Psicofísica: umbrales, leyes de Weber y Fechner, y métodos de medición

Introducción a la Psicofísica

La psicofísica es la aproximación de corte más puramente científico al estudio de la percepción, realizando el estudio desde el ámbito de las matemáticas. En este tema vamos a conocer los conceptos básicos, los métodos de medición y los principales resultados que proporciona la psicofísica.

Conceptos de Psicofísica

En general, las técnicas psicofísicas se han empleado para determinar cuáles son los efectos perceptivos que producen los estímulos o ciertos aspectos de éstos. Estos efectos se evalúan mediante la identificación, reconocimiento o tiempo de reacción ante tales estímulos.

Inicialmente, estas técnicas se emplearon sobre todo para estudiar la detección estimular, es decir, para determinar el valor mínimo del estímulo que es posible detectar (umbral absoluto) y la discriminación estimular, es decir, la capacidad para detectar un cambio mínimo entre dos valores distintos de estímulos.

Esta discriminación se estudia aumentando o reduciendo mínimamente un valor de un estímulo determinado. La cantidad de estímulo que, añadido o eliminado de un estímulo precio, produce un cambio mínimo en la experiencia perceptiva que éste previamente producía se denomina umbral diferencial.

Psicofísica Clásica y sus Leyes

El desarrollo de los métodos clásicos de la psicofísica está relacionado con los estudios de Weber. Este autor propuso que el cambio de un estímulo para que produjese una diferencia perceptible mínimamente detectable (DPM) era proporcional al valor inicial de este estímulo.

Posteriormente, partiendo de los resultados de Weber, Fechner determinó que la magnitud de la sensación no cambia de forma lineal con el tamaño del estímulo, sino que el tamaño del cambio estándar necesario para producir una DPM depende de la magnitud inicial de estímulo. En concreto, estos cambios estimulares son mayores cuando se trata de estímulos de magnitud elevada que cuando se trata de estímulos de pequeña magnitud (ver figura 1).Las relaciones psicofísicas según las posturas "clásicas" Weber "El cambio necesario para producir una DPM es proporcional al valor de E" 100g 100g + 5g U. D .= 5g AEK E Ley de Fechner "El cambio necesario del estímulo para producir una DPM depende de la magnitud inicial de E" S=K(logE) 200g 200g + 10g U. D. = 10g Figura 1. Leyes de Weber y Fechner

Fechner también fue el impulsor del desarrollo de las técnicas psicofísicas: el método de los límites, el método de estímulos constantes y el método de ajuste, empleados para el cálculo del umbral absoluto y diferencial.

Umbrales y Variabilidad

En todos los casos, el valor del umbral absoluto y del diferencial se establece en términos estadísticos debido, fundamentalmente, a que los efectos de un mismo estímulo sobre un determinado sistema sensorial no siempre son idénticos y a que estímulos diferentes pueden producir efectos sensoriales de la misma magnitud (variabilidad intraindividual).

La razón de tal variabilidad hay que buscarla en la propia actividad neural de los sistemas sensoriales, que oscila continuamente de forma aleatoria. Ello hace que, al unirse dicha actividad a la correspondiente con el estímulo, el resultado final pueda ser distinto en ocasiones diferentes y, por tanto, también lo sea la capacidad para detectarlo/discriminarlo. Además, el nivel de actividad promedio de un sistema sensorial no suele ser idéntico entre los distintos individuos (variabilidad interindividual).

Consecuentemente, los valores estimulares correspondientes a los umbrales absoluto y diferencial son aquellos que producen su efecto correspondiente (detección y discriminación, respectivamente) en el 50% de las ocasiones en que se presentan.

Tipos de Tareas en Psicofísica

La psicofísica, para llevar a cabo sus estudios, utiliza dos tipos principales de tareas:

• Tareas de detección. Se caracterizan por la presentación de un único estímulo por parte del experimentador y la emisión de una respuesta por parte del observador. Por ejemplo, se pide al que participa en la tarea que apriete una tecla cuando vea una luz que elexperimentador presente. En este tipo de tareas, las ocasiones o ensayos en que se presenta el estímulo se mezclan aleatoriamente con un determinado porcentaje de ensayos en los que el estímulo no se presenta (llamados ensayos trampa o catch trials) con el fin de evitar que el observador acierte por medio de la repetición rutinaria de la respuesta. En los procedimientos psicofísicos, encaminados a medir el umbral absoluto, la respuesta que se pide al observador suele ser verbal, de forma que este responde "sí" cuando detecta el estímulo y "no" cuando no lo detecta en un ensayo.
• Tareas de discriminación. Se caracterizan por la presentación de 2 o más estímulos por parte del experimentador y la emisión de un número equivalente de respuestas por parte del observador, pero de forma que cada estímulo está asociado a una única respuesta y cada respuesta a un estímulo. Por ejemplo, el experimentador puede presentar dos letras, supongamos la X y la O, y pedir al observador que apriete una tecla cuando aparezca la X y otra tecla diferente cuando aparezca la O. En los procedimientos psicofísicos encaminados a medir el umbral diferencial, el experimentador suele mantener constante el valor de 1 de los dos estímulos (llamado estímulo estándar) y varía de ensayo a ensayo a lo largo de una dimensión los valores del segundo estímulo. Este segundo estímulo recibe el nombre de estímulo de prueba. Las respuestas del observador también suelen ser verbales y manifiestan si el observador considera el estímulo de prueba mayor, igual o menor que el estímulo estándar.

Las tareas de discriminación pueden adoptar formas diferentes, pero la estructura más frecuente consiste en la presentación de dos estímulos distintos asociados a dos respuestas diferentes. Los estímulos se suelen presentar cada uno en un ensayo y los ensayos se presentan de forma que los correspondientes a uno y a otro estímulo estén mezclados aleatoriamente. En algunas ocasiones, los dos estímulos se presentan simultáneamente y se pide al observador que manifieste si le parecen iguales o diferentes. Esta forma de tarea de discriminación recibe el nombre de tarea de igualación (matching task).

Tanto en las tareas de detección como en las tareas de discriminación se suelen analizar dos parámetros diferentes. Por un lado, se analiza la precisión para determinar si las respuestas del observador son correctas o incorrectas. El segundo aspecto que se analiza es la velocidad de la respuesta o, más frecuentemente, su inversa, qué es el tiempo de reacción, ya que cuanto más veloz es una respuesta menor es el tiempo de reacción o de respuesta. En los procedimientos psicofísicos el único parámetro que suele considerarse es la precisión.

Teoría de Detección de Señales (TDS)

Esta teoría surgida a mediados del siglo XX en el contexto de la investigación de las tareas de detección ha sobrepasado el campo estricto de la psicofísica y tienehoy amplia aplicación en muchos campos de la investigación. La teoría requiere un cambio en la forma de pensar las situaciones y resulta curioso que una tarea aparentemente tan simple como es una tarea de detección haya sido el punto de origen de una teoría con tantas implicaciones y aplicaciones en psicología.

La psicofísica clásica utilizó la tarea de detección con el convencimiento de que por medio de esa tarea se podía estudiar el proceso de detección de estímulos, ya que se pensaba que la ejecución en la tarea dependía exclusivamente de cómo funcionaban los sistemas sensoriales sometidos a estudio. Pronto se empezó a comprobar que había factores de carácter no específicamente sensorial que afectaban a la tarea. Por ejemplo, existen sesgos producidos por la anticipación o la habituación de la respuesta que no están directamente relacionados con el funcionamiento de la vista, del oído o de cualquier otro sistema sensorial, sino que son características de las personas que influyen en sus respuestas. Hay personas estrictas que tienen que estar muy seguras de algo para emitir una respuesta y hay personas más relajadas que la emiten al menor indicio de la presencia de algo.

La primera reacción ante estos factores contaminantes y la respuesta fue tratar de minimizar su efecto por procedimientos experimentales de control o tratar de detectar su presencia para poder corregir los datos.

La teoría de detección de señales (TDS) surgió como un intento de resolver este problema logrando una medida de los procesos sensoriales que no estuviera contaminada por sesgos de respuesta de ningún tipo y otra medida que permitiera caracterizar la forma en que esos sesgos afectan a la respuesta.

Así, la TDS es un buen ejemplo de la necesidad de analizar las tareas en términos de los procesos que intervienen en su realización. Según esta teoría, en una tarea tan simple como es la de detección intervienen dos clases de procesos que es necesario tomar en consideración. Una clase pertenece a procesos de tipo sensorial, que son los que están relacionados con el funcionamiento de los sistemas sensoriales y qué es lo que el psicofísico está preferentemente interesado en estudiar. La segunda clase pertenece a un conjunto de factores que tienen en común la tendencia a sesgar la respuesta en una u otra dirección. Nos referiremos a estos dos grupos como procesos sensoriales y procesos de decisión.

TDS: Toma de Decisiones en Incertidumbre

La TDS entiende la situación de una persona que tiene que detectar la presencia de un estímulo próximo al umbral como una circunstancia de toma de decisiones en contextos de incertidumbre o, lo que es lo mismo, una situación de diagnóstico en circunstancias inciertas. Es importante caer en la cuenta de la semejanza formal de estas situaciones.

Ante una evidencia sensorial más o menos clara, el observador tiene que optar por decir sí o no como respuesta. Un radiólogo, ante la presencia de una determinada sombra en la radiografía, tiene que decidir si se trata sí o no de lapresencia de un agente nocivo. La situación de diagnóstico y la situación que afronta el observador en un experimento de psicofísica son semejantes en dos aspectos importantes: en ambas los sentidos o los instrumentos de diagnóstico proporcionan una señal más o menos clara, y en ambas el interesado tiene que decidir si la señal (llámese estímulo o síntoma) está o no presente. En términos generales son situaciones en las que hay que optar por una u otra respuesta ante una evidencia incierta.

Es importante caer en la cuenta de la semejanza formal de estas situaciones porque la TDS es una teoría que en principio es aplicable a cualquier situación de toma de decisiones en contextos de incertidumbre y esta capacidad le viene de haber sabido abstraer en todas estas situaciones la estructura formal que las hace semejantes y haber desarrollado la teoría cara a esa estructura formal.

Vocabulario y Matriz de Confusión en TDS

La TDS se desarrolló al principio en la investigación de la audición. Esto ha dado lugar a un vocabulario de la teoría que remite al mundo de la de la audición, por ello hablaremos de "señal" y de "ruido". En una tarea de detección el investigador presenta una señal más o menos débil en unos ensayos y en otros no presenta la señal. Caracterizaremos estas dos situaciones con señal (SR) y ruido (R) respectivamente. A su vez, el observador tiene que optar por una decisión binaria: sí o no. Los resultados de una situación así pueden representarse en un en una matriz de 2 por 2 que recibe el nombre de matriz de confusión (ver tabla 1).

Sí No Señal (SR) Acierto Fallo Ruido (R) Falsa alarma Rechazo correcto Tabla 1. Matriz de confusión

Las dos filas de la matriz representan los dos estados del mundo a detectar: señal (SR) o ruido (R). Las dos columnas recogen las dos posibles respuestas: sí o no. Además, también muestra el nombre particular que reciben cada 1 de los cuatro posibles resultados. Así, un acierto tiene lugar cuando el experimentador presenta la señal y el observador dice sí.

En una situación de detección, el experimentador determina la proporción de ensayos en que se presenta la señal y el ruido. Técnicamente, diremos que determina las probabilidades a priori. Obsérvese que si el número de ensayos viene ya determinado por el experimentador, entonces, si la proporción de aciertos es igual a "p", la proporción de fallos será igual a "1 - p". Lo mismo ocurre en el caso del ruido: si la proporción de falsas alarmas es "q", entonces la proporción de rechazos correctos es igual a "1 - q". Por tanto, la matriz de confusión tiene dos grados de libertad, ya que es suficiente que conozcamos un