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.
1. Attrezzatura
2. Stimoli e progettazione di esperimenti
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
4. Analisi dei risultati
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.
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.
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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