Психофизика
| Часть серии на |
| Психология |
|---|
 |
Психофизика количественно исследует взаимосвязь между физическими стимулами и ощущениями и восприятием, которые они создают. Психофизика была описана как «научное исследование связи между стимулом и ощущениями » [ 1 ] 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». [ 2 ]
Психофизика также относится к общему классу методов, которые могут быть применены для изучения системы восприятия . Современные приложения в значительной степени полагаются на пороговое измерение, [ 3 ] Идеальный анализ наблюдателя и теория обнаружения сигналов . [ 4 ]
Психофизика имеет широко распространенное и важное практическое применение. Например, в сфере обработки цифровых сигналов понимание психофизики руководствовалось разработкой моделей и методов сжатия потерь . Эти модели помогают объяснить, почему люди обычно воспринимают минимальную потерю качества сигнала, когда аудио и видеосигналы сжимаются с использованием методов потерь.
История
[ редактировать ]Многие из классических методов и теорий психофизики были сформулированы в 1860 году, когда Густав Теодор Фехнер в Лейпциге опубликовал элемент психофизика (элементы психофизики) . [ 5 ] Он придумал термин «психофизика», описывая исследования, предназначенные для того, чтобы связать физические стимулы с содержанием сознания, такого как ощущения (empfindungen) . Как физик и философ, Фехнер нацелился на разработку метода, который связан с вопросом с разумом, связывая общедоступный мир и личное впечатление о нем. Его идеи были вдохновлены экспериментальными результатами о чувстве осязания и света, полученном в начале 1830 -х годов немецким физиологом Эрнстом Генрихом Вебером в Лейпциге , [ 6 ] [ 7 ] В частности, те, кто находится на минимальной заметной разнице в интенсивности стимулов умеренной силы (просто заметная разница; JND), которую Вебер показал постоянной частью интенсивности эталона, и которую Фехнер назвал законом Вебера. Исходя из этого, Фехнер получил свою известную логарифмическую шкалу, теперь известную как шкала Фехнера . Работа Вебера и Фехнера сформировала одну из баз психологии как наука , а Вильгельм Вундт основал первую лабораторию психологических исследований в Лейпциге (Institut Für Experimentelle Psychologie). Работа Фехнера систематизировала интроспекционный подход (психология как наука о сознании), которая должна была бороться с поведенстным подходом, в котором даже словесные ответы столь же физическими, как и стимулы.
Работа Фехнера была изучена и расширена Чарльзом С. Пирсом , которому помогал его ученик Джозеф Джастроу , который вскоре стал выдающимся экспериментальным психологом. Пирс и Джастроу в значительной степени подтвердили эмпирические результаты Фехнера, но не все. В частности, классический эксперимент Peirce и Jastrow отклонил оценку Фехнера порога восприятия весов. В своем эксперименте Peirce и Jastrow фактически изобрели рандомизированные эксперименты: они случайным образом назначили добровольцев слепым , повторным измерениям дизайна для оценки их способности различать веса. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] На основании своих результатов они утверждали, что основные функции были непрерывными, и что нет порога, ниже которого будет не обнаружена разница в физической величине. Эксперимент Peirce вдохновил других исследователей в области психологии и образования, которые разработали исследовательскую традицию рандомизированных экспериментов в лабораториях и специализированных учебниках в 1900 -х годах. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]
Эксперименты Peirce -Jastrow были проведены в рамках применения Пейрса его программы прагматизма к восприятию человека ; Другие исследования рассмотрели восприятие света и т. Д. [ 12 ] Джастроу написал следующее краткое изложение: «Курсы мистера Пирса по логике дали мне мой первый реальный опыт интеллектуальной мышцы. Хотя я быстро отправился в лабораторию психологии, когда это было создано Стэнли Холл , именно Пирс дал мне мое первое обучение в Обработка психологической проблемы и в то же время стимулировала мою самооценку, повернув мне, а затем довольно невиновен в любых лабораторных привычках, с реальным исследованием. , я принял наблюдения. Установлен в моем окне, и когда , когда условия освещения были правильными Любой реестр в сознании не мог бы не менее влиять на суждение, само по себе мог быть постоянным мотивом, который побудил меня спустя годы провести книгу о подсознании ». Эта работа четко отличает наблюдаемое когнитивное действие от выражения сознания.
Современные подходы к сенсорному восприятию, такие как исследование зрения, слух или прикосновения, измеряют то, что вызывает суждение восприятия из стимула, часто откладывая вопрос, какие ощущения испытывают. Один ведущий метод основан на теории обнаружения сигналов , разработанный для случаев очень слабых стимулов. Однако субъективистский подход сохраняется среди тех, кто находится в традиции Стэнли Смита Стивенса (1906–1973). Стивенс возродил идею властного закона, предложенного исследователями 19-го века, в отличие от логарифмической функции Фехнера (ср. Закон Стивенса о власти ). Он также выступал за назначение чисел в соотношении к сильным сторонам стимулов, называемой оценкой величины. Стивенс добавил такие методы, как производство величины и соответствующее сопоставление. Он выступил против назначения сильных сторон стимулов к точкам на линии, которые помечены в порядок силы. Тем не менее, такой ответ остался популярным в прикладной психофизике. Такие макеты с несколькими категориями часто ошибаются Лайкерт масштабируется после вопросов, используемых Лайкертом для создания психометрических масштабов с несколькими элементами, например, семь фраз из «решительно согласны» через «категорически не согласен».
Омар Халефа [ 13 ] утверждал, что средневековый ученый Альхазен следует считать основателем психофизики. Хотя Аль-Хейтхэм сделал много субъективных отчетов, касающихся зрения, нет никаких доказательств того, что он использовал количественные психофизические методы, и такие утверждения были отвергнуты. [ 14 ] [ сомнительно - обсудить ]
Пороги
[ редактировать ]Психофизики обычно используют экспериментальные стимулы, которые могут быть объективно измерены, такие как чистые тона, варьирующиеся по интенсивности, или огни, различающиеся в яркости. Все канонические чувства были изучены: зрение , слух , прикосновение (включая кожу и кишечное восприятие ), вкус , запах и чувство времени . Независимо от сенсорной области, существует три основные области исследования: абсолютные пороги , пороговые значения дискриминации (например, просто новаторская разница ) и масштабирование .
Порог (или лиман ) - это точка интенсивности, при которой участник может просто обнаружить наличие стимула (абсолютный порог [ 15 ] ) или разница между двумя стимулами (порог разности [ 7 ] ) Стимулы с интенсивностью ниже этого порога не обнаруживаются и считаются подсознательными . Стимулы в значениях, близких к порогу, могут быть обнаружены в некоторых случаях; Следовательно, порог определяется как точка, в которой стимул или изменение стимула обнаруживается на определенной доле p испытаний.
Обнаружение
[ редактировать ]Абсолютным порогом является уровень интенсивности, при котором субъект может обнаружить наличие стимула определенной доли времени; Уровень P 50% обычно используется. [ 16 ] Например, рассмотрим абсолютный порог для тактильного ощущения на задней части руки. Участник может не почувствовать, как ни одна волоса касается, но может обнаружить прикосновение двух или трех волосков, так как это превышает порог. Абсолютный порог также часто называют порогом обнаружения . Различные методы используются для измерения абсолютных порогов, аналогичных тем, которые используются для порогов дискриминации (см. Ниже).
Дискриминация
[ редактировать ]Порог разницы (или просто новаторская разница , JND)-это величина наименьшей разницы между двумя стимулами различных интенсивности, которые участник может обнаружить определенную долю времени, при этом удельный процент в зависимости от задачи. Для проверки этого порога используются несколько методов. Например, субъекту можно попросить отрегулировать один стимул, пока он не воспринимается как идентичный другой (метод корректировки), чтобы описать направление и величину разницы между двумя стимулами или решить, интенсивности в паре стимулов являются одинаковыми или разными (принудительный выбор). Просто новаторская разница не является фиксированным количеством; Скорее, это варьируется в зависимости от интенсивности стимулов и тестируемого особого смысла. [ 17 ] В соответствии с законом Вебера , просто новаторская разница для любого стимула является постоянной пропорцией, независимо от вариаций интенсивности. [ 18 ]
В экспериментах по дискриминации экспериментатор стремится определить, в какой момент разница между двумя стимулами, такими как два веса или два звука, становится обнаруживаемой. Субъект представлен с одним стимулом, например, весом, и его просят сказать, является ли другой вес тяжелее или легче. В некоторых экспериментах субъект может также указывать на то, что два веса одинаковы. В точке субъективного равенства (PSE) субъект воспринимает оба веса как идентичные. Просто новой разницей, или разница в лимене (DL)-это величина разницы в стимулах, которую субъект замечает некоторую долю p того времени; Как правило, 50% используется для P в задаче сравнения. [ 19 ] Кроме того, парадигма двухлетнего выбора (2AFC) используется для оценки точки, в которой производительность снижается до шанса при различении между двумя альтернативами; Здесь P , как правило, 75%, так как уровень успеха 50% соответствует случайности в задаче 2AFC.
Абсолютные и различия пороговые значения иногда считаются одинаковыми в принципе, потому что фоновый шум всегда мешает нашей способности обнаруживать стимулы. [ 6 ] [ 20 ]
Эксперименты
[ редактировать ]В психофизике эксперименты стремятся определить, может ли субъект обнаружить стимул, идентифицировать его, дифференцировать его и другой стимул или описать величину или природу этого различия. [ 6 ] [ 7 ] Программное обеспечение для психофизических экспериментов рассмотрено Strasburger. [ 21 ]
Классические психофизические методы
[ редактировать ]Психофизические эксперименты традиционно использовали три метода для тестирования восприятия субъектов в экспериментах по обнаружению и обнаружению различий: метод ограничений, метод постоянных стимулов и метод адаптации. [ 22 ]
Метод ограничений
[ редактировать ]В восходящем методе ограничений некоторое свойство стимула начинается на столь низком уровне, что стимул не может быть обнаружен, тогда этот уровень постепенно увеличивается до тех пор, пока участники не сообщают, что они знают об этом. Например, если эксперимент проверяет минимальную амплитуду звука, которая может быть обнаружена, звук начинается слишком тихо, чтобы его воспринимали и становятся постепенно громче. В нисходящем методе ограничений это изменяется. В каждом случае порог считается уровнем свойства стимула, при котором стимулы только что обнаруживаются. [ 22 ]
В экспериментах восходящие и нисходящие методы используются попеременно, а пороговые значения усредняются. Возможным недостатком этих методов является то, что субъект может привыкнуть к сообщению, что они воспринимают стимул и могут продолжать сообщать так же, как и за пределы порога (ошибка привыкания ). И наоборот, субъект может также ожидать, что стимул собирается стать обнаруживаемым или не обнаруженным и может сделать преждевременное суждение (ошибка ожидания).
Чтобы избежать этих потенциальных подводных камней, Георг фон Бекеси представил процедуру лестницы в своем исследовании слухового восприятия . В этом методе звук начинается слышать и становится тише после каждого ответа субъекта, пока субъект не сообщит об этом. В этот момент звук становится все громче на каждом шаге, пока субъект не сообщает, что он слушает его, после чего он снова станет тише. Таким образом, экспериментатор может «нулевать» на пороге. [ 22 ]
Метод постоянных стимулов
[ редактировать ]Вместо того, чтобы быть представленным в восходящем или нисходящем порядке, в методе постоянных стимулов уровни определенного свойства стимула не связаны с одного исследования к другому, но представлены случайным образом. Это мешает субъекту возможность предсказать уровень следующего стимула и, следовательно, уменьшает ошибки привыкания и ожидания. Для «абсолютных порогов» снова субъект сообщает, могут ли они обнаружить стимул. [ 22 ] Для «разного пороговых значений» должен быть постоянный стимул сравнения с каждым из различных уровней. Фридрих Хегельмайер описал метод постоянных стимулов в статье 1852 года. [ 23 ] Этот метод обеспечивает полную выборку психометрической функции , но может привести к множеству испытаний, когда несколько условий будут чередованы.
Метод корректировки
[ редактировать ]В методе корректировки субъекту просят контролировать уровень стимула и изменить его, пока он едва не обнаруживается против фонового шума или такой же, как и уровень другого стимула. Регулировка повторяется много раз. Это также называется методом средней ошибки . [ 22 ] В этом методе наблюдатели сами контролируют величину переменного стимула, начиная с уровня, который явно больше или меньше, чем стандартный, и варьируют его, пока они не будут удовлетворены субъективным равенством двух. Разница между переменными стимулами и стандартным одним из них записывается после каждой регулировки, и ошибка сведена в таблицу для значительной серии. В конце концов, среднее значение рассчитывается, давая среднюю ошибку, которая может быть принята как мера чувствительности.
Адаптивные психофизические методы
[ редактировать ]Классические методы экспериментов часто утверждаются неэффективными. Это связано с тем, что до тестирования психометрический порог обычно неизвестен, и большинство данных собираются в точках психометрической функции , которая предоставляет небольшую информацию о интересующем параметре, обычно пороге. Можно использовать адаптивные процедуры лестниц (или классический метод корректировки), так что выбранные точки сгруппированы вокруг психометрического порога. Точки данных также могут быть распространены в немного более широком диапазоне, если наклон психометрической функции также представляет интерес. Таким образом, адаптивные методы могут быть оптимизированы для оценки только порога, или как порога, так и наклона. Адаптивные методы классифицируются на процедуры лестниц (см. Ниже) и байесовские или максимальные результаты, методы. Методы лестниц полагаются только на предыдущий ответ, и их легче реализовать. Байесовские методы принимают во внимание целый набор предыдущих пар стимула-ответа и, как правило, более надежны против упущений в внимании. [ 24 ] Практические примеры найдены здесь. [ 21 ]
РАСПОЛОЖЕНИЯ ПРОЦЕДУРЫ
[ редактировать ]
Лестницы обычно начинаются со стимула высокой интенсивности, который легко обнаружить. Затем интенсивность уменьшается до тех пор, пока наблюдатель не совершит ошибку, после чего лестница «меняется», а интенсивность увеличивается до тех пор, пока наблюдатель не ответит правильно, что запускает другое изменение. Значения для последних этих «изменений» затем усредняются. Существует много разных типов процедур лестниц, использующих различные правила принятия решений и прекращения. Размер шага, правила вверх/вниз и распространение базовой психометрической функции определяют, где на психометрической функции они сходятся. [ 24 ] Пороговые значения, полученные на лестнице, могут сильно колебаться, поэтому при их дизайне необходимо заботиться. Многие различные алгоритмы лестниц были смоделированы, и некоторые практические рекомендации, предложенные Гарсиа-Пересом. [ 25 ]
Одним из наиболее распространенных дизайнов лестниц (с фиксированными размерами) является лестница 1-в-вузанту. Если участник делает правильный ответ и время подряд, интенсивность стимула уменьшается на один шаг. Если участник делает неправильный ответ, интенсивность стимула увеличивается на один размер. Порог оценивается по средней точке всех прогонов. Эта оценка подходит, асимптотически, правильный порог.
Байесовские и максимальные процедуры правдоподобия
[ редактировать ]Байесовские и максимально-правдоподобные (ML) адаптивные процедуры ведут себя ведут с точки зрения наблюдателя, аналогичные процедурам лестницы. Однако выбор следующего уровня интенсивности работает по -разному: после каждого ответа наблюдателя, из набора этого и всех предыдущих пар стимула/ответа, вероятность рассчитывается, где находится порог. Точка максимальной вероятности выбирается в качестве лучшей оценки порога, а следующий стимул представлен на этом уровне (поскольку решение на этом уровне добавит наибольшую информацию). В байесовской процедуре предыдущая вероятность дополнительно включена в расчет. [ 24 ] По сравнению с процедурами лестниц, байесовские и ML-процедуры более много времени требуют реализации, но считаются более надежными. Известные процедуры такого рода-квест, [ 26 ] ML-Pest, [ 27 ] и метод Kontsevich & Tyler. [ 28 ]
Оценка величины
[ редактировать ]В прототипическом случае людей просят назначить числа пропорционально величине стимула. Эта психометрическая функция геометрических средств их числа часто является властным законом с стабильным, воспроизводимым показателем. Хотя контексты могут изменить закон и показатель, это изменение также стабильно и воспроизводится. Вместо чисел, другие сенсорные или когнитивные измерения могут использоваться для соответствия стимулу, а затем метод становится «производством величины» или «сопоставлением между модальностью». Экспоненты этих измерений, обнаруженных в оценке численной величины, предсказывают показатели, обнаруженные в производстве величины. Оценка величины, как правило, находит более низкие показатели психофизической функции, чем ответы с несколькими категориями, из-за ограниченного диапазона категориальных якорей, таких как те, которые используются Лайкертом в качестве элементов в масштабах отношения. [ 29 ]
Смотрите также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Gescheider G (1997). Психофизика: фундаментальные (3 -е изд.). Doi : 10.4324/978020374458 . ISBN 978-0-8058-2281-6 Полем S2CID 241358787 .
- ^ Брюс В., Грин П.Р., Жоржсон М.А. (1996). Визуальное восприятие (3 -е изд.). Психология пресса.
- ^ Бофф К.Р.; Кауфман Л; Thomas JP, eds. (1986). Справочник по восприятию и человеческим показателям: вып. I. Сенсорные процессы и восприятие . Нью -Йорк: Джон Уайли.
- ^ Gescheider G (1997). «Глава 5: Теория обнаружения сигнала». Психофизика: основы (3 -е изд.). Лоуренс Эрлбаум Ассоциации. ISBN 978-0-8058-2281-6 .
- ^ Густав Теодор Фехнер (1860). Элементы психофизики (элементы психофизики) .
- ^ Jump up to: а беременный в Snodgrass JG. 1975. Психофизика. В кн.: Экспериментальная сенсорная психология . Б Шарф. (Ред.) С. 17–67.
- ^ Jump up to: а беременный в Gescheider G (1997). «Глава 1: Психофизическое измерение порогов: дифференциальная чувствительность». Психофизика: основы (3 -е изд.). Лоуренс Эрлбаум Ассоциации. ISBN 978-0-8058-2281-6 .
- ^ Jump up to: а беременный Чарльз Сандерс Пирс и Джозеф Джастроу (1885). «О небольших различиях в ощущении» . Мемуары Национальной академии наук . 3 : 73–83.
- ^ Jump up to: а беременный Взлом, Ян (сентябрь 1988 г.). «Телепатия: происхождение рандомизации в экспериментальном дизайне». ИГИЛ . 79 (3, «Специальный выпуск об артефакте и эксперименте»): 427–451. doi : 10.1086/354775 . JSTOR 234674 . MR 1013489 . S2CID 52201011 .
- ^ Jump up to: а беременный Стивен М. Стиглер (ноябрь 1992 г.). «Исторический взгляд на статистические концепции в области психологии и образовательных исследований». Американский журнал образования . 101 (1): 60–70. doi : 10.1086/444032 . S2CID 143685203 .
- ^ Jump up to: а беременный Trudy Dehue (декабрь 1997 г.). «Обман, эффективность и случайные группы: психология и постепенное происхождение дизайна случайной группы» (PDF) . ИГИЛ . 88 (4): 653–673. doi : 10.1086/383850 . PMID 9519574 . S2CID 23526321 .
- ^ Джозеф Ястроу (21 декабря 1916 г.). «Чарльз С. Пирс как учитель» . Журнал философии, психологии и научных методов . 13 (26): 723–726. doi : 10.2307/2012322 . JSTOR 2012322 . и текстовый поиск
- ^ Омар Халифа (1999). «Кто является основателем психофизики и экспериментальной психологии?». Американский журнал исламских социальных наук . 16 (2).
- ^ Aaen-Stockdale, CR (2008). «Ибн аль-Хейтхам и психофизика». Восприятие . 37 (4): 636–638. doi : 10.1068/p5940 . PMID 18546671 . S2CID 43532965 .
- ^ Gescheider G (1997). «Глава 2: Психофизическое измерение порогов: абсолютная чувствительность». Психофизика: основы (3 -е изд.). Лоуренс Эрлбаум Ассоциации. ISBN 978-0-8058-2281-6 .
- ^ Джон Кранц. «Испытывать ощущение и восприятие» архив 2017-11-17 на машине Wayback . С. 2.3–2.4. Получено 29 мая 2012 года.
- ^ Schacter, Daniel L.; Гилберт, Даниэль Т.; Wegner, Daniel M. (2010). Психология (2 -е изд.)
- ^ Густав Теодор Фехнер (1860). Элементы психофизики (элементы психофизики), гл. IX: Закон Вебера.
- ^ Психология: наука о поведении . 4 -е изд. Нил Р. Карлсон, С. Дональд Хет
- ^ Gescheider G (1997). «Глава 4: Классическая психофизическая теория». Психофизика: основы (3 -е изд.). Лоуренс Эрлбаум Ассоциации. ISBN 978-0-8058-2281-6 .
- ^ Jump up to: а беременный Strasburger H (1995–2020). Программное обеспечение для визуальной психофизики: обзор. VisionScience.com
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Gescheider G (1997). «Глава 3: Классические психофизические методы». Психофизика: основы (3 -е изд.). Лоуренс Эрлбаум Ассоциации. ISBN 978-0-8058-2281-6 .
- ^ Ламинг, Дональд; Джанет Ламинг (1992). "F. Hegelmaier: В памяти для длины линии". Психологические исследования . 54 (4): 233–239. doi : 10.1007/bf01358261 . ISSN 0340-0727 . PMID 1494608 . S2CID 6965887 .
- ^ Jump up to: а беременный в Treutwein, Bernhard (сентябрь 1995 г.). «Адаптивные психофизические процедуры» . Видение исследования . 35 (17): 2503–2522. doi : 10.1016/0042-6989 (95) 00016-х . PMID 8594817 . S2CID 10550300 .
- ^ Гарсия-Перес, М.А. (1998). «Лестницы принудительного выбора с фиксированными размерами шага: асимптотические и свойства малой выборки» . Vision Res . 38 (12): 1861–81. doi : 10.1016/s0042-6989 (97) 00340-4 . PMID 9797963 . S2CID 18832392 .
- ^ Уотсон, Эндрю Б.; Пелли, Денис Г. (март 1983 г.). «Квест: байесовский адаптивный психометрический метод» . Восприятие и психофизика . 33 (2): 113–120. doi : 10.3758/bf03202828 . PMID 6844102 .
- ^ Харви, Льюис О. (ноябрь 1986 г.). «Эффективная оценка сенсорных порогов» . Методы исследования поведения, инструменты и компьютеры . 18 (6): 623–632. doi : 10.3758/bf03201438 .
- ^ Kontsevich, Leonid L.; Тайлер, Кристофер В. (август 1999 г.). «Байесовская адаптивная оценка психометрического склона и порога» . Видение исследования . 39 (16): 2729–2737. doi : 10.1016/s0042-6989 (98) 00285-5 . PMID 10492833 . S2CID 8464834 .
- ^ Стивенс, SS (1957). «О психофизическом законе». Психологический обзор . 64 (3): 153–181. doi : 10.1037/h0046162 . PMID 13441853 .
Ссылки
[ редактировать ]- Steingrimsson, R.; Люс, Р.Д. (2006). «Эмпирическая оценка модели глобальных психофизических суждений: iii. Форма для психофизической функции и фильтрации интенсивности». Журнал математической психологии . 50 : 15–29. doi : 10.1016/j.jmp.2005.11.005 .
- Королевство, Фредерик А.А.; Prins, Nicolaas (2016). Психофизика - практическое введение (2 изд.). Elsevier. ISBN 9780124071568 Полем Получено 1 августа 2023 года .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Свяжите немецкий веб -сайт о диссертационном проекте с анимацией о методе лестницы (метод Transformed Up/Down Staricase)
