Войти
Психофизика количественно исследует взаимосвязь между физическими стимулами и ощущениями и восприятие, которое они производят. Психофизика описывается как «научное исследование связи между стимулом и ощущением » или, более полно, как «анализ процессов восприятия путем изучения влияния на опыт или поведение субъекта систематического изменения свойств. стимула по одному или нескольким физическим измерениям ».
Психофизика также относится к общему классу методов, которые могут применяться для изучения системы восприятия. Современные приложения в значительной степени зависят от измерения пороговых значений, анализа идеального наблюдателя и теории обнаружения сигналов.
. Психофизика имеет широкое распространение и имеет важные практические приложения. Например, в исследовании цифровой обработки сигналов психофизики разработали модели и методы сжатия с потерями. Эти модели объясняют, почему люди воспринимают очень незначительную потерю качества сигнала, когда аудио- и видеосигналы форматируются с использованием сжатия с потерями.
Многие из классических методов и теорий психофизики были сформулированы в 1860 году, когда Густав Теодор Фехнер в Лейпциге опубликовал Elemente der Psychophysik (Элементы психофизики). Он ввел термин «психофизика», описывая исследования, направленные на то, чтобы связать физические стимулы с содержанием сознания, таким как ощущения (Empfindungen). Как физик и философ, Фехнер стремился разработать метод, который связывает материю с разумом, связывая общественно наблюдаемый мир и личное впечатление о нем человека. Его идеи были вдохновлены экспериментальными результатами по ощущению осязания и света, полученными в начале 1830-х годов немецким физиологом Эрнстом Генрихом Вебером в Лейпциге, в первую очередь те, которые касались минимально заметной разницы в Интенсивность стимулов умеренной силы (просто заметная разница; jnd), которую Вебер показал как постоянную долю от эталонной интенсивности и которую Фехнер назвал законом Вебера. Исходя из этого, Фехнер вывел свою широко известную логарифмическую шкалу, теперь известную как шкала Фехнера. Работы Вебера и Фехнера сформировали одну из основ психологии как науки, когда Вильгельм Вундт основал первую лабораторию психологических исследований в Лейпциге (Institut für Experimentelle Psychologie). Работа Фехнера систематизировала интроспекционистский подход (психология как наука о сознании), который должен был противостоять бихевиористскому подходу, в котором даже вербальные реакции являются такими же физическими, как и стимулы.
В 1930-х годах, когда психологические исследования в нацистской Германии по существу прекратились, оба подхода в конечном итоге начали заменяться использованием отношений стимула и реакции в качестве доказательства. для сознательной или бессознательной обработки в уме. Работа Фехнера была изучена и расширена Чарльзом С. Пирсом, которому помогал его ученик Джозеф Джастроу, который вскоре сам стал выдающимся экспериментальным психологом. Пирс и Джастроу в значительной степени подтвердили эмпирические выводы Фехнера, но не все. В частности, классический эксперимент Пирса и Ястроу отверг оценку Фехнера порога восприятия весов как слишком высокую. В своем эксперименте Пирс и Джастроу фактически изобрели рандомизированные эксперименты: они случайным образом распределили добровольцев в слепой, план повторных измерений, чтобы оценить их способность различать веса. Эксперимент Пирса вдохновил других исследователей в области психологии и образования, которые в 1900-х годах развили исследовательскую традицию рандомизированных экспериментов в лабораториях и специализированных учебниках. Эксперименты Пирса-Джастроу проводились как часть применения Пирсом своей программы прагматизма к человеческому восприятию ; другие исследования рассматривали восприятие света и т. д. Ястроу написал следующее резюме: «Курсы мистера Пирса по логике дали мне мой первый реальный опыт работы с интеллектуальными мышцами. Хотя я сразу же отправился в лабораторию психологии, когда это было установлено Стэнли Холл, именно Пирс дал мне мой первый тренинг по решению психологической проблемы, и в то же время стимулировал мою самооценку, доверив мне, тогда совершенно невиновному ни в каких лабораторных привычках, немного реальной Он позаимствовал для меня прибор, который я отнес в свою комнату, установил у окна и с помощью которого, когда условия освещения были подходящими, я проводил наблюдения. Результаты были опубликованы под нашими совместными именами в Proceedings of the Национальная академия наук. Демонстрация того, что следы сенсорного воздействия, слишком слабые для того, чтобы их можно было зарегистрировать в сознании, тем не менее, могли повлиять на суждение, возможно, само по себе было постоянным мотивом, который побудил меня много лет спустя отказаться от Возьмите книгу о Подсознании ". Эта работа четко отличает наблюдаемую когнитивную деятельность от выражения сознания.
Современные подходы к сенсорному восприятию, такие как исследования зрения, слуха или осязания, измеряют, что суждение воспринимающего извлекает из стимула, часто оставляя в стороне вопрос, какие ощущения испытываются. Один из ведущих методов основан на теории обнаружения сигналов, разработанной для случаев очень слабых стимулов. Однако субъективистский подход сохраняется среди приверженцев традиции Стэнли Смита Стивенса (1906–1973). Стивенс возродил идею степенного закона, предложенную исследователями XIX века, в отличие от лог-линейной функции Фехнера (см. степенной закон Стивенса ). Он также выступал за присвоение чисел пропорционально силе стимулов, что называется оценкой величины. Стивенс добавил такие методы, как получение величины и согласование кросс-модальности. Он возражал против присвоения силы стимула точкам на линии, которые помечены в порядке силы. Тем не менее такой ответ остается популярным в прикладной психофизике. Такие макеты с несколькими категориями часто ошибочно называют шкалой Лайкерта после пунктов вопросов, используемых Лайкертом для создания психометрических шкал с несколькими пунктами, например, семь фраз от «полностью согласен» до «категорически не согласен».
Омар Халифа утверждал, что средневекового ученого Альхазена следует считать основателем психофизики. Хотя аль-Хайтам делал много субъективных отчетов о зрении, нет никаких доказательств того, что он использовал количественные психофизические методы, и такие утверждения были отвергнуты.
Психофизики обычно используют экспериментальные стимулы, которые могут быть объективно измеренные, такие как чистые тона различной интенсивности или огни различной яркости. Были изучены все чувства : зрение, слух, осязание (включая кожный и кишечный восприятие ), вкус, запах и чувство времени. Независимо от сенсорной области, есть три основных области исследования: абсолютные пороги, пороги дискриминации и масштабирование.
Порог (или лимит) - это точка интенсивности, при которой участник может просто обнаружить наличие стимула (абсолютный порог) или наличие разницы между двумя стимулами (порог разницы). Стимулы с интенсивностью ниже пороговой считаются не обнаруживаемыми (следовательно, сублиминальными). Стимулы со значениями, достаточно близкими к пороговому значению, часто обнаруживаются в некоторых случаях; поэтому порог считается точкой, в которой стимул или изменение стимула обнаруживается в некоторой пропорции p случаев.
Абсолютный порог - это уровень интенсивности стимула, при котором субъект может обнаруживать присутствие стимула в некоторой части времени (уровень p 50% часто бывает используемый). Примером абсолютного порога является количество волос на тыльной стороне ладони, которых необходимо коснуться, прежде чем его можно будет почувствовать - участник может не почувствовать прикосновения к одному волосу, но может почувствовать два или три как это превышает порог. Абсолютный порог также часто называют порогом обнаружения. Для измерения абсолютных пороговых значений используется несколько различных методов (как и в случае порогов дискриминации; см. Ниже).
Порог различия (или едва заметное различие, JND) - это величина наименьшего различия между двумя стимулами разной интенсивности, которое участник может определить некоторую долю времени (процент зависит от типа задачи). Для проверки этого порога используется несколько различных методов. Испытуемого могут попросить отрегулировать один стимул до тех пор, пока он не будет восприниматься как тот же самый, что и другой (метод регулировки), можно попросить описать направление и величину разницы между двумя стимулами, или его могут попросить решить, насколько интенсивны пара стимулов совпадают или нет (принудительный выбор). Просто заметная разница (JND) не является фиксированной величиной; скорее, это зависит от того, насколько интенсивны измеряемые стимулы и конкретное чувство, которое измеряется. Закон Вебера гласит, что едва заметная разница между стимулами является постоянной пропорцией, несмотря на вариации в интенсивности.
В экспериментах по распознаванию экспериментатор пытается определить, в какой точке можно обнаружить разницу между двумя стимулами, например, двумя гирями или двумя звуками. Субъекту предъявляют один стимул, например вес, и просят сказать, тяжелее или легче другой вес (в некоторых экспериментах субъект может также сказать, что эти два веса одинаковые). В точке субъективного равенства (PSE) субъект воспринимает два веса как одинаковые. Просто заметная разница, или разница между ними (DL), - это величина различия в стимулах, которую испытуемый замечает в некоторой пропорции p времени (50% обычно используется для p в задаче сравнения). Кроме того, парадигма двухальтернативного принудительного выбора (2-afc) может использоваться для оценки точки, в которой производительность сводится к случайности при различении двух альтернатив (тогда p обычно будет 75%, поскольку p = 50% соответствует шансу в задаче 2-afc).
Абсолютный и разностный пороги иногда в принципе считаются одинаковыми, потому что всегда есть фоновый шум, мешающий нашей способности обнаруживать стимулы.
В психофизике эксперименты стремятся определить может ли субъект обнаружить стимул, идентифицировать его, отличить его от другого стимула или описать величину или характер этой разницы. Обзор программного обеспечения для психофизических экспериментов представлен Страсбургером.
Психофизические эксперименты традиционно использовали три метода для тестирования восприятия субъектов в экспериментах по обнаружению стимулов и обнаружению различий: метод пределов, метод метод постоянных стимулов и метод корректировки.
В восходящем методе ограничений некоторые свойства стимула начинаются на настолько низком уровне, что стимул не может быть обнаружен, затем этот уровень постепенно повышается, пока участник не сообщит, что он знает об этом. Например, если в эксперименте проверяется минимальная амплитуда звука, который может быть обнаружен, звук начинает звучать слишком тихо, чтобы его можно было воспринимать, и постепенно становится громче. В нисходящем методе пределов это наоборот. В каждом случае порог считается уровнем свойства стимула, на котором стимулы только что обнаруживаются.
В экспериментах методы возрастания и убывания используются поочередно, а пороговые значения усредняются. Возможным недостатком этих методов является то, что субъект может привыкнуть сообщать о том, что он воспринимает стимул, и может продолжать сообщать таким же образом даже после порогового значения (ошибка привыкания ). И наоборот, субъект может также предвидеть, что стимул вот-вот станет обнаруживаемым или необнаружимым, и может сделать преждевременное суждение (ошибка предвидения).
Чтобы избежать этих потенциальных ловушек, Георг фон Бекеси ввел лестничную процедуру в 1960 году в своем исследовании слухового восприятия. В этом методе звук вначале становится слышимым и становится тише после каждого ответа субъекта, пока субъект не сообщит, что слышал его. В этот момент звук становится громче на каждом шаге, пока субъект не сообщит, что слышит его, после чего он снова становится тише на ступеньках. Таким образом, экспериментатор может «обнулить» порог.
Вместо представления в порядке возрастания или убывания в методе постоянных стимулов уровни определенные свойства стимула не связаны от одного испытания к другому, а предъявляются случайным образом. Это не позволяет субъекту предсказать уровень следующего стимула и, следовательно, уменьшает ошибки привыкания и ожидания. В случае «абсолютных пороговых значений» субъект снова сообщает, могут ли они обнаружить стимул. Для «разностных порогов» должен быть постоянный стимул сравнения с каждым из различных уровней. Фридрих Гегельмайер описал метод постоянных раздражителей в статье 1852 года. Этот метод позволяет выполнить полную выборку психометрической функции, но может привести к большому количеству испытаний, когда несколько условий чередуются.
В методе настройки субъекту предлагается контролировать уровень стимула и изменять его до тех пор, пока он не станет едва заметным на фоне фонового шума, или такой же, как уровень другого стимула. Регулировка повторяется много раз. Это также называется методом средней ошибки. В этом методе наблюдатели сами контролируют величину переменного стимула, начиная с уровня, который явно больше или меньше стандартного, и изменяют его до тех пор, пока не будут удовлетворены субъективным равенством этих двух факторов. Разница между переменным стимулом и стандартным регистрируется после каждой корректировки, а ошибка заносится в таблицу для значительных серий. В конце рассчитывается среднее значение, дающее среднюю ошибку, которую можно принять как меру чувствительности.
Классические методы экспериментирования часто называют неэффективными. Это связано с тем, что до тестирования психометрический порог обычно неизвестен, и большая часть данных собирается в точках на психометрической функции, которые предоставляют мало информации об интересующем параметре, обычно это порог. Можно использовать процедуры адаптивной лестницы (или классический метод настройки), при котором точки выборки группируются вокруг психометрического порога. Точки данных также могут быть разбросаны в несколько более широком диапазоне, если наклон психометрической функции также представляет интерес. Таким образом, адаптивные методы могут быть оптимизированы для оценки только порога или и порога, и крутизны. Адаптивные методы подразделяются на лестничные (см. Ниже) и байесовские методы, или методы максимального правдоподобия. Методы лестницы полагаются только на предыдущий ответ, и их проще реализовать. Байесовские методы учитывают весь набор предыдущих пар «стимул-реакция» и, как правило, более устойчивы к упущениям во внимании. Практические примеры можно найти здесь.
Схема, показывающая конкретную процедуру лестницы: преобразованный метод вверх / вниз (правило 1 вверх / 2 вниз). До первого обращения (которым пренебрегают) используется простое правило вверх / вниз и больший размер шага. Лестницы обычно начинаются с стимула высокой интенсивности, который легко обнаружить. Затем интенсивность снижается до тех пор, пока наблюдатель не совершит ошибку, после чего лестница «разворачивается», а интенсивность увеличивается до тех пор, пока наблюдатель не отреагирует правильно, вызывая еще один поворот. Затем значения последнего из этих «разворотов» усредняются. Существует много различных типов лестничных процедур, использующих разные правила принятия решения и завершения. Размер шага, правила увеличения / уменьшения и распространение лежащей в основе психометрической функции диктуют, в какой точке психометрической функции они сходятся. Пороговые значения, полученные для лестниц, могут сильно колебаться, поэтому при их проектировании необходимо соблюдать осторожность. Было смоделировано множество различных алгоритмов лестниц и некоторые практические рекомендации, предложенные Гарсиа-Пересом.
Одной из наиболее распространенных конструкций лестниц (с фиксированными размерами ступеней) является лестница 1-вверх-N-вниз. Если участник делает правильный ответ N раз подряд, интенсивность стимула уменьшается на один шаг. Если участник дает неверный ответ, интенсивность стимула увеличивается на единицу. Порог оценивается по средней средней точке всех прогонов. Эта оценка асимптотически приближается к правильному порогу.
Байесовские процедуры и адаптивные процедуры максимального правдоподобия (ML) ведут себя, с точки зрения наблюдателя, аналогично лестничным процедурам. Однако выбор следующего уровня интенсивности работает по-другому: после каждого ответа наблюдателя из набора этой и всех предыдущих пар стимул / ответ рассчитывается вероятность того, где находится порог. Затем точка максимального правдоподобия выбирается как наилучшая оценка порогового значения, и следующий стимул представляется на этом уровне (поскольку решение на этом уровне добавит больше всего информации). В байесовской процедуре в расчет дополнительно включается априорная вероятность. По сравнению с лестничными процедурами, байесовские процедуры и процедуры машинного обучения требуют больше времени для реализации, но считаются более надежными. Хорошо известными процедурами такого рода являются Quest, ML-PEST и метод Концевича и Тайлера.
В прототипном случае людей просят присвоить числа пропорционально величине стимула. Эта психометрическая функция средних геометрических их чисел часто является степенным законом со стабильной воспроизводимой экспонентой. Хотя контексты могут изменять закон и показатель степени, это изменение также является стабильным и воспроизводимым. Вместо чисел могут использоваться другие сенсорные или когнитивные измерения для сопоставления стимула, и тогда метод становится «производством величины» или «сопоставлением кросс-модальности». Показатели этих измерений, найденные при оценке численной величины, предсказывают показатели, найденные при производстве величины. Оценка величины обычно находит более низкие показатели для психофизической функции, чем ответы с несколькими категориями, из-за ограниченного диапазона категориальных якорей, таких как те, которые используются Лайкертом в качестве элементов в шкалах отношений.
 | Викискладе есть медиафайлы, связанные с Психофизикой. |
