정신물리학

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정신물리학은 물리적인 자극과 그것이 만들어내는 감각과 인식 사이의 관계를 정량적으로 조사한다.정신물리학은 "자극과 [1]감각 사이의 관계에 대한 과학적 연구" 또는 더 완전하게는 "하나 이상의 물리적 차원에 따라 체계적으로 자극의 속성을 변화시키는 피험자의 경험이나 행동에 대한 영향을 연구함으로써 지각 과정의 분석"[2]으로 묘사되어 왔다.

정신물리학은 또한 지각 체계를 연구하는데 적용될 수 있는 일반적인 종류의 방법들을 말한다.최신 애플리케이션은 임계값 측정,[3] 이상적인 관찰자 분석 및 신호 감지 [4]이론에 크게 의존합니다.

정신물리학은 광범위하고 중요한 실용적 응용 분야를 가지고 있다.예를 들어, 디지털 신호 처리 연구에서, 정신물리학은 손실 압축의 모델과 방법의 개발을 알려왔다.이러한 모델은 오디오 및 비디오 신호가 손실 압축을 사용하여 포맷될 때 인간이 신호 품질의 손실을 거의 인식하지 못하는 이유를 설명합니다.

역사

정신물리학의 많은 고전적인 기술과 이론들은 라이프치히의 구스타프 테오도르 페치너가 1860년에 정신물리학의 [5]요소(Elemente der Psychophysik)를 출판하면서 공식화 되었다.그는 물리적 자극을 감각(Empfindungen)과 같은 의식의 내용과 관련짓기 위한 연구를 설명하면서 "정신물리학"이라는 용어를 만들었다.물리학자이자 철학자로서, Fechner는 공개적으로 관찰할 수 있는 세계와 그것에 대한 개인의 개인적인 인상을 연결하는 물질과 정신에 관련된 방법을 개발하는 것을 목표로 했다.그의 아이디어 실험 결과에 의해 접촉과 빛의 감각이 초반 1830에 있는 독일 생리학자 에른스트 하인리히 베버 Leipzig,[6][7]에서 가장 두드러지게 그 적당한 강도(변별 역;jnd)의 베버가 되기 위해 일정한 파음이 드러났다 자극의 강도의 최소 인식할 수 있는 차이점에 관한에 영감을 얻은 것이었다ract기준 강도의 이온, 그리고 Fechner가 Weber의 법칙이라고 불렀던 이온.이것으로부터, Fechner는 현재 Fechner 척도로 알려진 그의 잘 알려진 로그 척도를 도출했다.빌헬름 분트가 라이프치히에 심리학 연구를 위한 최초의 실험실을 설립하면서, 베버와 페치너의 연구는 과학으로서의 심리학의 기초 중 하나를 형성했다.Fechner의 연구는 자기성찰주의적 접근법(의식의 과학으로서의 심리학)을 체계화했고, 그것은 심지어 언어적 반응도 자극만큼 물리적인 행동주의 접근법과 싸워야 했다.

1930년대에 나치 독일의 심리 연구가 근본적으로 중단되었을 때, 두 가지 접근법은 결국 [8]의식적 또는 무의식적 처리의 증거로서 자극-반응 관계를 사용하는 것으로 대체되기 시작했다.Fechner의 작업은 Charles S.에 의해 연구되고 확장되었다. 그의 제자 조셉 재스트로의 도움을 받은 피어스는 곧 그 자신의 권리로 저명한 실험 심리학자가 되었다.피어스와 재스트로는 Fechner의 경험적 발견을 대부분 확인했지만 전부는 아니었다.특히, 피어스와 재스트로의 고전적인 실험은 체중의 지각 역치에 대한 Fechner의 추정이 너무 높다고 기각했다.Peirce와 Jastrow는 실험에서 실제로 랜덤화 실험을 발명했습니다.그들은 [9][10][11][12]몸무게를 구별할 수 있는 능력을 평가하기 위해 무작위로 지원자를 블라인드 반복 측정 설계에 할당했다.피어스의 실험은 심리학 및 교육 분야의 다른 연구원들에게 영감을 주었고, 이것은 1900년대에 [9][10][11][12]실험실과 전문 교과서에서 무작위 실험의 연구 전통을 발전시켰다.피어스-재스트로 실험은 인간 지각에 대한 그의 실용주의 프로그램의 적용의 일부로서 수행되었다; 빛의 지각 등을 고려한 다른 연구들.[13]Jastrow는 다음과 같이 요약했다: "Peirce씨의 논리학 강좌는 나에게 지적인 근육에 대한 최초의 실제 경험을 주었다.스탠리 홀에 의해 설립되었을 때, 저는 곧바로 심리학 실험실에 들어갔지만, 제게 심리적인 문제를 다루는 첫 훈련을 시켜준 것은 피어스였습니다. 동시에 저를 실험 습관에 대해 전혀 순수하게 연구함으로써 제 자존감을 자극했습니다.그는 나를 위해 장비를 빌려 내 방으로 가져갔고, 창문에 설치했고, 조도가 적절할 때, 나는 그것을 가지고 관찰을 했다.그 결과는 미국 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 공동명의로 발표되었습니다.감각적 효과의 흔적이 너무 미미해서 의식의 등기부를 만들기에는 여전히 판단에 영향을 미친다는 사실 자체가 수년 후에 내가 잠재의식에 관한 책을 쓰게 만든 끈질긴 동기였을지도 모른다."이 작업은 관찰 가능한 인지 수행과 의식의 표현을 명확하게 구분합니다.

시각, 청각, 촉각 연구와 같은 감각 지각에 대한 현대적 접근은 종종 어떤 감각들이 경험되고 있는지에 대한 질문을 제쳐두고 지각자의 판단이 자극으로부터 추출하는 것을 측정한다.하나의 선도적인 방법은 매우 약한 자극의 경우를 위해 개발된 신호 검출 이론에 기초한다.그러나 Stanley Smith Stevens(1906–1973)의 전통에 따라 주관주의적 접근법이 지속된다.스티븐스는 19세기 연구자들이 제안한 멱함수의 개념을 되살렸다.스티븐스의 멱함수 법칙).그는 또한 매그니튜드 추정이라고 불리는 자극의 강도에 비례하여 숫자를 할당하는 것을 지지했다.Stevens는 매그니튜드 제작 및 교차 모달리티 매칭과 같은 기술을 추가했습니다.그는 강도의 순서로 표시된 선상의 점들에 자극 강도를 할당하는 것에 반대했다.그럼에도 불구하고, 그러한 반응은 응용 정신물리학에서 여전히 인기가 있다.이러한 다중 카테고리 레이아웃은 종종 Likert가 다중 항목 심리 측정 척도를 작성하기 위해 사용한 질문 항목에서 이름을 딴 Likert 스케일링으로 잘못 명명됩니다. 예를 들어, "강하게 동의함"에서 "강하게 동의하지 않음"까지 7개의 문구가 있습니다.

오마르 칼리파는[14] 중세 과학자 알하젠이 정신물리학의 창시자로 여겨져야 한다고 주장했다.비록 알-헤이담이 시력에 관해 많은 주관적인 보고서를 만들었지만, 그가 양적 정신물리학적 기법을 사용했다는 증거는 없으며 그러한 주장은 [15]기각되었다.

임계값

정신물리학자는 일반적으로 명암에 변화가 있는 순수한 톤이나 휘도에 변화가 있는 빛과 같이 객관적으로 측정할 수 있는 실험 자극을 사용한다.시각, 청각, 촉각, 미각, 후각, 시간 감각 등 모든 감각이 연구됐다.감각 영역에 관계없이, 조사에는 세 가지 주요 영역이 있습니다: 절대 임계값, 차별 임계값, 그리고 규모입니다.

임계값(또는 한계값)은 참가자들이 자극의 존재(절대[16] 임계값) 또는 두 자극 사이의 차이(차이[7] 임계값)의 존재를 감지할 수 있는 강도 지점이다.임계치 이하의 강도를 가진 자극은 검출할 수 없는 것으로 간주한다(따라서: 서브-리미날).임계값에 충분히 근접한 값에서 자극은 종종 특정 비율의 경우에 감지될 수 있다. 따라서 임계값은 자극 또는 자극의 변화가 특정 비율 p의 경우에 감지되는 시점으로 간주한다.

검출

절대 임계값은 환자가 시간의 일정 부분 자극의 존재를 감지할 수 있는 자극의 강도 수준입니다(50%의 p 수준이 종종 [17]사용됨).절대 문턱값의 예로는 손등에 있는 머리카락의 수를 들 수 있습니다.손등에서 만져지는 머리카락의 수는 만져지지 않지만, 문턱값을 초과하면 두세 개의 머리카락이 만져지는 것을 느낄 수 있습니다.절대 임계값은 검출 임계값이라고도 합니다.절대 임계값 측정에는 여러 가지 다른 방법이 사용됩니다(판별 임계값과 같음. 아래 참조).

차별

차이 임계값(또는 눈에 띄는 차이, JND)은 참가자가 시간의 일정 비율(과제의 종류에 따라 비율)을 감지할 수 있는 서로 다른 강도의 두 자극 사이의 가장 작은 차이의 크기이다.이 임계값을 테스트하려면 몇 가지 다른 방법이 사용됩니다.피험자는 하나의 자극이 다른 자극과 동일하게 인식될 때까지(조정 방법), 두 자극 간 차이의 방향과 크기를 설명하도록 요청받을 수 있으며, 자극 쌍의 강도가 동일한지 여부를 결정하도록 요청받을 수 있다(강제 선택).JND(Just-Notificable Difference)는 고정된 양이 아니라 측정되는 자극의 강도와 [18]측정되는 특정 감각에 따라 달라집니다.베버의 법칙은 단지 눈에 띄는 자극의 차이는 [19]강도의 변화에도 불구하고 일정한 비율이라고 말한다.

식별 실험에서 실험자는 두 개의 무게 또는 두 개의 소리와 같은 두 자극 사이의 차이가 어느 지점에서 감지될 수 있는지를 판단하려고 한다.실험 대상자는 하나의 자극, 예를 들어 몸무게를 제시하며, 다른 몸무게가 더 무거운지 가벼운지를 말하도록 요구받는다(어떤 실험에서는 두 몸무게가 같다고 말할 수도 있다).주관적 평등(PSE) 지점에서 피험자는 두 가중치가 동일한 것으로 인식합니다.눈에 띄는 [20]차이 또는 차이 제한(DL)은 피험자가 시간의 일부 p 비율을 인지하는 자극 차이의 크기이다(50%는 비교 과제의 p에 사용된다).또한, 2-대안 강제 선택(2-선택) 패러다임을 사용하여 두 가지 대안 사이의 차별에서 우연으로 성능이 감소하는 지점을 평가할 수 있다. (p=50%는 2-선택 과제에서 우연에 해당하므로 일반적으로 75%가 된다.)

절대 임계값과 차이 임계값은 자극을 [6][21]감지하는 능력에 방해가 되는 배경 소음이 항상 존재하기 때문에 원칙적으로 유사한 것으로 간주되기도 한다.

실험

정신물리학에서, 실험은 실험 대상자가 자극을 감지하고, 그것을 식별하며, 그것과 다른 자극을 구별하거나, 이 [6][7]차이의 크기나 성격을 설명할 수 있는지 여부를 판단하려고 한다.정신물리학적 실험을 위한 소프트웨어는 Strasburger에 [22]의해 개괄적으로 설명된다.

고전적인 정신물리학적 방법

정신물리 실험은 전통적으로 자극 검출과 차이 검출 실험에서 피실험자의 지각 테스트를 위해 한계 방법, 지속적인 자극 방법, 조정 [23]방법이라는 세 가지 방법을 사용해 왔다.

한계법

상승 한계 방법에서 자극의 일부 특성은 자극을 감지할 수 없을 정도로 낮은 수준에서 시작되며, 참가자가 이를 알고 있다고 보고할 때까지 이 수준은 점차 증가한다.예를 들어, 만약 실험이 감지될 수 있는 소리의 최소 진폭을 테스트하고 있다면, 소리는 인지되기에는 너무 조용하게 시작되고, 점차 더 크게 만들어집니다.내림차순 한계법에서는 이것이 반전됩니다.각 경우에 임계값은 자극이 [23]검출된 자극 성질의 수준으로 간주된다.

실험에서는 오름차순 방법과 내림차순 방법이 번갈아 사용되고 임계값은 평균화됩니다.이러한 방법의 가능한 단점은 피험자가 자극을 인지하고 있다는 보고에 익숙해질 수 있으며, 임계값(습관의 오류)을 넘어서도 동일한 방식으로 보고할 수 있다는 것이다.반대로, 피험자는 자극이 감지되거나 감지되지 않을 것이라고 예상할 수 있으며, 조기 판단(예상 오류)을 할 수 있다.

이러한 잠재적 함정을 피하기 위해 게오르크 폰 베케시는 1960년 청각 인지 연구에서 계단 절차를 도입했다.이 방법에서는, 소리가 들리기 시작하고, 피험자가 소리를 들은 것을 보고하지 않을 때까지, 피험자의 각 응답 후에 소리가 조용해집니다.그 시점에서, 소리가 들리는 것을 피험자가 보고할 때까지, 각 단계에서 소리가 커집니다.그 시점에서, 소리는 다시 작아집니다.이렇게 하면 실험자는 임계값을 "[23]제로인"할 수 있습니다.

일정한 자극 방법

지속적인 자극 방법에서는 오름차순 또는 내림차순으로 제시되는 대신, 자극의 특정 특성 수준은 한 번의 시도에서 다음 시도까지 관련되지 않고 무작위로 제시된다.이것은 피험자가 다음 자극의 수준을 예측할 수 없게 하고, 따라서 습관화와 기대의 오류를 감소시킨다.다시 '절대 임계값'에 대해 [23]환자는 자극을 감지할 수 있는지 여부를 보고한다.'차이 임계값'의 경우, 각각의 다양한 수준과 지속적인 비교 자극이 있어야 한다.프리드리히 헤겔마이어는 1852년 [24]논문에서 지속적인 자극의 방법을 설명했다.이 방법은 사이코메트릭 함수의 완전한 샘플링을 허용하지만 여러 조건이 인터리브될 경우 많은 시행이 발생할 수 있습니다.

조정방법

조정 방법에서 피험자는 자극의 수준을 제어하고 배경 소음에 대해 거의 감지되지 않거나 다른 자극의 수준과 동일할 때까지 자극 수준을 변경하도록 요청받는다.조정이 여러 번 반복됩니다.이것을 평균 [23]오차법이라고도 합니다.이 방법에서 관찰자 자체는 표준보다 뚜렷하게 크거나 작은 수준에서 시작하여 두 개의 주관적 평등에 의해 충족될 때까지 가변 자극의 크기를 조절한다.가변 자극과 표준 자극의 차이는 각 조정 후에 기록되며, 오차는 상당 시리즈에 대해 표로 작성된다.마지막으로 평균이 계산되어 감도의 척도로서 취할 수 있는 평균 오차를 구한다.

적응형 정신물리학적 방법

실험의 고전적인 방법들은 종종 비효율적이라고 주장된다.이는 테스트 전에, 일반적으로 심리 측정 임계값이 알려져 있지 않으며, 대부분의 데이터는 관심 매개변수(일반적으로 임계값)에 대한 정보가 거의 없는 심리 측정 함수의 지점에서 수집되기 때문이다.적응 계단 절차(또는 고전적인 조정 방법)를 사용하여 샘플링된 점이 사이코메트릭 임계값 주위에 군집화될 수 있습니다.사이코메트릭 함수의 기울기도 관심 있는 경우 데이터 점을 약간 더 넓은 범위로 펼칠 수도 있습니다.따라서 적응형 방법은 임계값만 추정하거나 임계값과 기울기를 모두 추정하도록 최적화할 수 있습니다.적응 방법은 계단 절차(아래 참조)와 베이지안 또는 최대우도 방법으로 분류된다.계단 방법은 이전 응답에만 의존하며 구현이 더 쉽습니다.베이지안 방법은 이전의 자극-반응 쌍의 전체 세트를 고려하고 일반적으로 주의력 [25]과실에 대해 더 강력하다.실제적인 예는 다음과 같습니다.[22]

계단 절차

주요 기사: 업앤다운 디자인
특정 계단 절차를 보여주는 다이어그램:Transformed Up/Down 메서드(1개의 업/다운 규칙 2개).첫 번째 반전(무시)까지 간단한 업/다운 규칙과 더 큰 스텝사이즈가 사용됩니다.

계단은 보통 감지하기 쉬운 고강도 자극으로 시작합니다.그런 다음 관찰자가 실수를 할 때까지 강도가 감소하며, 이때 계단이 '역전'되고 관찰자가 올바르게 반응할 때까지 강도가 증가하여 또 다른 반전을 유발합니다.그런 다음 이러한 마지막 '역전'에 대한 값이 평균화됩니다.다른 결정 및 종료 규칙을 사용하는 계단 절차에는 여러 가지 유형이 있습니다.단계 크기, 상향/하향 규칙 및 기본 사이코메트릭 함수의 확산은 사이코메트릭 함수에서 수렴하는 위치를 결정합니다.[25]계단에서 얻은 임계값은 크게 변동할 수 있으므로 설계에 주의해야 합니다.많은 다른 계단 알고리즘이 모델링되었고 가르시아-페레즈가 [26]제안한 몇 가지 실질적인 권장 사항이 있다.

(고정 단계 크기를 가진) 가장 일반적인 계단 설계 중 하나는 1-up-N-down 계단입니다.참가자가 N회 연속으로 올바른 응답을 하면 자극 강도가 한 단계 감소한다.참가자가 잘못된 반응을 보일 경우 자극 강도가 한 가지 크기만큼 증가합니다.임계값은 모든 런의 평균 중간점에서 추정됩니다.이 추정치는 점근적으로 정확한 임계값에 접근합니다.

베이지안 및 최대우도 절차

베이지안 및 최대우도(ML) 적응 절차는 관찰자의 관점에서 계단 절차와 유사하게 동작합니다.그러나 다음 강도 수준의 선택은 다르게 작용한다. 각 관찰자 응답 후, 이 자극/반응 쌍과 이전의 모든 자극/반응 쌍 집합에서 임계값이 있는 위치에 대한 가능성이 계산된다.그런 다음 최대우도 지점이 임계값에 대한 최선의 추정치로 선택되고 다음 자극이 해당 수준에서 제시된다(그 수준에서 의사결정이 가장 많은 정보를 추가할 것이기 때문이다).베이지안 절차에서는 우선도가 [25]계산에 더 포함된다.계단 절차와 비교하여 베이지안 및 ML 절차는 구현하는 데 시간이 더 많이 걸리지만 더 견고한 것으로 간주된다.이러한 종류의 절차는 Quest,[27] ML-PEST [28]및 Kontsevich & Tyler의 [29]메서드로 잘 알려져 있습니다.

매그니튜드 추정

시제품의 경우, 사람들은 자극의 크기에 비례하여 숫자를 지정하도록 요구받는다.이들 숫자의 기하학적 평균의 이 심리학적 함수는 종종 안정적이고 반복 가능한 지수를 갖는 멱함수입니다.문맥은 법칙과 지수를 바꿀 수 있지만, 그 변화도 안정적이고 재현할 수 있습니다.숫자 대신 다른 감각 또는 인지 차원을 사용하여 자극을 일치시킬 수 있으며, 그 방법은 "크기 생산" 또는 "교차 양식 일치"가 된다.수치적 규모 추정에서 발견된 차원의 지수는 규모 생산에서 발견된 지수를 예측한다.규모 추정은 일반적으로 [30]자세 척도의 항목으로 리커트에 의해 사용되는 것과 같은 범주형 앵커의 제한된 범위 때문에 다중 범주 응답보다 정신 물리 함수에 대한 낮은 지수를 찾는다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

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레퍼런스

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외부 링크

Wikimedia Commons에는 정신물리학 관련 미디어가 있습니다.
  • 학위논문 프로젝트 독일어 웹사이트와 계단법 애니메이션 연계(Transformed Up/Down Staricase Method)