Méthodes en psychophysique
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Méthodes en psychophysique
Psychophysique : Fechner 1878
Objectif: « Établir des relations quantitatives démontrées entre un stimulus sensoriel et les sensations qu’il engendre avec des méthodes avérées»
Modèle du StimulusModèle Perceptif
Modèles initiauxHypothèses
Données expérimentalesTemps de réponse
Réponses correctesetc.
Analyses Statistiques:Variabilité
intra & interindividuelle
OpérationalisationMéthodes
Consigne Tâche
StimulusL(x,y,t)
SensationBoite noireF(x,y,t)
Modèle Décisionnel
Bouguer (1698-1758), Weber (1795-1878)
Loi de Bouguer-Weber (seuil de discrimination) ∆I/I=K
Fechner (1801-1887) S=Log(E)
« La sensation croit comme le logarithme de l’excitation »
Différences juste notables (JND) comme éléments de sensationMais aussi Helmoltz (1821-1894), Wundt (1832-1920), etc…
Seuils & Lois psychophysiques:
Loi de Ricco: sommation spatiale Int. x Aire = K
Inte
nsit
é se
uil
temps
Loi de Bloch : sommation temporelle Int. x Durée = K
Une (très) brève histoire de la Psychophysique
Loi de Ricco: sommation spatialeLoi de Bloch : sommation temporelle
Opérationalisation
• Variable indépendantes et dépendantes
• Choix : – Des variables indépendantes
• Situation générale: éclairement, distance sujet/écran, monoculaire/binoculaire, etc..• Caractéristiques non testées (exp: Durée de stimulation, couleur du stimulus, etc..)
– De la méthode• Consigne et tâche
– Des sujets (nombre, age, sexe, etc..)
– Des méthodes d’analyse
Psychophysique Tâches élémentaires: détection, discrimination, reconnaissance, identification
Méthodes:Observation/IntrospectionAjustementEstimation subjectiveChoix forcé : Oui/Non, Identique/Différent, 2AFC / 2IFC …Méthode ConstanteMéthode des limitesMéthode adaptative : Escalier PsychophysiqueMéthodes des comparaisons…Chronométrie mentaleThéorie de la détection du signal (TDS)
Oclulomotricité, EEG, MEG, IMRf, indices végétatifs, etc..
Paradigmes:Adaptation/HabituationMasquagePriming, amorçageRecherche visuelle Visual SearchRSVPEtc…
Log (Fréquence Spatiale)
Log
(C
on
traste
)
Ajustement
• Stimulus contrôlé par le sujet (joystick, souris, potentiomètre, etc..)– Variable dépendante mesurée directement ou transformé par calibration
• Exemple: Volt -> Contraste
• Avantages– Peu de répétitions (5 à 10) – Rapidité d’obtention d’un seuil– Larges éventail de paramètres possible
• Inconvénients– Durée de stimulation dépend de la vitesse du sujet : risque d’adaptation
neuronale, fatigue, familiarisation– Critère de décision inconnu et peut-être variable– En pratique, bonne stabilité, écart type des mesures informatif
• Utilisation– Phase de pré-test, évaluation rapide de valeurs de dimensions du stimulus
Log (Fréquence Spatiale)
Lo
g (
Co
ntr
aste
)
Méthode constante• Valeurs des dimensions du stimulus fixées par l’expérimentateur
– 5 à 7 niveaux, qui peuvent être choisis après mesures avec ajustement et qui « encadrent » la valeur attendue du seuil
– 30-100 répétitions de chaque valeurs, 5-15 sujets
• Avantages– Evaluation de la performance pour une gamme de valeurs, permettant de
construire une fonction psychométrique.– Pente révélatrice –spécifique- des mécanismes et de la sensibilité des sujets
• Inconvénients– Long (e.g. 700 essais) et fastidieux, attention fluctuante (morcellement en blocs)
• Utilisation– Besoin d’une caractérisation exhaustive d’un processus
Intensité
% C
orr
ect
100%
50%
Effet plafondValeurs non-informatives & inutiles
Effet plancher
75%
S75
Log (Fréquence Spatiale)Log
(C
on
traste
)
• Oui/Non, Vu/Non-vu, Idendique/Différent• Une alternative spatiale/temporelle (anglais 2AFC, 2IFC)
– Niveau de la chance, réponse au hasard 50%
• N alternatives (niveau de la chance 100/N)
Méthodes de Choix forcé
Réponse: droite ou gauche
Réponse: Intervalle 1 ou 2
2AFC
2IFC
Méthode adaptative
• Valeurs des dimensions du stimulus dépendantes des réponses du sujet– Régles d’évolution différentes conduisent à des valeurs différentes de probabilité de détection:
up/down=50% down-down/up=71%, etc…– Seuil = moyenne des points d’inversion, écart type ~= pente de la fonction psychométrique– Plusieurs escaliers peuvent être mélangés
• Avantages– Méthode rapide (20-30 essais/condition expérimentale)
• Inconvénients– Expertise de l’expérimentateur pour le choix des conditions initiales et des « pas » de variations– Erreurs du sujet peuvent avoir un effet sur la valeur mesurée
• Utilisation– Grand nombre de conditions expérimentales à tester
Escalier psychophysique (PEST)
StimulusI(x,y,t)
Traitement(s)F(I(x,y,t))
RéponseR (t)
-TR=f(Modalité sensorielle) (e.g. Vision vs. Audition)-TR= f(Intensité) (loi de Piéron)-Temps de réaction simple vs. choix multiples-Type de réponse: manuelle/vocale/congruente/etc.
Le modèle additif:TR= Traitement perceptif + Décision + Acte moteur
Chronométrie mentale
Le modèle parallèle:
TR= Traitement perceptif Décision
Acte moteur
(exemples: priming, facilitation attentionnelle)
Modèle Accumulation/Critère/Décision/Réponse(cf. Luce, R.D. (1986). Response times: Their role in inferring elementary mental organization. New-York, Oxford University Press).
La fonction d’échange rapidité / précision (« speed/accuracy trade-off »)
Chronométrie mentale
Chronométrie: exemples
Chronométrie : exemples (suite)
Détection = Stimulus + Traitement + Décision + Réponse
Mesures de seuils
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
Sujets
Seu
ils (
UA
)
Série1
Série2
Série3
Série4
« Bruit » et Variabilité: Fonction psychométrique : distribution normale cumulée
Traitement : activité physiologique + « bruit »
Décision : critère
La théorie de la détection du signal :
Le critère et la question du « Bruit »
La question du « Bruit »
FAz'c
)FA(z)Hits(zR
'd
Noise Signal
Yes FA Hit
No CR Miss
STIMULUS
RE
SP
ON
SE
SENSORY CONTINUUM
PR
OB
AB
ILIT
Y
R
FA
Hits
Criterion
c’
THE STANDARD MODEL: SIGNAL DETECTION THEORY
Traitement : activité physiologique + « bruit »Bruit endogène: métabolisme (local, global) exogène: stimulus
Décision : critère (+ « bruit » ?)
Critère : consigne-tâche + attention + attentes + mémoire
Contexte endogène : Attention/Mémoire/Emotions, …, exogène : Masque/Crowding/Bruit, Récompense,… d’interface : Feedback
-> Critère dynamique ?
La question du « Bruit »
J. Zanker 1999: Bruit endogène vs. Bruit exogène
Fonction de transfert• Optique, champ récepteur et analyse de Fourier
Modèle du stimulus et Champ Récepteur:
Rép
onse
Figure 4 : champ récepteur centre pourtour d’une cellule ganglionnaire de la rétine
Centre excitant la celluleLorsqu’il est éclairé
Pourtour inhibant la cellule Lorsqu’il est éclairé
Synthèse
Analyse
Transformée de Fourier
Spectre d’energie
Image
Transformée de Fourier
Modèle du stimulus et Champ Récepteur:
Modèle du stimuluset Champ Récepteur:
Décomposition fréquentielle et Transformée de Fourier:
Modèle du stimulus, Champ Récepteur, Analyse Fréquentielle:
Image naturelle
Image rétinienne
Recherche Visuelle (visual search)