדרטית למדידת JND כאשר אזור הצורה משתנה.
1. ציוד
2. גירויים ועיצוב ניסויים
איור 1. תיאור סכמטי של ניסוי בחירה בכפייה יחיד בניסוי כדי למדוד את ההבדל המורגש (JND) לגודל המעגל. ראשית, מסך מוכן מנחה את המשתתפים כי ניסיון יתחיל. לאחר מכן, שני דיסקים כחולים מופיעים בתצוגה, זה לצד זה. הם נשארים נוכחים רק 200 ms, ובשלב זה התצוגה מבקשת את המשתתף לתגובה. מקש ‘L’ משמש לציון האובייקט משמאל, ואת מקש ‘R’ כדי לציין את האובייקט מימין.
איור 2. טבלת פלט לדוגמה מניסוי JND בבחירה כפויה. העמודות מדווחות על הנתונים הרלוונטיים מתוכנית הניסוי.
3. הפעלת הניסוי
4. ניתוח התוצאות
איור 3. תוצאות של ניסוי בחירה בכפייה כדי למצוא את JND לרדיוס מעגל. התווה הוא חלקו היחסי של הזמן כי גירוי ההשוואה נבחר כמו גדול יותר (על ידי המשתתף) כפונקציה של גודל גירוי ההשוואה. לגירוי הקבוע תמיד היה רדיוס של 10 px.
כמה בדיוק משהו צריך להשתנות כדי שההבדל ייתפס?
חשוב, למשל, על ילדים צעירים הגדלים במהירות – להיות גבוהים יותר על בסיס יומי. עם זאת, לעתים קרובות קשה להבחין בשינויים עדינים, במיוחד אם הם עדיין נאבקים להגיע לכדורסל.
במשך תקופה ארוכה בהרבה, פרץ הצמיחה שלהם הופך להיות יותר מורגש; למעשה, הסכום יכול להיראות עצום! שינויים אלה בגובה מורגשים רק לאחר מעידה מכיוון שההבדלים היומיומיים הקטנים קטנים מכדי שניתן יהיה לראותם.
הסכום המינימלי אך הנתפס הוא ההבדל הבולט, אשר, למשל, הוא הכמות הקטנה ביותר של צמיחה הבחין.
סרטון וידאו זה מדגים גישה סטנדרטית למדידת הבדל בולט בלבד בגודל הצורה. לא רק שאנו דנים בצעדים הנדרשים כדי לתכנן ולבצע ניסוי, אלא גם מסבירים כיצד לנתח את הנתונים ולפרש את התוצאות המתארות עד כמה קטן של שינוי באזור יש צורך להיתפס.
בניסוי זה, המשתתפים מוצגים בקצרה שני מעגלים שונים המשתנים בגודלם ונאלצים לבחור איזה מהם גדול יותר.
במהלך כל משפט, אחד תמיד מוצג עם אותו היקף, ואילו השני הוא מגוון. גישה זו מכונה שיטה של גירוי מתמיד.
במקרה זה, הגירוי הקבוע נועד להיות רדיוס של 10 px וממוקם באופן אקראי בצד שמאל או בצד ימין של המסך. לעומת זאת, המעגל השני, הנקרא גירוי ההשוואה, יהיה רדיוס המשתנה בין 5 ל 9 ובין 11 ל 15 px.
בהתחשב ב -10 אפשרויות אלה, גירוי ההשוואה מוצג 10 פעמים בכל צד, בסך הכל 200 ניסויים. המשתנה התלוי נרשם כאשר הגירוי נבחר להיות הגדול יותר.
המשתתפים צפויים לבחור נכון אם הם ראו הבדל בגודל בין שני הגירויים. עם זאת, כאשר הצורות קרובות יותר בהיקף ומתחת להבדל המורגש בלבד, הביצועים צפויים לרדת.
כדי להתחיל את הניסוי, לברך את המשתתף במעבדה. כשהם יושבים בנוחות מול המחשב, הסבירו את הוראות המשימה: על המסך תהיה המילה “מוכן?” עד שילחצו על מקש הרווח.
צפו בעוד שני גירויים כחולים מופיעים והורו למשתתף לציין איזה גירוי לדעתם היה גדול יותר על ידי לחיצה על מקש ‘L’ עבור שמאל – ו- ‘R’ לתגובות בצד ימין. הזכר להם שהם צריכים לנחש אם הם לא בטוחים איזה מהם גדול יותר.
לאחר שעניתם על כל שאלה שעשויה להיות למשתתף, עזבו את החדר. אפשר להם להשלים את כל 200 הניסויים על פני תקופה של 5 דקות. כשהם יסיימו, חזרו לחדר ותודו להם על שהשתתפו בניסוי.
כדי לנתח את הנתונים, אחזר תחילה את קובץ הפלט המתוכנת שלכד את התגובות של כל משתתף. התבונן במהירות בנתונים כדי לוודא שהביצועים היו הגיוניים – כלומר, שכאשר גדלי גירויי ההשוואה היו 5 ו- 15 px, הדיוק היה כמעט מושלם.
לאחר מכן, הוסף עמודה לטבלת הפלט הנקראת ‘דיוק’ כדי לקבוע אם התשובות המוקלטות נכונות או לא. השווה את אלה שניתנו לתגובות הנכונות עבור כל הניסויים. השתמש בהצהרת IF הבאה כדי לרשום 1 כאשר התגובה שניתנה הייתה נכונה ו- 0 כאשר היא שגויה.
כעת, הוסף עמודה נוספת לטבלה, שכותרתה ‘שיעור התגובות להשוואה’. השווה את העמודה ‘מיקום השוואה’ עם ‘תגובה’ והשתמש משפט IF חדש כדי לסמן ‘1’ כאשר נבחר גירוי ההשוואה או ‘0’ אם נבחר המעגל הקבוע.
כדי לדמיין את התוצאות, הפוך חלקת פיזור עם גודל ההשוואה בציר ה- x ושיעור הפעמים שהוא נבחר כגדול יותר על ציר ה- y. זכור כי הגירוי הקבוע תמיד היה רדיוס 10-px, ולכן גירויים עם 5 או 6 px radii כמעט אף פעם לא נבחרו ואלה עם 14 או 15 תמיד נבחרו.
עם רדיוס של 9 או 11 px, ההשוואה הייתה קשה יותר והמשתתפים לעתים קרובות עשו טעויות. למעשה, הביצועים היו ברמת המזל, מה שמרמז על כך שההבדלים לא נתפסו.
כדי לחשב את ההפרש המורגש בלבד, קח את גודל ההשוואה שנבחר 75% מהזמן, במקרה זה רדיוס של 12, פחות גודל ההשוואה שנבחר 25% מהזמן – רדיוס של 8 – וחלק את התוצאה ב- 2 עבור תשובה של 2 px.
במילים אחרות, radii של העיגולים צריך להיות שונה על ידי לפחות 2 px עבור הגדלים שלהם כדי להיתפס במדויק.
כעת, כאשר אתם מכירים הבדלים בולטים בתפיסה של גדלי אובייקטים חזותיים, בואו נסתכל על האופן שבו פרדיגמה זו משמשת במחקרים נוירופיזיולוגיים כדי לחקור כיצד המוח מגיב ובמצבים התנהגותיים אחרים, כגון הבחנה בין רמות השומן במזון.
חוקרים חקרו כיצד נוירונים בודדים בקליפת המוח החזותית מקודדים את התכונות הפיזיות של העולם, כמו גדלי אובייקטים.
באמצעות טכניקות הקלטה אלקטרופיזיולוגיות המודדות דפוסי ירי בשילוב עם הצגת גירויים, החוקרים מצאו כי נוירונים הרגישים לגודל יגיבו לעתים באותו אופן לאובייקטים שהם למעשה בגדלים שונים.
זו הסיבה JND הם רק בקושי מורגש: לפעמים, במוח, הגירויים הרלוונטיים באמת לייצר אפקטים שלא ניתן להבחין.
בנוסף, החוקרים השתמשו במשימה רק מורגש-הבדלים כדי לאפיין סף בודדים לאיתור ריכוזי שומן במזון.
הם מצאו כי אנשים עם מדד מסת גוף גבוה יותר נדרש הבדל מורגש גבוה יותר, או סף גבוה יותר, לפני טעימת חומצות שומן בדגימות. תוצאות אלה עלולות להוביל לגישות חדשות להגבלת צריכת השומן העודפת.
הרגע צפית בהקדמה של ג’וב להבדלים מורגשים. עכשיו אתה צריך הבנה טובה של איך לעצב ולהפעיל את הניסוי, כמו גם איך לנתח ולהעריך את התוצאות.
תודה שצפיתם!
הגרף באיור 3 מציג את שיעור הזמן שבו נבחר גירוי ההשוואה כפונקציה בגודל הרדיוס שלו. זכור כי הגירוי הקבוע תמיד יש רדיוס 10 px בניסוי זה. זו הסיבה שעם רדיוס של 5 או 6 px ההשוואה כמעט אף פעם לא נבחרה, והיא כמעט תמיד נבחרה עם רדיוס אם 14 או 15 px. עם זאת, עם רדיוס של 9 או 11 px, ההשוואה קשה. המשתתפים לעתים קרובות לעשות טעויות. ה- JND מוגדר כדלקמן: גודל ההשוואה כאשר הוא נבחר כ -75% מהזמן פחות גודלו כאשר הוא נבחר 25% מהזמן, כולם מחולקים על ידי 2. כאן, המספרים האלה הם 12 ו-8, בהתאמה. אז JND עבור רדיוס מעגל הוא 2 px.
ישנן סיבות מתמטיות מפורטות מדוע זהו החישוב המדויק של JND, הקשור לסטטיסטיקה ואופי ההתפלגות הרגילה (עקומות פעמון). אבל להסתכל על הגרף צריך להפוך את החישוב לאינטואיטיבי יותר. כאשר הרדיוס היה רק 1 px קטן או גדול יותר מ 10, המשתתף עשה טעויות רבות, ביצוע קרוב מאוד 0.5, וזה מה שהיא הייתה מייצרת אם היא רק מנחשת. אבל הביצועים הפכו במהירות למדויקים הרבה יותר עם הפרש פיקסלים של 2, וזה היה כמעט מושלם עם הפרש פיקסלים של 3 או יותר. איור 4 הוא גרסה מובאת של איור 3, שנועדה להמחיש את החישוב של JND.
איור 4. גרסה מובאת של איור 3.
אחד היישומים העיקריים של גישת הגירוי הקבועה למדידת JND הגיע במדעי המוח, במיוחד במחקרים נוירופיזיולוגיים שהומצאו כדי לחקור כיצד ירי של נוירונים בודדים מקודד תכונות פיזיות על העולם. מחקרים אלה בדרך כלל מערבים קוף עם אלקטרודות מושתלות בקליפת המוח החזותית שלהם. האלקטרודות חודרות לתאים בודדים המגיבים לגירוי חזותי על ידי ירי או ספייק, כלומר, על ידי ביצוע אות חשמלי מהיר. במחקרים על שימוש בשיטות JND, חוקרים גילו כי נוירונים בודדים הם רועשים – הם מגיבים לגודל או בהירות או צבע של גירוי פחות או יותר באותו אופן בכל פעם, אבל עם שונות מסוימת. התוצאה היא ששני גירויים דומים מאוד יעוררו את אותה תגובה חלק מהזמן. עיגול עם רדיוס של 10 px יקבל לפעמים את אותה תגובה עצבית כמו מעגל עם רדיוס של 9 px או מעגל עם רדיוס של 11 px. זו הסיבה JND הם רק בקושי מורגש: לפעמים, במוח, הגירויים הרלוונטיים באמת לייצר אפקטים שלא ניתן להבחין.
Exactly how much does something need to change for a difference to be perceived?
Think of, for instance, young children who grow rapidly—getting taller on a daily basis. However, it’s often difficult to notice subtle changes, especially if they still struggle to reach a basketball.
Over a much longer span, their growth spurt becomes more than perceptible; in fact, the amount can seem enormous! These changes in height are only noticed after a lapse because the small day-to-day differences are too small to be perceivable.
The minimal yet perceived amount is the just-noticeable-difference, which, for this example, is the smallest amount of growth noticed.
This video demonstrates a standard approach for measuring a just-noticeable-difference in shape size. Not only do we discuss the steps required to design and execute an experiment, but we also explain how to analyze the data and interpret the results describing just how small of a change in area is necessary to be perceived.
In this experiment, participants are briefly shown two different circles that vary in size and are forced to choose which one is larger.
During each trial, one is always presented with the same circumference, whereas the other is varied. This approach is referred to as the method of constant stimulus.
In this case, the constant stimulus is designed to have a radius of 10 px and located randomly on either the left or right side of the screen. In contrast, the other circle, called the comparison stimulus, will have a radius that varies between 5 and 9 and between 11 and 15 px.
Given these 10 possibilities, the comparison stimulus is shown 10 times on each side, for a total of 200 trials. The dependent variable is recorded as which stimulus was chosen to be the larger one.
Participants are expected to choose correctly if they perceived a difference in size between the two stimuli. However, when the shapes are closer in circumference and below the just-noticeable difference, performance is predicted to decline.
To begin the experiment, greet the participant in the lab. With them sitting comfortably in front of the computer, explain the task instructions: The screen will have the word “Ready?” on it until they press the space bar.
Watch as two blue stimuli appear and instruct the participant to indicate which stimulus they thought was larger by pressing the ‘L’ key for left- and ‘R’ for right-side responses. Remind them that they should guess if they are not sure which one is larger.
After answering any questions the participant might have, leave the room. Allow them to complete all of the 200 trials over a 5-min period. When they finish, return to the room and thank them for taking part in the experiment.
To analyze the data, first retrieve the programmed output file that captured each participant’s responses. Quickly glance at the data to make sure that performances were sensible—namely, that when the sizes of the comparison stimuli were 5 and 15 px, accuracy was near perfect.
Next, add a column to the output table called ‘Accuracy’ to determine whether the recorded answers are correct or not. Compare those given to the correct responses for all trials. Use the following IF statement to register a 1 when the response given was correct and 0 when it was incorrect.
Now, add another column to the table, labeled ‘Proportion of Comparison Responses’. Compare the column ‘Comparison Position’ with ‘Response’ and use a new IF statement to mark a ‘1’ when the comparison stimulus was chosen or a ‘0’ if the constant circle was chosen.
To visualize the results, make a scatter plot with the size of the comparison on the x-axis and the proportion of times it was chosen as being larger on the y-axis. Recall that the constant stimulus always had a 10-px radius, which is why stimuli with 5 or 6 px radii were almost never chosen and those with 14 or 15 were always chosen.
With a radius of 9 or 11 px, the comparison was more difficult and participants often made mistakes. In fact, performance was at chance level, suggesting that differences were not being perceived.
To calculate the just-noticeable-difference, take the comparison size that was chosen 75% of the time, in this case a radius of 12, minus the comparison size that was chosen 25% of the time—radius of 8—and divide the result by 2 for an answer of 2 px.
In other words, the radii of the circles need to differ by at least 2 px for their sizes to be accurately perceived.
Now that you are familiar with just-noticeable differences in the perception of visual objects’ sizes, let’s look at how this paradigm is used in neurophysiological studies to explore how the brain responds and in other behavioral situations, such as distinguishing between fat levels in food.
Researchers have investigated how individual neurons in the visual cortex encode the physical properties of the world, like objects’ sizes.
Using electrophysiological recording techniques that measure firing patterns in conjunction with stimuli presentation, researchers found that neurons that are sensitive to size will sometimes respond in the same way to objects that are actually different sizes.
This is why JND are just-barely-noticeable: sometimes, in the brain, the relevant stimuli really do produce indistinguishable effects.
In addition, researchers have used a just-noticeable-differences task to characterize individual thresholds for detecting fat concentrations in food.
They found that individuals with a higher body mass index required a higher just-noticeable difference, or higher threshold, before tasting fatty acids in the samples. These results could lead to new approaches to limit excess fat consumption.
You’ve just watched JoVE’s introduction to just-noticeable differences. Now you should have a good understanding of how to design and run the experiment, as well as how to analyze and assess the results.
Thanks for watching!
Related Videos
Sensation and Perception
11.0K Views
Sensation and Perception
17.2K Views
Sensation and Perception
11.7K Views
Sensation and Perception
6.8K Views
Sensation and Perception
18.2K Views
Sensation and Perception
17.3K Views
Sensation and Perception
13.2K Views
Sensation and Perception
14.8K Views
Sensation and Perception
15.8K Views
Sensation and Perception
5.7K Views
Sensation and Perception
15.4K Views
Sensation and Perception
15.9K Views
Sensation and Perception
15.3K Views
Sensation and Perception
24.2K Views
Sensation and Perception
6.4K Views