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)