La psicofísica investiga cuantitativamente la relación entre los estímulos físicos y las sensaciones y percepciones que producen. La psicofísica ha sido descrita como "el estudio científico de la relación entre estímulo y sensación " [1] o, más completamente, como "el análisis de los procesos perceptivos mediante el estudio del efecto sobre la experiencia o el comportamiento de un sujeto de variar sistemáticamente 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 de percepción . Las aplicaciones modernas dependen en gran medida de la medición de umbrales, [3] el análisis del observador ideal y la teoría de detección de señales . [4]
La psicofísica tiene aplicaciones prácticas amplias e importantes. Por ejemplo, en el estudio del procesamiento de señales digitales , la psicofísica ha informado el desarrollo de modelos y métodos de compresión con pérdidas . Estos modelos explican por qué los humanos perciben muy poca pérdida de calidad de la señal cuando las señales de audio y video se formatean mediante compresión con pérdida.
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 las investigaciones destinadas a relacionar los estímulos físicos con los contenidos de la conciencia, como las sensaciones (Empfindungen) . Como físico y filósofo, Fechner se propuso desarrollar un método que relacionara la materia con la mente, conectando el mundo públicamente observable y la impresión que una persona experimenta de él en privado. Sus ideas se inspiraron en 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] más notablemente aquellos sobre la diferencia mínima discernible en la intensidad de estímulos de fuerza moderada. (diferencia simplemente notable; jnd) que Weber había demostrado que era una fracción constante de la intensidad de referencia, y a la que Fechner se refería como ley de Weber. De esto, Fechner derivó su conocida escala logarítmica, ahora conocida como escala de Fechner . El trabajo de Weber y Fechner formó una de las bases de la psicología como ciencia , y Wilhelm Wundt fundó el primer laboratorio de investigación psicológica en Leipzig (Institut für experimentelle Psychologie). El trabajo de Fechner sistematizó el enfoque introspeccionista (la psicología como ciencia de la conciencia), que tuvo que competir 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, el experimento clásico de Peirce y Jastrow rechazó la estimación de Fechner del umbral de percepción de los pesos. De hecho, en su experimento, Peirce y Jastrow inventaron experimentos aleatorios: asignaron voluntarios al azar a un diseño ciego de medidas repetidas para evaluar su capacidad para discriminar pesos. [8] [9] [10] [11] Sobre la base de sus resultados, argumentaron que las funciones subyacentes eran continuas y que no existe un umbral por debajo del cual no se detectaría una diferencia en la magnitud física. El experimento de Peirce inspiró a otros investigadores en psicología y educación, que 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 de Peirce de su programa de pragmaticismo 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 del músculo intelectual. Aunque rápidamente fui al laboratorio de psicología cuando eso fue establecido por Stanley Hall , fue Peirce quien me dio mi primera formación en el manejo de un problema psicológico, y al mismo tiempo estimuló mi autoestima al confiarme, entonces bastante inocente de hábitos de laboratorio, una verdadera investigación. Me prestó el aparato, que llevé a mi habitación, instalado junto a mi ventana, y con el que, cuando las condiciones de iluminación eran adecuadas, realizaba las observaciones. Los resultados se publicaron bajo nuestros nombres comunes en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias . La demostración de que rastros de efectos sensoriales demasiado leves para ser registrados en la conciencia podían, no obstante, influir en el juicio, puede haber sido en sí mismo un motivo persistente que me indujo años más tarde a escribir un libro sobre El subconsciente . Este trabajo distingue claramente el desempeño cognitivo observable de la expresión de la conciencia.
Los enfoques modernos de la percepción sensorial, como las investigaciones sobre la visión, el oído o el tacto, miden lo que el juicio del perceptor extrae del estímulo, dejando a menudo de lado la cuestión de qué sensaciones se están experimentando. Un método líder 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 potencia sugerida por los investigadores del siglo XIX, en contraste con la función log-lineal de Fechner (cf. ley de potencia de Stevens ). También abogó por la asignación de números en proporción a la intensidad de los estímulos, lo que se denomina estimación de magnitud. Stevens añadió técnicas como la producción de magnitudes y el emparejamiento entre modalidades. Se opuso a la asignación de intensidades de estímulo a puntos de una línea que están etiquetados en orden de intensidad. Sin embargo, ese tipo de respuesta sigue siendo popular en la psicofísica aplicada. Estos diseños de categorías múltiples a menudo se denominan erróneamente escala Likert por los ítems de preguntas utilizados por Likert para crear escalas psicométricas de múltiples ítems, por ejemplo, siete frases desde "muy de acuerdo" hasta "muy en desacuerdo".
Omar Khaleefa [13] ha sostenido que el científico medieval Alhazen debería ser considerado el fundador de la psicofísica. Aunque al-Haytham hizo muchos informes subjetivos sobre la visión, no hay evidencia de que utilizara técnicas psicofísicas cuantitativas y tales afirmaciones han sido rechazadas. [14] [ dudoso ]
Los psicofísicos suelen emplear estímulos experimentales que pueden medirse objetivamente, como tonos puros que varían en intensidad o luces que varían en luminancia. Se han estudiado todos los sentidos : visión , oído , tacto (incluida la piel y la percepción entérica ), gusto , olfato y sentido del tiempo . Independientemente del dominio sensorial, existen tres áreas principales de investigación: umbrales absolutos, umbrales de discriminación 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 presencia de una diferencia entre dos estímulos (umbral de diferencia [7] ). Los estímulos con intensidades por debajo del umbral se consideran no detectables (de ahí: subliminales). Los estímulos en valores suficientemente cercanos a un umbral a menudo serán detectables en cierta proporción de ocasiones; por tanto, se considera umbral el punto en el que se detecta un estímulo, o un cambio en un estímulo, en una proporción p de ocasiones.
Un umbral absoluto es el nivel de intensidad de un estímulo en el que el sujeto es capaz de detectar la presencia del estímulo en cierta proporción del tiempo ( a menudo se utiliza un nivel p del 50%). [16] Un ejemplo de un umbral absoluto es el número de pelos en el dorso de la mano que se deben tocar antes de poder sentirlo: es posible que un participante no pueda sentir un solo pelo que se toca, pero puede sentir dos. o tres, ya que esto excede el umbral. El umbral absoluto también suele denominarse umbral de detección. Se utilizan varios métodos diferentes para medir umbrales absolutos (como con los umbrales de discriminación; ver más abajo).
Un umbral de diferencia (o diferencia apenas perceptible , JND) es la magnitud de la diferencia más pequeña entre dos estímulos de diferentes intensidades que el participante es capaz de detectar en cierta proporción del tiempo (el porcentaje depende del tipo de tarea). Para probar este umbral, se utilizan varios métodos diferentes. Se le puede pedir al sujeto que ajuste un estímulo hasta que lo perciba como el mismo que el otro (método de ajuste), se le puede pedir que describa la dirección y magnitud de la diferencia entre dos estímulos, o se le puede pedir que decida si las intensidades en un par de estímulos son iguales o no (elección forzada). La diferencia apenas perceptible (JND) no es una cantidad fija; más bien, depende de qué tan intensos sean los estímulos que se miden y del sentido particular que se mide. [17] La ley de Weber establece que la diferencia apenas perceptible de un estímulo es una proporción constante a pesar de la variación en intensidad. [18]
En los experimentos de discriminación, el experimentador busca determinar en qué punto es detectable la diferencia entre dos estímulos, como dos pesos o dos sonidos. 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 liviano (en algunos experimentos, el sujeto también puede decir que los dos pesos son iguales). En el punto de igualdad subjetiva (PSE), el sujeto percibe que los dos pesos son iguales. La diferencia apenas perceptible, [19] o diferencia limen (DL), es la magnitud de la diferencia en los estímulos que el sujeto nota en una proporción p del tiempo (el 50% se usa generalmente para p en la tarea de comparación). Además, se puede utilizar un paradigma de elección forzada de dos alternativas (2-afc) para evaluar el punto en el que el desempeño se reduce al azar al discriminar entre dos alternativas ( p normalmente será 75% ya que p = 50% corresponde al azar). en la tarea 2-afc).
Los umbrales absolutos y diferenciales a veces se consideran similares en principio porque siempre hay ruido de fondo que interfiere con nuestra capacidad de detectar estímulos. [6] [20]
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 analiza el software para la experimentación psicofísica. [21]
Los experimentos psicofísicos han utilizado tradicionalmente tres métodos para probar la percepción de los sujetos en experimentos de detección de estímulos y de detección de diferencias: el método de los límites, el método de los estímulos constantes y el método de ajuste. [22]
En el método ascendente de límites, alguna propiedad del estímulo comienza en un nivel tan bajo que el estímulo no puede ser detectado, luego este nivel se incrementa gradualmente hasta que el participante informa que es consciente de ello. Por ejemplo, si el experimento prueba la amplitud mínima de sonido que se puede detectar, el sonido comienza siendo demasiado bajo para ser percibido y gradualmente se hace más fuerte. En el método descendente de límites esto se invierte. En cada caso, se considera que el umbral es el nivel de la propiedad del estímulo en el que se acaba de detectar el estímulo. [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 puede continuar informando de la misma manera incluso más allá del umbral (el error de habituación ). Por el contrario, el sujeto también puede anticipar que el estímulo está a punto de volverse detectable o indetectable y puede emitir un juicio prematuro (el error de anticipación).
Para evitar estos posibles obstáculos, Georg von Békésy introdujo el procedimiento de escalera en 1960 en su estudio sobre la percepción auditiva. En este método, el sonido comienza siendo audible y se vuelve más silencioso después de cada una de las respuestas del sujeto, hasta que el sujeto no informa haberlo escuchado. En ese punto, el sonido se hace más fuerte en cada paso, hasta que el sujeto informa haberlo escuchado, momento en el cual se vuelve a hacer más silencioso en pasos. De esta manera, el experimentador puede "concentrarse" en el umbral. [22]
En lugar de presentarse en orden ascendente o descendente, en el método de estímulos constantes los niveles de una determinada propiedad del estímulo no se relacionan de un ensayo a otro, sino que se presentan de forma aleatoria. Esto impide que el sujeto pueda predecir el nivel del siguiente estímulo y, por tanto, reduce los errores de habituación y expectativa. Para los "umbrales absolutos", nuevamente el sujeto informa si es capaz de detectar el estímulo. [22] Para los 'umbrales de diferencia' tiene que haber un estímulo de comparación constante con cada uno de los distintos niveles. 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 dar lugar a muchos ensayos cuando se entrelazan varias condiciones.
En el método de ajuste, se pide al sujeto que controle el nivel del estímulo y lo altere hasta que sea apenas detectable contra el ruido de fondo, o sea el mismo que el nivel de otro estímulo. El ajuste se repite muchas veces. A esto también se le llama método del error promedio . [22] En este método, los propios observadores controlan la magnitud del estímulo variable, comenzando con un nivel que es claramente mayor o menor que uno estándar y lo varían hasta que quedan satisfechos con la igualdad subjetiva de los dos. 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 dando el error promedio que puede tomarse como medida de sensibilidad.
A menudo se argumenta que los métodos clásicos de experimentación son ineficaces. Esto se debe a que, antes de realizar 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, normalmente el umbral. Se pueden utilizar procedimientos de escalera adaptativa (o el método clásico de ajuste) de manera que los puntos muestreados se agrupen alrededor del umbral psicométrico. Los puntos de datos también se pueden distribuir en un rango ligeramente más amplio, si la pendiente de la función psicométrica también es de interés. De este modo, los métodos adaptativos pueden optimizarse para estimar únicamente el umbral, o tanto el umbral como la pendiente. Los métodos adaptativos se clasifican en procedimientos en escalera (ver más abajo) 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 todo el conjunto de pares estímulo-respuesta previos y, en general, son más sólidos contra las fallas de atención. [24] Aquí se encuentran ejemplos prácticos. [21]
Las escaleras suelen comenzar con un estímulo de alta intensidad, que es fácil de detectar. Luego, la intensidad se reduce 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. Luego se promedian los valores de la última de estas "inversiones". Hay muchos tipos diferentes de procedimientos de escalera, que utilizan diferentes reglas de decisión y terminación. El tamaño del paso, las reglas arriba/abajo y la extensión de la función psicométrica subyacente dictan en qué parte de la función psicométrica convergen. [24] Los valores umbral obtenidos de las escaleras pueden fluctuar enormemente, por lo que se debe tener cuidado en su diseño. Se han modelado muchos algoritmos de escaleras diferentes y García-Pérez ha sugerido algunas recomendaciones prácticas. [25]
Uno de los diseños de escaleras más comunes (con tamaños de escalones fijos) es la escalera 1 arriba y abajo. Si el participante da la respuesta correcta N veces seguidas, la intensidad del estímulo se reduce en un paso. Si el participante da una respuesta incorrecta, la intensidad del estímulo aumenta en un tamaño. Se estima un umbral a partir del punto medio de todas las ejecuciones. Esta estimación se acerca, asintóticamente, al umbral correcto.
Los procedimientos adaptativos bayesianos y de máxima verosimilitud (ML) se comportan, desde la perspectiva del observador, de manera similar a los procedimientos en 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 de estímulo/respuesta anteriores, se calcula la probabilidad de dónde se encuentra el umbral. Luego se elige el punto de máxima probabilidad como la mejor estimación para el umbral y el siguiente estímulo se presenta en ese nivel (ya que una decisión en ese nivel agregará la mayor cantidad de información). En un procedimiento bayesiano, se incluye además en el cálculo una probabilidad previa. [24] En comparación con los procedimientos en escalera, los procedimientos bayesianos y ML requieren más tiempo de implementación, pero se consideran más sólidos. Procedimientos bien conocidos de este tipo son Quest, [26] ML-PEST, [27] y el método de Kontsevich & Tyler. [28]
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 es a menudo una ley potencial con exponente estable y replicable. Aunque los contextos pueden cambiar la ley y el exponente, ese cambio también es estable y replicable. En lugar de números, se pueden utilizar otras dimensiones sensoriales o cognitivas para hacer coincidir un estímulo y el método se convierte entonces en "producción de magnitud" o "emparejamiento entre modalidades". Los exponentes de esas dimensiones que se encuentran en la estimación de magnitudes numéricas predicen los exponentes que se encuentran en la producción de magnitudes. La estimación de magnitud generalmente encuentra exponentes más bajos para la función psicofísica que las respuestas de categorías múltiples, debido al rango restringido de los anclajes categóricos, como los utilizados por Likert como ítems en las escalas de actitud. [29]
