Bases de la experimentacin Psicofsica

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Bases de la experimentación Psicofísica
Dr. Alejandro Maiche Alejandro.Maiche_at_uab.es

• Laboratori de Percepció
• http//psicol93.uab.es/visio
• Àrea de Psicologia Bàsica
• Psicologia Bàsica, Evolutiva i de l'Educació

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Ideas Iniciales
Los psicólogos, etólogos y/o neurocientíficos se
encuentran ante un problema de difícil
solución Pretenden comprender (y medir) las
actividades mentales (internas) de los seres
humanos, a partir de los comportamientos
producidos por éstos. Éste ha sido el objetivo de
la PSICOFÍSICA desde el siglo XVIII.
El propósito de la ciencia Psicofísica es el de
entender y describir la relación existente entre
los estímulos físicos y las conductas observables
(y medibles) de los sujetos humanos y no humanos
(psicofísica animal).
Nacimiento de la Psicofísica
Fechner buscaba una función matemática que
relacionase la intensidad del estímulo (I) con la
Sensación (S).
Por esta razón, los historiadores (Boring, 1950)
consideran a La Psicofísica como la primera rama
de la Psicología de carácter científico
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La medición es una característica básica del
conocimiento científico y, en este sentido,
constituyó todo un desafío el plantearse aplicar
medidas a los procesos mentales. Muchos debates
prosiguieron a esta idea inicialmente planteada
por Fechner. La mayoría de los argumentos
contrarios provenían de los filósofos
espiritualistas como Bergson (1859-1941). No
discutiremos aquí estas ideas sino que nos
concentraremos en presentar y evaluar las
técnicas y modelos propios de la Psicofísica
basados en la firme creencia que  la mejor
manera de probar que existe el movimiento es
simplemente empezando a caminar.
La Psicofísica mide la relación entre los cambios
objetivos (físicos) del estímulo y los cambios
subjetivos que generan dichos estímulos en la
sensación.
Medir es básicamente atribuir números a objetos o
eventos siguiendo reglas que permitan que las
propiedades de los objetos y/o eventos puedan ser
representadas por las propiedades de los números.
De manera mas general, no tenemos porqué usar
números necesariamente sino, en cualquier caso,
relaciones matemáticas. En este sentido,
clasificar objetos en categorías separadas es un
primer paso necesario de cualquier medida.
Problema metodológico fundamental
Cómo podemos acceder (y medir) la Intensidad de
los procesos mentales? (La sensación)
Internos, privados, subjetivos
La solución tiene que ser alguna clase de método
indirecto
22/10/1850 El incremento de la actividad mental
sólo puede ser expresado en términos del
incremento de energía física que la causó (JND)
Mundo FísicoV. independiente
Mundo MentalV. dependiente
La comida puede estar dulce?
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En definitiva
La psicofísica (y la psicología!) no difiere
demasiado de otras ciencias. Estudiamos
comportamientos, es decir, respuestas abiertas
producidas por sujetos humanos (y no
humanos).Nuestro material básico está compuesto
por dos variables observables los estímulos y
las respuestas. R f(E)

• La psicofísica se centra principalmente en el
  estudio de las funciones sensoriales, aunque
  también se ha utilizado para el estudio de otras
  funciones como la memoria (cf. in Kaernbach,
  Schröger Müller,2004). En este sentido, sus
  métodos se utilizan básicamente para
• Definir los límites de funcionamiento de un
  sistema sensorial determinado Umbral de
  detección.
• Medir las capacidades del sistema de diferenciar
  (discriminar) entre dos valores de intensidad
  próximos del estímulo umbral diferencial.
• evaluar separadamente dos (al menos) de los
  componentes de las respuestas uno referido a la
  sensibilidad y el otro relativo a factores
  cognitivos como el criterio de respuesta. Los
  modelos de detección de señales son presentados
  como complementos necesarios a los métodos de
  medición del umbral.
• Entender lo que sucede a nivel supra-umbral.
  Éstas características de un sistema sensorial no
  pueden ser inferidas simplemente a partir de los
  datos sobre el umbral. En este sentido, se
  desarrollan otros métodos como por ejemplo el uso
  de los métodos de tiempo de reacción.

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Medidas de umbral
La variabilidad es una característica básica de
todo sistema biológico y aún mas de los sistemas
mentales. Las técnicas experimentales
desarrolladas para medir umbrales se basan en
esta premisa y utilizan explícitamente (o no)
modelos estadísticos (p.e. distribuciones de
respuestas). Los índices obtenidos (por ejemplo,
el valor del umbral) son necesariamente el valor
mas probable de estas distribuciones.
Un umbral de detección es el límite (limen) entre
intensidades percibidas y no percibidas de un
estímulo. Si los sistemas fueran deterministas,
sin fluctuaciones, este límite correspondería a
un único valor como el descrito en la curva
marrón (i.e un cambio rápido de la no detección
a la detección). Sin embargo, los sistemas
sensoriales no son deterministas. Su actividad
varia de forma mas o menos aleatoria en el
tiempo. Por tanto, las probabilidades de
detección de las intensidades de un estímulo
aparecen como una función sigmoide de estas
intensidades (curva azul). En consecuencia, un
umbral se define como el valor más probable de
esta distribución (su media, por ejemplo). Para
medir un umbral, o más precisamente para
estimarlo, necesitamos obtener una distribución
de respuestas. Existen diferentes métodos para
estimar un umbral, pero solo unos pocos son
relevantes a la hora de obtener la distribución
de respuestas.
Umbral
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Fechner definió un programa de investigación que
lo llevó a recoger este tipo de datos sobre
levantamiento de pesos, estimación de brillo,
estimación de distancias (y otros experimentos)
por más de 10 años. En 1860, Diez años mas tarde
de que surgiera la idea inicial, aparecería
publicado su libro   Elemente der Psychophysik 
que contiene la mayoría de los resultados
empíricos obtenidos
Un punto cero UMBRAL ABS.
Como en cualquier medición se necesita
Una unidad de medida JND

• Umbral absoluto
• La intensidad de estimulación necesaria para
  producir sensación el 50 de las veces

METODOS PSICOFÍSICOS
Cómo medirían un umbral absoluto?
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Método de Ajuste El sujeto debe ajustar la
intensidad del estímulo hasta el límite de su
detección. Se hacen varias medidas alternando los
puntos de partida de series ascendentes y
descendentes.

• El método de ajuste...
• La estimulación utilizada es de carácter continuo
• La variación de la intensidad se hace
  ordenadamente (de a o de a )
• El observador es el que ajusta la intensidad
  del estímulo hasta que es difícilmente
  detectable.
• Se calcula la media de los valores finales (donde
  se deja de percibir o donde se empieza a percibir)

Posibles resultados obtenidos en la medición de
un umbral a través del método de ajuste. Los
números inferiores y superiores indican el valor
inicial del estímulo. Las flechas indican el
sentido de la variación y los valores en rojo el
valor en donde el sujeto detiene el ajuste. La
media de estos valores determinan el valor del
UMBRAL
Ventaja Método muy rápido. Desventaja El
umbral es generalmente sobreestimado. No existe
posibilidad real de obtener una función
psicométrica.
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Método de los límites  Se presentan
intensidades del estímulo en orden ascendente (?)
y descendente (?) alternativamente. Cada série
finaliza cuando se alcanza un tipo de respuestas
(un criterio determinado previamente). En el
presente ejemplo la série acaba después del
primera inversión de respuesta
Ventaja El método es rápido y generalmente
muestra una buena consistencia de respuestas
dentro de una misma serie. Es útil para estimar
la región del umbral antes de usar el método
constante. Desventaja histéresis (i.e.
diferencia sistemática entre umbrales ascendentes
y descendentes. Hace imposible reconstruir una
función psicométrica válida)
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Ejemplo de la medición del umbral absoluto de
contraste mediante el método de los límites

• Se pregunta al sujeto si percibe o no el
  estímulo y se prolonga la participación hasta que
  el estímulo provoca una inversión de respuesta
• Se presentan series ascendentes y descendentes
  en las que la duración de cada estímulo es
  idéntica y los intervalos entre estímulo y
  estímulo también

Serie descendente
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El método de los estímulos constantes... (Un
experimento posible)
Peso Estándar (apariencia neutra) (siempre se
levanta primero)
Estímulos de comparación (ej apariencia de ser
de plomo) (siempre se levanta en segundo término)
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Método constante Es el segundo más pesado que
el primero? Ejemplo de resultados 1 Si, 0
No. Se presentan 5 intensidades, 10 veces cada
una en series de orden aleatorio.
Total Si 1
3 4
7 8
10
Total No 9
7 6
3 2
0
PORCENTAJE (SI) 10 30
40 70
80 100
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Proporción de respuestas Comparación gt Estándar
Probabilidad de responder que el segundo
(comparación) es más pesado que el primero
PIS
Punto de Igualación Subjetiva
99kg
Ventaja Este método es el más directamente
relacionado con el modelo estadístico subyacente.
Permite estimar los parámetros de la función
psicométrica de manera válida. Desventaja El
método requiere un gran número de ensayos para
poder obtener resultados estables
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Métodos adaptativos Se presentan los diferentes
niveles del estímulo de manera sucesiva
dependiendo de las respuestas emitidas por los
sujetos en los ensayos precedentes. Existe una
gran variedad de este tipo de métodos dependiendo
de las reglas experimentales que se utilicen. -
Método de la escalera Este método es una
variación del método de los límites. Consiste en
presentar sucesivamente series ascendentes y
descendentes. El sentido de la serie se invierte
cuando el sujeto invierte su respuesta.
Ventaja Economía mayor número de respuestas en
la zona del umbral que en otras
zonas. Desventaja Método muy costoso
temporalmente (difícil entrenamiento)
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Algunas ideas fundamentales del pensamiento
psicofísico...

• La ambición de la psicofísica es medir la
  sensación.
• En general, la sensación aumenta con la
  intensidad del estimulo
• Los métodos psicofísicos se utilizan para
  investigar la relación entre la información que
  llega a los sistemas sensoriales y la experiencia
  subjetiva que dicha información provoca
  (sensación). Por ejemplo la relación entre la
  luminancia y el brillo percibido o entre el
  tiempo físico y la duración percibida de un
  evento.

• Sin embargo, no podemos medir directamente la
  sensación sino la respuesta de los sujetos.
• Medimos la respuesta del sujeto...Observamos los
  cambios en dicha respuesta y ajustamos una función

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Leyes Psicofísicas

• Ley de Weber (1795-1878)
• Estudia la discriminación de la intensidad física
• Es el primero en darse cuenta de que
• Para que el sujeto note un cambio de sensación
  el
• estímulo físico aumentar una cantidad
  proporcional
• a su magnitud original

• Ley de Fechner (1801-1887)
• Propone una función general que relaciona la
  intensidad del ESTIMULO con la SENSACIÓN
• Ley de Stevens
• ...otras....

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Ley de Weber

• El umbral de discriminación aumenta cuando
  aumenta la intensidad del estimulo estándar. La
  JND varía!!!
• Según la ley de Weber el umbral de discriminación
  es proporcional al valor del estimulo

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Ley de Fechner
? Cómo es la relación entre éstas dos magnitudes
continuas?
S
I

• SOLUCIÓN El umbral diferencial (JND) como unidad
  de medida psíquica.
• Si las jnd son subjetivamente iguales y el
  estímulo cuya intensidad (Io) no provoca
  sensación (umbral absoluto) representa al 0 de la
  sensación, podemos construir una función que
  relacione la I con la S. Función Psicométrica

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Ley de Fechner

• La sensación aumenta con el logaritmo de la
  intensidad física

• Porque una función logarítmica para modelar la
  Sensación?
• Permite un dominio físico bastante extenso (luz
  y sonido, por ejemplo)
• Cuando la intensidad del estímulo es muy alta,
  la sensación se satura

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Medir en PsicologíaTareas para la medición de
la Sensación

• Hasta ahora nos hemos basado en tareas que
  esperan una respuesta afirmativa o negativa del
  sujeto . Estos tipos de tarea trabajan sobre un
  nivel alto de elaboración de la respuesta en el
  cerebro. Las preguntas que plantean al sujeto
  pueden ser
• Tareas de detección Esta o no está el objeto?
• Tareas de discriminación (2AFC o 3AFC) Es mas
  pesado el segundo?
• Tareas de categorización son animales o
  vegetales?
• Tareas de estimación Cuántos segundos duró esa
  imagen?
• Sin embargo, existe otro tipo de tareas que
  permiten enfocar la mirada a un nivel más bajo
  de elaboración de la respuesta y cuyos resultados
  determinan un mayor gradiente de posibilidades
• Tareas de tiempo de reacción Aprete la tecla lo
  antes posible

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El Tiempo en Psicología
Distintas vertientes del Tiempo son campo de
estudio de la Psicología
El intervalo de tiempo que transcurre entre la
finalización (?) de un estímulo y el inicio de
una respuesta (Pachella, 1974)
TIEMPO DE REACCIÓN
TR
Tiempo
Qué sucede en este tiempo?
El TR representa la suma de sucesivas etapas en
el recorrido neuronal de la información que va
desde el receptor a la respuesta. (sensorial,
discriminación, decisional y motriz)
? (Latencias)
Miller and Low (2001)
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Whats RT telling us about information processing?
One primary thing is that.

• THINKING takes time

How long does it take to make the simplest
decision?
The Dutch physiologist, Franciscus Cornelis
Donders, was a pioneer to measure "thinking time
(Donders, 1868/1969).
Donders (1868/1969, pag 418) It appeared
that the mental action interposed in this manner
required 1/15 of a second
If the time needed to respond to a stimulus is
longer when more than one response is possible,
then

• We must be able to distinguish different stages
  of information processing

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Which stages might be involved in the process of
building up a behavioural response?

• From Donders, we know that information is
  processed through different stages before a
  response appears (assuming serial processing)

Processing Stages
Sensorial Discrimination Decisional Motor
Miller and Low (2001) motor time was the same in
all types of reaction time tasks
Perceptual discrimination (even in Simple
Reaction Time Tasks)

• For the sake of simplicity 2 main stages can be
  distinguished (labeled differently)

• Sensorial Decisional
• Low-level encoding Higher-level aspects
• Sensorial Cognitive aspects
• Early perceptual Decision

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Cuánto tiempo tardamos en tomar una decisión?
(1868) Donders mide el tiempo que lleva una
decisión. La complejidad del procesamiento
aumenta el TR. El TR puede mostrar la suma de los
tiempos empleados por distintas actividades
mentales.
El TR es capaz de aportar información sobre los
procesos psicológicos TR T.sensorial
T.discriminación T.decisional T.motriz

• TR medio a la detección visual
  (TR1)
• Sólo la decisión implica....
  (TR2 TR3)
• La discriminación implica....
  (TR3 TR1)

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Do we have any idea about where these stages
occur?

• Experiments on monkeys can tell us something
  about it (Thorpe Thorpe (2001).

Plausible path between the retina and the muscles
of the hand during a categorization task
Monkeys can categorize complex stimuli very
quickly (RT around 250ms). The figure shows the
moment (in milliseconds) in which activity
appears after a flashing stimulus. The first
number is an estimate of the latency of the
earliest neuronal response and the second number
provides a more typical average latency.
Thorpe SJ, Fabre-Thorpe M. 2001. Neuroscience.
Seeking categories in the brain. Science 291
260-3.
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Psicofísica de los tiempos de Reacción
Ubicación Histórica
(1879)
(1860)
El primer estudiante americano del Laboratorio de
Wundt (James McKeen Cattell) propone una nueva
forma de medir la sensación generada por un
estímulo perfectamente discriminable EL TIEMPO
QUE LLEVA RESPONDER A LA PRESENCIA DEL ESTÏMULO
PUEDE SER UN INDICADOR DE SU FUERZA
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Concretamente...

• En 1886, Cattell publica resultados obtenidos en
  el laboratorio de Wundt sobre la variación del
  Tiempo de Reacción (TR) con la intensidad de una
  luz para dos sujetos.

• En 1902, Cattell propone dos principios que son
  fundacionales para el desarrollo de la
  Psicofísica de los TR
• Cuanto menor es la diferencia entre dos
  sensaciones, mayor es el Tiempo necesario para
  percibir esta diferencia
• Los estímulos que provocan la misma respuesta
  discriminativa, producirán iguales TR. Es decir,
  Si dos diferencias necesitan el mismo tiempo para
  ser discriminadas, entonces la discriminación es
  igualmente difícil y las diferencias son iguales
  para la conciencia.

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Estos principios y...
Los experimentos de Cattell mostraron que el TR
disminuye con el aumento de la Intensidad del
estímulo Piéron (1914) Formaliza esta Relación
entre I y TR, proponiendo lo que hoy conocemos
como Función de Piéron
La variación del TR con la intensidad refleja el
cambio en el procesamiento sensorial
Ley de Piéron

• ? parámetro de ajuste
• parámetro de sensibilidad (específico de cada
  modalidad)
• T0 tiempo de reacción asintótico (cambia con la
  modalidad sensorial)

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Tareas de discriminación de la dirección
La tarea de los sujetos consistía en indicar la
dirección del movimiento ante los estímulos. Se
miden los TR al inicio del movimiento.
SUJETOS 4 sujetos entrenados Sujeto P (25)
Sujeto A (29) Sujeto J (35) y Sujeto S (59)
5 velocidades 1 2 4 8 y 16º/seg. Y 5
orientaciones 0 22.5 45 67.5 y 90º ? 100
repeticiones 2500 ensayos por sujeto.
Primeros Resultados
Relación entre el TR y la velocidad El TR al
inicio del movimiento decrece con la velocidad
física describiendo una función de Piéron (1914)
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Algunas conclusiones sobre el TR

• El procesamiento lleva tiempo
• El tiempo que transcurre desde la aparición del
  estímulo hasta nuestra respuesta nos informa
  sobre nuestros procesos mentales.
• Podemos pensar a priori- que a mayor tiempo, más
  procesamiento
• Existen fases diferenciadas (aunque el
  procesamiento no sea necesariamente serial) en el
  procesamiento de la información de los humanos.