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Tema 3. La psicofísica

Objeti vos Al finalizar el estudio de la psicofísica, se pretende que el alumno sea capaz de: Describir el concepto y los fundamentos de la psicofísica. Diferenciar y poner un ejemplo de las tres dimensiones relativas al estímulo y a la respuesta que provoca. Identificar las características de los métodos psicofísicos clásicos: método de los límites, método de los estímulos constantes y método de ajuste para el cálculo del umbral absoluto y del umbral diferencial. Describir las ventajas y desventajas de cada uno de los métodos psicofísicos ilustrando cada método con un ejemplo de la visión. Poner un ejemplo de la utilización del método de los límites, de los estímulos constantes y del método de ajuste para el cálculo del umbral absoluto en alguna de las modalidades sensoriales. Poner un ejemplo de la utilización del método de los límites, de los estímulos constantes y del método de ajuste para el cálculo del umbral diferencial en alguna de las modalidades sensoriales. Describir los fundamentos de la TDS. Identificar mediante ejemplos los parámetros de la TDS. Poner un ejemplo de la aplicación de la TDS en el estudio de la percepción del dol or . Describir y diferenciar las leyes psicofísicas de Weber, Fechner y Stevens. Poner un ejemplo y comentar los resultados de las leyes psicofísicas de Weber, Fechner y Stevens.

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C o n te n i d o s 3.1. Concepto y fundamentos La psicofísica es la parte de la psicología que estudia las relaciones y regularidades que se dan entre la intensidad del estímulo y la percepción y los juicios que el sujeto tiene sobre ella. Su principal objetivo es conocer las relaciones cuantitativas que se dan entre la magnitud del estímulo y la magnitud de la respuesta que provoca en el organismo afectado. Se considera a Fechner el fundador de la psicofísica con su obra Elemente der Psy chophy sik publicada en 1860, donde concebía la psicofísica como «teoría exacta de las relaciones funcionalmente dependientes del cuerpo y el espíritu, o en términos más generales, de lo material y de lo mental, del mundo físico y del psicológico» (Fechner, 1966, pág. 7, citado en Forgus y Melamed,1989). La complejidad de estas relaciones se refleja, entre otros, en los siguientes h e c h o s: No es posible diferenciar dos estímulos de la misma naturaleza cuando sus intensidades son similares. Es posible que dos estímulos físicos diferentes produzcan sensaciones similares. Existen diferencias individuales en cuanto a la magnitud que debe tener un estímulo para que sea detectado por un sujeto, es decir, no existe unanimidad en cuanto a cuál es la mínima magnitud de estímulo detectable por los sujetos. Existen diferencias en un mismo sujeto con relación a la mínima magnitud de un estímulo detectable. La diferencia entre estímulos de intensidad ligeramente diferente es en unas ocasiones percibida y en otras no. Éstos y otros hechos hacen que en psicofísica se puedan considerar tres dimensiones relativas al estímulo y a la respuesta que provoca: Dimensión física del estímulo. Representa las propiedades físicas de un estímulo y sus cambios graduales. Se puede medir fácilmente, como por ejemplo la intensidad de un sonido. Dimensión subjetiva. Corresponde a la experiencia sensible del sujeto, es única para cada sujeto y refleja una serie de respuestas graduales y privadas que éste experimenta a los cambios de las propiedades físicas del estímulo; estas respuestas se representan en forma de una distribución normal. Dimensión de juicio o de respuesta. Corresponde al informe del sujeto con relación a la experiencia producida por el estímulo y sus cambios; estas respuestas también se representan en forma de distribución normal.

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No hay una relación unívoca entre las tres dimensiones. Así por ejemplo, un mismo estímulo (dimensión física única) puede dar lugar a diferentes respuestas subjetivas y a diferentes juicios de respuesta. En general, no podemos representar un cambio en nuestra experiencia sensorial subjetiva al aplicar de forma directa el cambio cuantitativo que ocurre en el mismo estímulo, sino que cada relación psicofísica se ha de determinar de forma empírica. 3.2. Concepto de umbral El término umbral sirve para designar el límite de la sensibilidad del organismo en el que se percibe un estímulo o una diferencia entre estímulos. De forma más general el umbral expresa la medida física del mínimo estímulo o de la mínima diferencia entre estímulos que el sujeto puede detectar. En el siguiente apartado se comentan los criterios específicos que se utilizan en la consideración de un umbr al . Existen dos tipos de umbrales: Umbral absoluto (UA). Mínimo valor del estímulo que provoca la respuesta del sujeto, como por ejemplo la intensidad más pequeña de luz que un sujeto puede distin guir. Umbral diferencial (UD). Mínima diferencia que el sujeto percibe entre dos estímulos, como por ejemplo el cambio mínimo de gramos que se tiene que dar para que un sujeto note la diferencia entre dos pesos. En ocasiones se diferencian dos umbrales diferenciales: —

Umbral diferencial superior (UDS). Corresponde al mínimo incremento perc e p tib l e .

—

Umbral diferencial inferior (UDI). Corresponde al mínimo decremento perc e p tib l e .

Cuando UDS y UDI no coinciden, el umbral diferencial se define como un valor intermedio a ambos. 3.3. Métodos psicofísicos para medir los umbrales sensoriales Los métodos más utilizados en el cálculo de los umbrales absolutos y diferenciales han sido tres: el método de los estímulos constantes, el método de los límites y el método de ajuste. 3.3.1. Método de los estímulos constantes Se llama así porque las intensidades de los estímulos utilizadas están prefijadas de antemano y no se modifican durante el experimento (Jáñez, 1992).

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Es un método laborioso que se considera más exacto que el método de los límites debido al aumento del número de juicios y a la eliminación de los errores de juicio, tal como se describe más adelante. En general se caracteriza porque en él se presentan, de forma aleatoria, todos los estímulos preseleccionados, si bien los pasos seguidos para el cálculo del umbral absoluto y del umbral diferencial son diferentes. Determinación del umbral absoluto Para calcular el umbral absoluto con el método de los estímulos constantes, se siguen los siguientes pasos: 1. Se seleccionan las intensidades de los estímulos: —

Se buscan en primer lugar las intensidades extremas del estímulo, una que haga que el estímulo sea casi siempre perceptible, y otra que lo haga casi siempre imperceptible.

—

Se determinan el número de estímulos (entre cinco y nueve) con intensidades escalonadas entre las intensidades extremas.

2. Se presentan al sujeto todos los estímulos, un número n de veces, en un orden a l e a to r io . 3. El sujeto responderá en cada ensayo si detecta o no el estímulo. 4. Se anota la respuesta del sujeto para cada presentación (sí o no ha detectado el estímulo). 5. Se calcula de cada estímulo el porcentaje de veces que el sujeto ha respondido sí. 6. Se representan gráficamente los resultados. 7. El UA equivale al valor del estímulo que sería percibido el 50% de las veces. Se calcula a través de algún método de interpolación gráfica o numérica (por ejemplo, calculando directamente el percentil 50). Determinación del umbral diferencial Para calcular el umbral diferencial con el método de los estímulos constantes, se siguen los siguientes pasos: 1. Se seleccionan dos tipos de estímulos, el estí mul o está nda r cuyo umbral diferencial se desea calcular, y los estímulos de comparación (entre seis y nueve), cuyas intensidades oscilan entre un valor intenso, que sea percibido casi siempre como mayor que el estímulo estándar, y un valor mínimo, que sea percibido casi siempre como menor que el estímulo estándar. 2. En cada ensayo se presenta el estímulo estándar con un estímulo de comparación; cada presentación se realiza n veces. Para evitar sesgos en los resul-

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tados, la presentación de los pares de estímulos se hace al azar y el orden de presentación de los dos estímulos (derecha o izquierda) se hace de forma aleatoria. Si los sesgos persisten, se puede cambiar la presentación simultánea por la presentación sucesiva. 3. El sujeto responderá en cada ensayo qué estímulo le parece mayor . 4. Se calcula la proporción de veces que cada estímulo de comparación ha sido juzgado ma y or que el estímulo estándar. 5. Se representan gráficamente los resultados. 6. Se calcula el punto de igualación subjetiva (PIS), que es el valor del estímulo de comparación que el sujeto considera igual al estímulo estándar y que equivale al valor que ha sido juzgado mayor que el estímulo estándar el 50% de las veces. 7. Se calculan, normalmente de forma gráfica, los umbrales diferenciales superior e inferior, que equivalen a los valores del estímulo de comparación que han sido juzgados como mayores que el estímulo estándar el 75% y el 25% de las veces respectivamente. 8. Se calcula el umbral diferencial, que equivale a la media aritmética entre el umbral diferencial superior y el umbral diferencia inferior. 3.3.2. Método de los límites Consiste en la presentación ordenada de los estímulos siguiendo series alternativas ascendentes y descendentes; los pasos seguidos para el cálculo del umbral absoluto y del umbral diferencial son diferentes. Determinación del umbral absoluto En el cálculo del umbral absoluto con el método de los límites se siguen los siguientes pasos: 1. Se seleccionan los estímulos que se utilizarán. Se utiliza el mismo criterio de selección que el descrito para el cálculo del UA por el método de los estímulos constantes, si bien el número de estímulos suele ser mayor que en el método de los estímulos constantes. 2. Se estipula el número de series que se utilizarán (entre seis y ocho). 3. Se presentan al observador los estímulos de las series ascendentes y descendentes estipuladas, alternándolas, siguiendo el siguiente orden: —

Serie descendente. Se empieza presentado el estímulo fácilmente detectable (el mayor) y a continuación se van presentando los estímulos inferiores, en el orden estipulado hasta que el sujeto responde que no detecta el estímulo.

—

Serie ascendente. Se presenta un estímulo que esté claramente por debajo del umbral (el más pequeño) y a continuación se van presentando los estí-

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mulos superiores, en el orden estipulado hasta que el sujeto responde que sí detecta el estímulo. 4 . Se calcula para cada serie el umbral de serie o punto de transición, que equivale al punto medio del intervalo entre los dos estímulos entre los que se ha producido un cambio en la respuesta del sujeto (de sí a no o viceversa), es decir, a la semisuma de los últimos estímulos presentados en cada serie. 5. El valor del umbral absoluto corresponde a la media aritmética de los umbrales de cada serie o puntos de transición. Determinación del umbral diferencial Los pasos seguidos para el cálculo del umbral diferencial con el método de los límites son los siguientes: 1. Al igual que en el método de los estímulos constantes, se seleccionan dos tipos de estímulos, el estímulo estándar cuyo umbral diferencial se desea calcular, y los estímulos de comparación (entre seis y nueve) cuyas intensidades oscilan entre un valor intenso, que sea percibido casi siempre como mayor que el estímulo estándar, y un valor mínimo, que sea percibido casi siempre como menor que el estímulo estándar. 2. Se estipula el número de series que se utilizarán (entre seis y ocho). 3. Siguiendo las series descendentes y las ascendentes, en cada ensayo se presentan al sujeto el estímulo estándar junto con un estímulo de comparación que el sujeto juzgará como mayor, igual o inferior al estímulo estándar. Se pregunta en cada presentación cuál es el estímulo mayor o si los dos estímulos son iguales. Se sigue el siguiente orden: —

Serie descendente. Se empieza presentado, junto con el estímulo estándar, el estímulo de comparación fácilmente detectable (el mayor) y a continuación se van presentando los estímulos de comparación inferiores, en el orden estipulado hasta que el sujeto responde que el estímulo de comparación es menor que el estímulo estándar.

—

Serie ascendente. Se presenta, junto con el estímulo estándar, un estímulo de comparación que esté claramente por debajo del umbral (el más pequeño) y a continuación se van presentando los estímulos de comparación superiores, en el orden estipulado hasta que el sujeto responde que el estímulo de comparación es menor que el estímulo estándar.

—

Para evitar o reducir sesgos o errores en la respuesta, el orden de presentación de los dos estímulos (derecha o izquierda) se puede hacer de forma aleatoria. Si los sesgos persisten, se puede cambiar la presentación simultánea por la presentación sucesiva y hacer un contra ba l a nce, que consiste en cambiar el orden de presentación del estímulo estándar y el estímulo de

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comparación (por ejemplo, la mitad de las veces se presenta primero el estímulo estándar y la otra mitad el de comparación). 4. Se calcula, para cada serie, el punto medio de los intervalos en los que se ha producido un cambio en las respuestas del sujeto. En las series descendentes corresponde a los cambios de respuesta que indican que el sujeto ha pasado de considerar el estímulo de comparación mayor que el estímulo estándar a considerarlo igual y de considerarlo igual a considerarlo inferior que el estímulo estándar. En las series ascendentes el proceso es inverso. Estos valores se consideran en cada serie como: —

Umbral inferior de serie (de igual a menor y de menor a igual)

—

Umbral superior de serie (de igual a mayor y de igual a mayor)

5. Se calcula la media de los umbrales de serie inferior y superior a partir de los obtenidos en cada serie. 6. Se calcula el intervalo de incertidumbre, que equivale a la distancia entre los dos valores de las dos medias correspondientes a los umbrales superior e inferior (calculadas en el paso 5). 7. Se calcula el umbral diferencial, que equivale a la mitad del intervalo de inc e r tid u mb r e . 3.3.3. Método de ajuste Este método se caracteriza porque el propio sujeto varía lentamente y de forma gradual la intensidad del estímulo. Es un método rápido pero no muy preciso, por lo que se utiliza poco; tiene la ventaja de que el sujeto tiene un papel más activo en el procedimiento, lo cual puede hacer que esté más motivado. Determinación del umbral absoluto En la forma más usual, el sujeto gradúa la intensidad del estímulo hasta que lo detecta. Se realizan varios ensayos, y el valor del umbral absoluto corresponde a la media de las intensidades finales obtenidas en todos los ensayos. Determinación del umbral diferencial En la forma más usual, se gradúa la intensidad del estímulo hasta igualarla a la del estímulo estándar. Se realizan varios ensayos y el valor del umbral diferencial se obtiene a partir de la desviación típica de los valores del estímulo de comparación obtenidos en cada ensayo. 3.3.4. Limitaciones del concepto de umbral Uno de los grandes problemas del concepto de umbral lo forman los errores de jui c i o, si bien desde los diferentes métodos se utilizan técnicas para compensa r l o s.

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Las limitaciones más severas del concepto de umbral y de los métodos para calcularlos se pueden resumir en las siguientes: La dificultad derivada de la descripción del umbral como un punto estacionario a lo largo del continuo sensorial. El hecho de que los umbrales estimados no son medidas absolutas de la sensibilidad, ya que se pueden obtener valores ligeramente diferentes en función del método utilizado. El hecho constatado de que en los resultados de sus cálculos pueden influir una serie de respuestas del sujeto diferentes a su sensibilidad, no controlables, como el criterio de respuesta. Éstas y otras razones hicieron necesario abordar el estudio de la sensación desde otros planteamientos que consideraran las variables propias de la estimulación física y las variables del sujeto (Reales y Ballesteros, 1995). Como alternativa al estudio de los umbrales surge la teoría de la detección de señales, desarrollada en el siguiente apartado. 3.4. La teoría de la detección de señales (TDS) 3.4.1. Fundamentos de la TDS La teoría de la detección de señales (TDS), propuesta en sus inicios por Green y Swets (1966), presupone no sólo que el sujeto informa sobre sus experiencias sensoriales, sino que también toma una decisión con relación a si el estímulo ha sido presentado o no. Se supone que la respuesta del sujeto (sí o no) refleja su conocimiento de la probabilidad real de que la señal se le presentará en cualquiera de los ensayos. La TDS incluye dos procesos (Jáñez, 1992): 1. El proceso sensorial. Se inicia por el entorno que puede adoptar dos estados, con relación al estímulo, que presuponen la existencia de ruido: —

Presentación del ruido sin el estímulo o señal (ruido).

—

Presentación del ruido con el estímulo o señal (señal + ruido).

2. El proceso cognitivo. Conduce a la selección de la respuesta por parte del sujeto: señal o ruido. Con relación a la presentación del estímulo y a las posibles respuestas del sujeto, la TDS considera las siguientes situaciones posibles: Ante la presentación estimular (señal + ruido), por ejemplo un tono, el sujeto puede dar dos respuestas: —

Decir que sí se ha presentado, lo que equivale a un a cierto.

—

Decir que no se ha presentado, lo que equivale a un error.

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Ante la no presentación del estímulo o ausencia del tono (ruido), el sujeto también puede dar dos respuestas: —

Decir que sí se ha presentado, lo que equivale a una falsa alarma .

—

Decir que no se ha presentado, lo que equivale a un rechazo correcto.

Estos cuatro posibles resultados de un ensayo de detección de señales con sus probabilidades de ocurrencia (P) se representan en la siguiente tabla:

Características de la respuesta Situación del estímulo

«Sí» (S)

«No» (N)

Sólo ruido (ausencia de tono = R)

Falsa alarma P (S/R)

Rechazo correcto P (N/R)

Señal + ruido (presencia de tono = SR)

Aci e r to P (S/SR)

Er r or P (N/SR)

Los resultados de un experimento de TDS se pueden representar en dos distribuciones normales, una que se refiere al efecto sensorial del ruido, y otra que se refiere al efecto sensorial de la señal más ruido. Estas dos distribuciones se pueden representar en un eje común que representa la escala de magnitud del efecto sensorial del estímulo y que se denomina eje de observación o eje de decisión, ya que la respuesta sí o no del sujeto depende del tamaño del efecto sensorial que tenga para ese estímulo. Ambas distribuciones se solapan, lo cual indica que en ocasiones el carácter probabilístico de los efectos neurales producirá un evento sensorial más grande para un ensayo de ruido que para un ensayo de señal (Forgus y Melamed, 1989). 3.4.2. Parámetros de la TDS Siguiendo el esquema propuesto por Jáñez (1992), la TDS permite caracterizar cada etapa del proceso perceptivo con unos parámetros determinados: la etapa sensorial se caracteriza por el índice de sensibilidad d’ y la curva de isosensibilidad o curva ROC y la etapa cognitiva se caracteriza por el íncide beta ( ) y la curva de isocriterio. Índice de sensibilidad d’. Representa la sensibil ida d del sujeto, cuyo valor corresponde a la distancia entre la media de la distribución del ruido (R) y la media de la distribución señal más ruido (S + R), ...