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Psicofísica

La psicofísica es la rama de la psicología que investiga cuantitativamente la relación entre los estímulos físicos y las sensaciones y percepciones que producen. Se la ha descri...

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La psicofísica es la rama de la psicología que investiga cuantitativamente la relación entre los estímulos físicos y las sensaciones y percepciones que producen. Se la ha descrito como «el estudio científico de la relación entre estímulo y sensación » [ 1 ] o, de forma más completa, como «el análisis de los procesos perceptivos mediante el estudio del efecto que tiene sobre la experiencia o el comportamiento de un sujeto la variación sistemática de las propiedades de un estímulo a lo largo de una o más dimensiones físicas» [ 2 ] .

La psicofísica también se refiere a una clase general de métodos que pueden aplicarse para estudiar un sistema perceptivo . Las aplicaciones modernas se basan en gran medida en la medición de umbrales, [ 3 ] el análisis del observador ideal y la teoría de detección de señales . [ 4 ]

La psicofísica tiene aplicaciones prácticas importantes y de gran alcance. Por ejemplo, en el ámbito del procesamiento digital de señales , los conocimientos derivados de la psicofísica han guiado el desarrollo de modelos y métodos para la compresión con pérdida . Estos modelos ayudan a explicar por qué los humanos suelen percibir una pérdida mínima de calidad de la señal cuando las señales de audio y vídeo se comprimen mediante técnicas con pérdida.

Historia

Muchas de las técnicas y teorías clásicas de la psicofísica se formularon en 1860 cuando Gustav Theodor Fechner publicó en Leipzig Elemente der Psychophysik (Elementos de psicofísica) . [ 5 ] Acuñó el término «psicofísica», que describe la investigación destinada a relacionar los estímulos físicos con los contenidos de la conciencia, como las sensaciones (Empfindungen) . Como físico y filósofo, Fechner buscaba desarrollar un método que relacionara la materia con la mente, conectando el mundo observable públicamente con la impresión que una persona tiene de él en su experiencia privada. Sus ideas se inspiraron en los resultados experimentales sobre el sentido del tacto y la luz obtenidos a principios de la década de 1830 por el fisiólogo alemán Ernst Heinrich Weber en Leipzig , [ 6 ] [ 7 ] en particular aquellos sobre la diferencia mínima discernible en la intensidad de estímulos de fuerza moderada ( diferencia apenas perceptible o DAP), que Weber había demostrado que era una fracción constante de la intensidad de referencia, y que Fechner denominó ley de Weber. A partir de esto, Fechner derivó su conocida escala logarítmica, ahora conocida como escala de Fechner . El trabajo de Weber y Fechner constituyó una de las bases de la psicología como ciencia , con Wilhelm Wundt fundando el primer laboratorio de investigación psicológica en Leipzig (Institut für experimentelle Psychologie). El trabajo de Fechner sistematizó el enfoque introspectivo (la psicología como ciencia de la conciencia), que tuvo que lidiar con el enfoque conductista en el que incluso las respuestas verbales son tan físicas como los estímulos.

El trabajo de Fechner fue estudiado y ampliado por Charles S. Peirce , quien contó con la ayuda de su alumno Joseph Jastrow , quien pronto se convirtió en un distinguido psicólogo experimental por derecho propio. Peirce y Jastrow confirmaron en gran medida los hallazgos empíricos de Fechner, pero no todos. En particular, un experimento clásico de Peirce y Jastrow rechazó la estimación de Fechner sobre un umbral de percepción de pesos. En su experimento, Peirce y Jastrow inventaron los experimentos aleatorios: asignaron aleatoriamente a voluntarios a un diseño ciego de medidas repetidas para evaluar su capacidad de discriminar pesos. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] Con base en sus resultados, argumentaron que las funciones subyacentes eran continuas y que no existe un umbral por debajo del cual una diferencia en la magnitud física pasaría desapercibida. El experimento de Peirce inspiró a otros investigadores en psicología y educación, quienes desarrollaron una tradición de investigación de experimentos aleatorios en laboratorios y libros de texto especializados en el siglo XX. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

Los experimentos de Peirce-Jastrow se llevaron a cabo como parte de la aplicación que Peirce hizo de su programa de pragmatismo a la percepción humana ; Otros estudios consideraron la percepción de la luz, etc. [ 12 ] Jastrow escribió el siguiente resumen: «Los cursos de lógica del Sr. Peirce me dieron mi primera experiencia real de fuerza intelectual. Aunque me incorporé rápidamente al laboratorio de psicología cuando Stanley Hall lo estableció , fue Peirce quien me dio mi primera formación en el manejo de un problema psicológico y, al mismo tiempo, estimuló mi autoestima al confiarme, a mí, entonces bastante inexperto en hábitos de laboratorio, una investigación real. Me prestó el aparato, que llevé a mi habitación, lo instalé junto a mi ventana y con el cual, cuando las condiciones de iluminación eran adecuadas, tomé las observaciones. Los resultados se publicaron con nuestros nombres conjuntos en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias . La demostración de que rastros de efectos sensoriales demasiado leves para registrarse en la conciencia podían, sin embargo, influir en el juicio, puede haber sido un motivo persistente que me impulsó años después a emprender un libro sobre el subconsciente ». Esta obra distingue claramente el desempeño cognitivo observable de la expresión de la conciencia.

Los enfoques modernos de la percepción sensorial, como la investigación sobre la visión, el oído o el tacto, miden lo que el juicio del perceptor extrae del estímulo, a menudo dejando de lado la cuestión de qué sensaciones se experimentan. Un método destacado se basa en la teoría de detección de señales , desarrollada para casos de estímulos muy débiles. Sin embargo, el enfoque subjetivista persiste entre quienes siguen la tradición de Stanley Smith Stevens (1906-1973 ) . Stevens revivió la idea de una ley de potencias sugerida por investigadores del siglo XIX, en contraste con la función logarítmica lineal de Fechner (véase la ley de potencias de Stevens ). También abogó por la asignación de números en proporción a la intensidad de los estímulos, denominada estimación de magnitud. Stevens añadió técnicas como la producción de magnitud y la correspondencia intermodal. Se opuso a la asignación de intensidades de estímulos a puntos en una línea etiquetados en orden de intensidad. No obstante, este tipo de respuesta ha mantenido su popularidad en la psicofísica aplicada. Estos diseños de múltiples categorías a menudo se denominan erróneamente escalas Likert, en referencia a los ítems de preguntas que utiliza Likert para crear escalas psicométricas de múltiples ítems, por ejemplo, siete frases que van desde "totalmente de acuerdo" hasta "totalmente en desacuerdo".

Omar Khaleefa [ 13 ] ha argumentado que el científico medieval Alhazen debería ser considerado el fundador de la psicofísica. Si bien al-Haytham realizó numerosos informes subjetivos sobre la visión, no existe evidencia de que utilizara técnicas psicofísicas cuantitativas, y tales afirmaciones han sido refutadas. [ 14 ]

Umbrales

Los psicofísicos suelen emplear estímulos que pueden medirse objetivamente, como tonos puros de intensidad variable o luces de luminancia variable. Se han estudiado todos los sentidos canónicos: la vista , el oído , el tacto (incluida la percepción cutánea y entérica ), el gusto , el olfato y la percepción del tiempo . Independientemente del dominio sensorial, existen tres áreas principales de investigación: umbrales absolutos , umbrales de discriminación (por ejemplo, la diferencia apenas perceptible ) y escalamiento .

Un umbral (o limen ) es el punto de intensidad en el que el participante puede detectar la presencia de un estímulo (umbral absoluto [ 15 ] ) o la diferencia entre dos estímulos (umbral diferencial [ 7 ] ). Los estímulos con intensidades inferiores a este umbral no son detectables y se consideran subliminales . Los estímulos con valores cercanos al umbral pueden detectarse en algunas ocasiones; por lo tanto, un umbral se define como el punto en el que un estímulo o un cambio en un estímulo se detecta en una determinada proporción p de ensayos.

Detección

Un umbral absoluto es el nivel de intensidad en el que un sujeto puede detectar la presencia de un estímulo en una determinada proporción del tiempo; comúnmente se utiliza un nivel p del 50 %. [ 16 ] Por ejemplo, consideremos el umbral absoluto para la sensación táctil en el dorso de la mano. Un participante podría no sentir el roce de un solo pelo, pero podría detectar el roce de dos o tres pelos, ya que esto supera el umbral. El umbral absoluto también se conoce a menudo como umbral de detección . Se emplean varios métodos para medir los umbrales absolutos, similares a los utilizados para los umbrales de discriminación (véase más adelante).

Discriminación

El umbral de diferencia (o diferencia apenas perceptible , DAP) es la magnitud de la diferencia más pequeña entre dos estímulos de intensidades diferentes que un participante puede detectar en una proporción determinada del tiempo, dependiendo el porcentaje específico de la tarea. Se emplean varios métodos para evaluar este umbral. Por ejemplo, se le puede pedir al sujeto que ajuste un estímulo hasta que lo perciba como idéntico a otro (método de ajuste), que describa la dirección y la magnitud de la diferencia entre dos estímulos, o que decida si las intensidades de un par de estímulos son iguales o diferentes (elección forzada). La diferencia apenas perceptible no es una cantidad fija; más bien, varía según la intensidad de los estímulos y el sentido específico que se esté evaluando. [ 17 ] Según la Ley de Weber , la diferencia apenas perceptible para cualquier estímulo es una proporción constante, independientemente de las variaciones de intensidad. [ 18 ]

En los experimentos de discriminación, el experimentador busca determinar en qué punto la diferencia entre dos estímulos, como dos pesos o dos sonidos, se vuelve detectable. Al sujeto se le presenta un estímulo, por ejemplo, un peso, y se le pide que diga si otro peso es más pesado o más ligero. En algunos experimentos, el sujeto también puede indicar que los dos pesos son iguales. En el punto de igualdad subjetiva (PSE), el sujeto percibe ambos pesos como idénticos. La diferencia apenas perceptible, o umbral de diferencia (DL), es la magnitud de la diferencia en los estímulos que el sujeto nota en una proporción p del tiempo; normalmente, se utiliza el 50% para p en la tarea de comparación. [ 19 ] Para reducir los efectos de sesgo de un sujeto que prefiere una respuesta particular, los investigadores a menudo utilizan un paradigma de elección forzada de dos alternativas (2AFC). En el caso de la discriminación de pesos, esto se puede hacer variando aleatoriamente cuál de dos estímulos presentados simultáneamente es más pesado y pidiendo al participante que elija cuál cree que es más pesado.

Los umbrales absolutos y diferenciales a veces se consideran similares en principio porque el ruido de fondo siempre interfiere con nuestra capacidad para detectar estímulos. [ 6 ] [ 20 ]

Experimentación

En psicofísica, los experimentos buscan determinar si el sujeto puede detectar un estímulo, identificarlo, diferenciarlo de otro estímulo o describir la magnitud o naturaleza de esta diferencia. [ 6 ] [ 7 ] Strasburger ofrece una visión general del software para la experimentación psicofísica. [ 21 ]

Métodos psicofísicos clásicos

Los experimentos psicofísicos tradicionalmente han utilizado tres métodos para evaluar la percepción de los sujetos en experimentos de detección de estímulos y detección de diferencias: el método de límites, el método de estímulos constantes y el método de ajuste. [ 22 ]

Método de los límites

En el método de límites ascendentes, alguna propiedad del estímulo comienza en un nivel tan bajo que el estímulo no puede detectarse; luego, este nivel se incrementa gradualmente hasta que el participante informa que lo percibe. Por ejemplo, si el experimento evalúa la amplitud mínima de sonido detectable, el sonido comienza demasiado bajo para ser percibido y se aumenta gradualmente. En el método de límites descendentes, esto se invierte. En ambos casos, el umbral se considera el nivel de la propiedad del estímulo en el que los estímulos son apenas detectables. [ 22 ]

En los experimentos, se utilizan alternativamente los métodos ascendente y descendente, y se promedian los umbrales. Una posible desventaja de estos métodos es que el sujeto puede acostumbrarse a informar que percibe un estímulo y continuar haciéndolo incluso después de superar el umbral (error de habituación ). Por otro lado, el sujeto también puede anticipar que el estímulo está a punto de volverse detectable o indetectable y emitir un juicio prematuro (error de anticipación).

Para evitar estos posibles inconvenientes, Georg von Békésy introdujo el procedimiento de escalera en 1960 en su estudio de la percepción auditiva. En este método, el sonido comienza siendo audible y se va atenuando después de cada respuesta del sujeto, hasta que este deja de oírlo. En ese momento, el sonido se aumenta gradualmente hasta que el sujeto vuelve a oírlo, momento en el que se vuelve a atenuar progresivamente. De esta forma, el experimentador puede determinar con precisión el umbral. [ 22 ]

Método de estímulos constantes

En lugar de presentarse en orden ascendente o descendente, en el método de estímulos constantes los niveles de una propiedad determinada del estímulo no están relacionados de un ensayo al siguiente, sino que se presentan aleatoriamente. Esto impide que el sujeto pueda predecir el nivel del siguiente estímulo y, por lo tanto, reduce los errores de habituación y expectativa. Para los «umbrales absolutos», el sujeto informa si es capaz de detectar el estímulo. [ 22 ] Para los «umbrales de diferencia», debe haber un estímulo de comparación constante con cada uno de los niveles variados. Friedrich Hegelmaier describió el método de estímulos constantes en un artículo de 1852. [ 23 ] Este método permite un muestreo completo de la función psicométrica , pero puede resultar en muchos ensayos cuando se intercalan varias condiciones.

Método de ajuste

En el método de ajuste, se le pide al sujeto que controle el nivel del estímulo y lo modifique hasta que sea apenas detectable contra el ruido de fondo, o que sea igual al nivel de otro estímulo. El ajuste se repite muchas veces. Esto también se denomina método del error promedio . [ 22 ] En este método, los propios observadores controlan la magnitud del estímulo variable, comenzando con un nivel claramente mayor o menor que uno estándar y lo varían hasta que estén satisfechos con la igualdad subjetiva de ambos. La diferencia entre los estímulos variables y el estándar se registra después de cada ajuste, y el error se tabula para una serie considerable. Al final, se calcula la media, que da como resultado el error promedio, el cual puede tomarse como una medida de sensibilidad.

Métodos psicofísicos adaptativos

A menudo se argumenta que los métodos clásicos de experimentación son ineficientes. Esto se debe a que, antes de la prueba, el umbral psicométrico suele ser desconocido y la mayoría de los datos se recopilan en puntos de la función psicométrica que proporcionan poca información sobre el parámetro de interés, generalmente el umbral. Se pueden utilizar procedimientos de escalera adaptativos (o el método clásico de ajuste) de manera que los puntos muestreados se agrupen alrededor del umbral psicométrico. Los puntos de datos también pueden distribuirse en un rango ligeramente más amplio, si también interesa la pendiente de la función psicométrica. Por lo tanto, los métodos adaptativos pueden optimizarse para estimar solo el umbral, o tanto el umbral como la pendiente. Los métodos adaptativos se clasifican en procedimientos de escalera (véase más adelante) y métodos bayesianos o de máxima verosimilitud. Los métodos de escalera se basan únicamente en la respuesta anterior y son más fáciles de implementar. Los métodos bayesianos tienen en cuenta el conjunto completo de pares estímulo-respuesta anteriores y, por lo general, son más robustos frente a lapsos de atención. [ 24 ] Aquí se encuentran ejemplos prácticos. [ 21 ]

Procedimientos de escalera

Diagrama que muestra un procedimiento de escalera específico: Método de subida/bajada transformado (regla de 1 subida/2 bajadas). Hasta la primera inversión (que se omite), se utiliza la regla simple de subida/bajada y un tamaño de paso mayor.

Las escaleras suelen comenzar con un estímulo de alta intensidad, fácil de detectar. La intensidad se reduce gradualmente hasta que el observador comete un error, momento en el que la escalera se invierte y la intensidad aumenta hasta que el observador responde correctamente, lo que desencadena otra inversión. Los valores de la última de estas inversiones se promedian. Existen muchos tipos diferentes de procedimientos de escalera, que utilizan distintas reglas de decisión y terminación. El tamaño del paso, las reglas de ascenso/descenso y la dispersión de la función psicométrica subyacente determinan en qué punto de la función psicométrica convergen. [ 24 ] Los valores umbral obtenidos de las escaleras pueden fluctuar considerablemente, por lo que se debe tener cuidado en su diseño. Se han modelado muchos algoritmos de escalera diferentes y García-Pérez ha sugerido algunas recomendaciones prácticas. [ 25 ]

Uno de los diseños de escalera más comunes (con escalones de tamaño fijo) es la escalera de 1 arriba y N abajo. Si el participante responde correctamente N veces seguidas, la intensidad del estímulo se reduce en un escalón. Si responde incorrectamente, la intensidad del estímulo aumenta en un escalón. Se estima un umbral a partir del punto medio de todas las repeticiones. Esta estimación se aproxima, asintóticamente, al umbral correcto.

Procedimientos bayesianos y de máxima verosimilitud

Los procedimientos adaptativos bayesianos y de máxima verosimilitud (ML) se comportan, desde la perspectiva del observador, de forma similar a los procedimientos de escalera. Sin embargo, la elección del siguiente nivel de intensidad funciona de manera diferente: después de cada respuesta del observador, a partir del conjunto de este y todos los pares estímulo/respuesta anteriores, se calcula la probabilidad de dónde se encuentra el umbral. El punto de máxima verosimilitud se elige entonces como la mejor estimación para el umbral, y el siguiente estímulo se presenta en ese nivel (ya que una decisión en ese nivel añadirá la mayor cantidad de información). En un procedimiento bayesiano, se incluye además una probabilidad a priori en el cálculo. [ 24 ] En comparación con los procedimientos de escalera, los procedimientos bayesianos y de ML requieren más tiempo de implementación, pero se consideran más robustos. Algunos procedimientos conocidos de este tipo son Quest, [ 26 ] ML-PEST, [ 27 ] y el método de Kontsevich y Tyler. [ 28 ]

Estimación de magnitud

En el caso prototípico, se pide a las personas que asignen números en proporción a la magnitud del estímulo. Esta función psicométrica de las medias geométricas de sus números suele ser una ley de potencias con un exponente estable y reproducible. Si bien los contextos pueden modificar la ley y el exponente, dicho cambio también es estable y reproducible. En lugar de números, se pueden utilizar otras dimensiones sensoriales o cognitivas para relacionar un estímulo, y el método se convierte entonces en "producción de magnitud" o "relación entre modalidades". Los exponentes de dichas dimensiones, hallados en la estimación de magnitud numérica, predicen los exponentes hallados en la producción de magnitud. La estimación de magnitud generalmente arroja exponentes menores para la función psicofísica que las respuestas de múltiples categorías, debido al rango restringido de los anclajes categóricos, como los utilizados por Likert como ítems en escalas de actitud. [ 29 ]

Véase también

Notas

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  2. ↑ Bruce V, Green PR, Georgeson MA (1996). Percepción visual (3.ª ed.). Psychology Press. 
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Referencias

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  • Enlace a una página web alemana sobre un proyecto de tesis con una animación sobre el método de la escalera (Método de la escalera transformada de ascenso/descenso).