Gustav Fechner ( )

Transkript

1 Psychophysik

2 Gustav Fechner ( ) religiöser Hintergrund Fechner wollte den Nachweis erbringen, dass Körper und Geist eine Einheit bilden Wollte mathematische Beziehung zwischen subjektiven Empfindungen und äußeren Reizen nachweisen. 1860: Elemente der Psychophysik darin Methoden zur Ermittlung absoluter Schwellen kleinste Reizintensität, die nötig ist, damit ein Beobachter einen Reiz wahrnehmen kann

3 absolute Schwelle markiert Übergang von einem Wahrnehmungszustand in einen anderen WSK einen Reiz wahrzunehmen steigt mit Reizintensität klassische Schwellentheorie (Herbart) ein Reiz schlägt an der absoluten Schwelle vom Zustand des Nichtwahrgenommen-werdens zum Zustand des Wahrgenommen-werdens abrupt um X-Achse: Intensität des Reizes Y-Achse: WSK mit der Reiz wahrgenommen wird

4 absolute Schwelle Wahrnehmung folgt einer psychometrischen Funktion absolute Schwelle = Intensität, bei der ein Reiz in 50% der Fälle wahrgenommen wird

5 Grenzmethode nach Fechner Schwellenwerte mehrerer Durchgänge ermitteln Fechner: absolute Schwelle = Mittelwert aller Schwellenwerte

6 Unterschiedsschwellen markieren kleinsten eben merklichen Unterschied just noticeable difference (JND) Ernst Heinrich Weber 1846: Messung der Unterschiedsschwellen tandardgewicht Vergleichsverfahren auch auf andere Sinnesmodalitäten anwendbar Vergleichsgewicht

7 JND & Webersches Gesetz Standardgewicht 100 gr. JND 2 gr. 200 gr. JND 4 gr. 400 gr. JND 8 gr. Einschätzung abhängig von Größe des Standardgewichts nötige Änderung steht in konstantem Verhältnis zum Standardreiz k = I I Helligkeit Temperatur Druck 1 / 60 1 / 30 1 / 7 Gewicht: k = 2 = Geruch Geschmack 1 / 4 1 / 3

8 Webersches Gesetz: konstant? Weber sche Konstante trifft auf die meisten Sinnesempfindungen zu so lange der Reiz in einem mittleren wahrnehmbaren Bereich Konstante gültig für verschiedene Versuchspersonen, wenn Standardreiz größer als 50 Gramm

9 Weiterführung Fechner Weber sches Gesetz gültig JND ist die Einheit für Empfindung jeder JND wird gleich wahrgenommen JND von 2 gr. ist perzeptuell gleich wie JND von 4 gr. mathematische Beziehung zwischen Reizintensität und Empfindung E = k log I

10 Fechners Gesetz E = k log I größerer Reizunterschied nötig ist, damit er wahrgenommen wird. Verdopplung eines Reizes, k = 1 I = 10 E = 1 * log10 = 1,0 I = 20 E = 1 * log20 = 1,3 JND Reizintensität Kritik Gültigkeit der Weber schen Konstante alle JNDs gleich

11 Stevens Potenzgesetz genauere Beschreibung der Beziehung zwischen Empfindung und Reizintensität für breiteres Spektrum von Reizen abgeleitet aus Methode der Größenschätzung Vorgehen: Standardreiz mit willkürlichem Wert belegen, z.b. 10 anschließend Vergleichsreiz bewerten Vergleichsreiz doppelt so hell/groß/lang wie Standardreiz = 20 halb so hell/groß/lang wie Standardreiz = 5

12 Größenschätzung Größenschätzungen in Abhängigkeit der Reizstärke Wenn Reiz zunimmt, nimmt auch Größenschätzung zu kein linearer Zusammenhang Kurvenverläufe unterschiedlich Beziehung zwischen E und I für jede Sinnesmodalität anders?

13 Steven s Potenzgesetz E = ki n Logarithmus der Reizintensität gegen Logarithmus der Größenschätzung abtragen alle Kurven werden zu geraden Linien Potenz n gibt Steigung der Geraden an Beziehung zwischen Größenschätzung und Reizintensität kann durch Potenzfunktion in allen Sinnenmodalitäten beschrieben werden

14 Variation der Größenschätzung Intermodaler Vergleich (cross modality matching) Empfindung in einer Sinnesmodalität kann durch eine andere ausgedrückt werden z.b. Intensität eines Tons durch Einstellen einer Lampe angeben Ergebnis: man erhält beim Einstellen der Lautstärke über die Helligkeit dieselbe Gerade wie bei der Methode der Größenschätzung für Lautstärke.

15 Fazit I absolute Schwellen lassen sich experimentell ermitteln kleinste merkliche Unterschiede (JND) sind abhängig von der Größe des Standardreizes Beziehung zwischen Reizintensität und Empfindung mathematisch beschreibbar gilt auch für extreme Reize wie elektrischen Schock Sinnesmodalitäten cross modality matching zeigt, dass Empfindung in einem Sinnessystem in ein anderes übertragen werden kann

16 Problem mit absoluten Schwellen absolute Schwelle nicht allein durch Reizintensität bestimmt Ob Reiz bemerkt wird, wird auch durch Antwortbias beeinflusst. Beispiel: zur Ermittlung der absoluten Schwelle werden in jedem Durchgang Töne unterschiedlicher Lautstärke dargeboten Proband A sehr motiviert sagt immer ja Proband B sehr vorsichtig sagt nur ja, wenn 100% sicher Hat Proband A geringere absolute Schwelle?

17 Signalentdeckungstheorie (SDT) Swets & Green (1966): signal detection theory (SDT) untersucht Wahrnehmung von schwer zu entdeckender Reize Signal muss vom Rauschen unterschieden werden Ausgangspunkt a) Jede Entscheidung hat einen Bias (SDT-Sprache: Kriterium) b) Jede Entscheidung birgt einen Gewissen Grad an Unsicherheit Aufgabe und Schwierigkeiten Tonerkennung (Wurde Ton bei einem Trial dargeboten?) Ton muss über ein Rauschen (noise) hinweg gehört werden um Empfindung eines Tons zu haben, muss Signal vom Rauschen allein diskriminiert werden

18 Signale und Rauschen - Verteilungen Empfindung wird vermittelt durch Level der neuronalen Aktivität (SDT-Sprache = interne Antwort) Interne Antwort: zu jedem Zeitpunkt schwankt die neuronale Antwort (SDT-Sprache = interne Antwort) um einen Mittelwert Normalverteilung

19 Das Antwortkriterium Antwortkriterium bestimmt, ob Pb angibt, einen Ton gehört zu haben wenn interne Antwort größer als AK ja wenn interne Antwort geringer al AK nein

20 Antworttypen Bei SDT-Experimenten ergeben sich 4 Antworttypen mit verschiedenen Auftretenswahrscheinlichkeiten in Abhängigkeit des Antwortkriteriums: Reiz dargeboten? Ja Nein Antwort des Pb Ja Treffer Falscher Alarm Nein Verpasser Korrekte Ablehnung

21 Antworttypen nein ja nein ja

22 Antworttypen und Antwortkriterium Wenn Antwortkriterium verschoben wird, verändern sich auch die Wahrscheinlichkeiten der 4 Antworttypen Liberale AK sehr viele Treffer aber auch viele FA Wird das AK konservativer gewählt reduziert sich Menge der Treffer aber auch der FA

23 receiver operating characteristic solange Verteilungen nicht aufeinander liegen, hat ROC nach oben geschwungene Form ROC charakterisiert das gesamte Spektrum des Antwortverhaltens eines Probanden Bei beliebigem AK liegt Treffer und FA- Koordinate irgendwo auf ROC

24 Sensitvitätsmaß d Erhöhung der Tonintensität Signal kann leichter erkannt werden Rauschen und Signal können gut diskriminiert werden Wenn das AK richtig gesetzt ist, kann bei großem d die Anzahl der Treffer fast 100% erreichen bei wenigen FA

25 SDT: Signal und Rauschen Experiment entdecken eines Tons Lautstärke (Intensität) variiert Schwierigkeit: Ton muss über das Hintergrundrauschen hinweg gehört werden Rauschen = alle Hintergrundgeräusche, sonstige Störungen für Empfindung eines Tons also

26 Fazit II SDT bezieht individuellen Antwortbias mit ein Betrachtet Rauschen / Signal als Verteilungskurven keine absolute Schwelle Berücksichtigt 4 Antwortmöglichkeiten Signal wird mit individuellem Antwortkriterium verglichen Sensitivität des Wahrnehmungssystem bzw. des Individuums lässt sich bestimmen