Méthodes en psychophysique

F(x,y,t) Stimulus L(x,y,t) Sensation 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) Stimulus L(x,y,t) Sensation Boite noire Modèle du Stimulus Modèle Perceptif Modèle Décisionnel Opérationalisation Méthodes Consigne Tâche Modèles initiaux Hypothèses Analyses Statistiques: Variabilité intra & interindividuelle Données expérimentales Temps de réponse Réponses correctes etc.

Une (très) brève histoire de la Psychophysique 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 sensation Mais aussi Helmoltz (1821-1894), Wundt (1832-1920), etc… Seuils & Lois psychophysiques: Loi de Ricco: sommation spatiale Int. x Aire = K Intensité seuil temps Loi de Bloch : sommation temporelle Int. x Durée = K

Loi de Ricco: sommation spatiale Loi 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/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.. Log (Fréquence Spatiale) Log (Contraste) Paradigmes: Adaptation/Habituation Masquage Priming, amorçage Recherche visuelle Visual Search RSVP Etc…

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) Log (Contraste)

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

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

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)

Chronométrie mentale Stimulus I(x,y,t) Traitement(s) F(I(x,y,t)) Réponse R (t) 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.

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: exemples

Chronométrie : exemples (suite)

Détection = Stimulus + Traitement + Décision + Réponse

« 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 »

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

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 ?

J. Zanker 1999: Bruit endogène vs. Bruit exogène

Fonction de transfert Optique, champ récepteur et analyse de Fourier

Modèle du stimulus et Champ Récepteur: Réponse

Centre excitant la cellule Lorsqu’il est éclairé 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

Transformée de Fourier Synthèse Analyse

Transformée de Fourier Image Spectre d’energie

Modèle du stimulus et Champ Récepteur:

Modèle du stimulus et Champ Récepteur:

Décomposition fréquentielle et Transformée de Fourier:

Modèle du stimulus, Champ Récepteur, Analyse Fréquentielle:

Image naturelle Image rétinienne

Recherche Visuelle (visual search)