Méthodes en psychophysique

1. Méthodes en psychophysique

2. Stimulus L(x,y,t) Boite noire Sensation Modèles initiaux Hypothèses Opérationalisation Méthodes Consigne Tâche Données expérimentales Temps de réponse Réponses correctes etc. Analyses Statistiques: Variabilité intra & interindividuelle Psychophysique : Fechner 1878 Objectif: « Établir des relations quantitatives démontrées entre un stimulus sensoriel et les sensations qu’il engendre avec des méthodes avérées» F(x,y,t) Modèle du Stimulus Modèle Perceptif Modèle Décisionnel

5. Fechner (1801-1887) S=Log(E) « La sensation croit comme le logarithme de l’excitation » Différences juste notables (JND) comme éléments de sensation Loi de Ricco: sommation spatiale Int. x Aire = K Intensité seuil Loi de Bloch : sommation temporelle Int. x Durée = K temps Une (très) brève histoire de la Psychophysique Bouguer (1698-1758), Weber (1795-1878) Loi de Bouguer-Weber (seuil de discrimination) ∆I/I=K Mais aussi Helmoltz (1821-1894), Wundt (1832-1920), etc… Seuils & Lois psychophysiques:

6. Loi de Ricco: sommation spatiale Loi de Bloch : sommation temporelle

7. 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

8. Log (Contraste) Log (Fréquence Spatiale) Psychophysique Tâches élémentaires: détection, discrimination, reconnaissance, identification Méthodes: Observation/Introspection Ajustement Estimation subjective Choix forcé : Oui/Non, Identique/Différent, 2AFC / 2IFC … Méthode Constante Méthode des limites Méthode adaptative : Escalier Psychophysique Méthodes des comparaisons … Chronométrie mentale Théorie de la détection du signal (TDS) Oclulomotricité, EEG, MEG, IMRf, indices végétatifs, etc.. Paradigmes: Adaptation/Habituation Masquage Priming, amorçage Recherche visuelle Visual Search RSVP Etc…

9. Log (Contraste) Log (Fréquence Spatiale) 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

10. Log (Contraste) 100% % Correct 75% Effet plafond Valeurs non-informatives & inutiles Effet plancher 50% Intensité S75 Log (Fréquence Spatiale) 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

11. Méthodes de Choix forcé • 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) 2AFC Réponse: droite ou gauche 2IFC Réponse: Intervalle 1 ou 2

12. 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

13. Escalier psychophysique (PEST)

14. Stimulus I(x,y,t) Traitement(s) F(I(x,y,t)) Réponse R (t) Chronométrie mentale Le modèle additif: TR= Traitement perceptif + Décision + Acte moteur • 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.

15. 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 »)

16. Chronométrie: exemples

17. Chronométrie : exemples (suite)

18. Détection = Stimulus + Traitement + Décision + Réponse

19. « Bruit » et Variabilité: Fonction psychométrique : distribution normale cumulée Traitement : activité physiologique + « bruit » Décision : critère

20. La théorie de la détection du signal : Le critère et la question du « Bruit »

21. STIMULUS Signal Noise Yes Hit FA RESPONSE No CR Miss c’ La question du « Bruit » THE STANDARD MODEL: SIGNAL DETECTION THEORY Criterion PROBABILITY s Hits FA SENSORY CONTINUUM

23. La question du « Bruit » 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 ?

24. J. Zanker 1999: Bruit endogène vs. Bruit exogène

25. Fonction de transfert • Optique, champ récepteur et analyse de Fourier

26. Modèle du stimulus et Champ Récepteur: Réponse

27. Figure 4 : champ récepteur centre pourtour d’une cellule ganglionnaire de la rétine Centre excitant la cellule Lorsqu’il est éclairé Pourtour inhibant la cellule Lorsqu’il est éclairé

28. Transformée de Fourier Synthèse Analyse

29. Transformée de Fourier Image Spectre d’energie

30. Modèle du stimulus et Champ Récepteur:

31. Modèle du stimulus et Champ Récepteur:

32. Décomposition fréquentielle et Transformée de Fourier:

35. Modèle du stimulus, Champ Récepteur, Analyse Fréquentielle:

39. Image naturelle Image rétinienne

40. Recherche Visuelle (visual search)