Grundlagen der Psychophysik

Grundlagen der Psychophysik
Grundlagen der Psychophysik
Marino Menozzi & Adrian Schwaninger
Einleitung
Einleitung und Klassische Methoden
Die Anfänge der Psychophysik
Einleitung
Gustav Theodor Fechner (1801-1887)
Philosophische Überlegungen
1801
1817
1823
• Phänomenales und Physikalisches
• Das Leib
-
Seele Problem
Die Anfänge der Psychophysik
• Wichtigster Vorläufer: E.H. Weber
• Begründer der Psychophysik: G.T. Fechner
• Psychophysik und heutige Wissenschaften
Klassische Methoden zur Messung
von Empfindungsschwellen
• Grenzverfahren (method of limits)
• Konstanzverfahren (m. of constant stimuli)
in der Niederlausitz geboren
Studienbeginn in Leipzig
Doktor der Philosophie und Magister
der freien Künste
1824 Habilitation Praemissae ad theoriam
organismi generalem
…..
Übersetzungen, Aufsätze, Lexika
1824 - 1838 ca. 48'000 Druckseiten
1834 Ordentlicher Professor für Physik
1838-43 Augenleiden, Depression
1850 Einsicht am 22. Oktober (Fundamentalformel)
1851 Zend Avesta (3 Bände)
1858 Das psychische Mass: „Psychophysik“
1860 Elemente der Psychophysik
1887 Büchlein vom Leben nach dem Tode,
Fechner stirbt im selben Jahr
• Herstellungsverfahren (m. of adjustment)
Grundlagen der Psychophysik
2.1
Grundlagen der Psychophysik
2.2
Grundlagen der Psychophysik
Grundlagen der Psychophysik
Einleitung
Einleitung
Die Anfänge der Psychophysik
Die Anfänge der Psychophysik
Äussere und innere Psychophysik
Definition Psychophysik (G.T. Fechner)
“Unter Psychophysik verstehe ich überhaupt
eine Lehre von den Beziehungen zwischen
Körper und Seele, welche auf der Verbindung
des physischen und psychischen Masses fusst,
und sich dadurch in die Reihe exacter Lehren
stellt.”
“Ich unterscheide eine äussere und eine innere
Psychophysik, jenachdem es sich um die
Beziehungen der Seele zu der körperlichen
Aussenwelt oder der körperlichen Innenwelt
handelt.”
Erleben
Äussere
Psychophysik
Innere
Psychophysik
Reiz
Nervensystem
(Fechner, Das psychische Mass, 1858, S.21)
Sinnesphysiologie
Grundlagen der Psychophysik
2.3
Grundlagen der Psychophysik
2.4
Grundlagen der Psychophysik
Grundlagen der Psychophysik
Einleitung
Einleitung
Die Anfänge der Psychophysik
Die Anfänge der Psychophysik
Beispiel für äussere Psychophysik
Beispiel für innere Psychophysik
Verteilung der Zweipunktschwelle
Penfield & Jaspers (1954)
Electrical stimulation
Mittlere Schwelle (mm)
Motor cortex:
movement
Somatosensory cortex:
somatic sensation
Aus Goldstein (1997)
Tastzirkel
Haut
Die Messwerte gehen zurück auf E.H.
Weber (1835). Über den Tastsinn.
Archiv für Anatomie, Physiologie und
wissenschaftliche Medicin, 152-159.
Zweipunktschwelle
(simultane Raumschwelle)
Grundlagen der Psychophysik
(Nach Ramachandran, 1993)
2.5
Grundlagen der Psychophysik
2.6
Grundlagen der Psychophysik
Grundlagen der Psychophysik
Einleitung
Einleitung
Die Anfänge der Psychophysik
Die Anfänge der Psychophysik
Äussere und innere Psychophysik und
heutige Wissenschaften
Fechner schreibt rückblickend über die Zeit
bevor er die Psychophysik begründet hatte:
„Die Lehre von den Beziehungen zwischen
Körper und Geist oder Leib und Seele ist bis
jetzt fast blos ein Feld philosophischen
Streites ohne festes Fundament und ohne
sichere Principien und Methoden für den
Fortschritt der Untersuchung geblieben.“
Erleben
Psychologie
äussere Psychophysik
innere Psychophysik
Wahrnehmungspsychologie
Neuropsychologie
Psychophysiologie
Reiz
Physik
Grundlagen der Psychophysik
Fechner (1860, I, S.1)
Nervensystem
Sinnesphysiologie
Physiologie
2.7
Grundlagen der Psychophysik
2.8
Grundlagen der Psychophysik
Grundlagen der Psychophysik
Einleitung
Einleitung
Die Anfänge der Psychophysik
Die Anfänge der Psychophysik
Formulierung des Webergesetzes (Fechner, 1860)
“Das Anwachsen des kläglichen Vermögens eines
armen Teufels um einen Thaler ist deutlich merkbar, der
gleiche numerische oder objektive Zuwachs zum
Vermögen eines Millionärs liegt unterhalb der Schwelle
des Merklichen. Es muss wohl Wert von Wert
unterschieden werden, und so findet man bei Laplace
eine valeur absolue und eine valeur relative.”
(Fechner, 1860, S.236)
Entwicklung des Fechnergesetzes
“Kurz, obwohl recht zu verstehen, wird man
also sagen können, die psychische Intensität
ist der
Logarithmus
der zugehörigen
physischen
Intensität,
schreitet
in
arithmetischem Verhältnisse fort, wenn diese
in geometrischem”
(Fechner, Zend
- Avesta, 1851, II, S.375)
Empfindungen (arithmetische Reihe)
400g
410g
800g
R
∆R = 10g
R
820g
∆R = 20g
Nach Goldstein (1997)
∆R
= const.
R
Grundlagen der Psychophysik
Reizintensitäten (geometrische Reihe)
“Diess ist das Weber’sche Gesetz”
(Fechner, 1860, II, S.10)
2.9
(Nach Gescheider, 1997)
Grundlagen der Psychophysik
2.10
Grundlagen der Psychophysik
Einleitung
Einleitung
Die Anfänge der Psychophysik
Die Anfänge der Psychophysik
Eingeschränkter Gültigkeitsbereich des
Webergesetzes
(arithmetische Reihe)
Fechnergesetz
E = K * lnR + C
Graph mit K = 1 und C = 0
Weberkonstante (∆
∆ R/R)
Empfindung E
Grundlagen der Psychophysik
Reizintensität R (geometrische Reihe)
Herleitung des Fechnergesetzes aus dem Webergesetz (Fechner, 1860)
(1) Webergesetz
c = ∆R/R
(2) Postulat: c = ∆E (eben merklicher Empfindungsunterschied)
∆E = ∆R/R
(3) “Mathematische Hülfsprincip”: ∆ d
dE = K * dR/R
Fundamentalformel (--> Fechnertag)
(“Am 22. Oct. 1850 Morgens im Bette”, Fechner, 1860, II, S.554)
(4) Integration
Aus
dE/dR = K* 1/R
Gewicht des Standardreizes (g)
erhält man durch Integration:
Nötiger Reizzuwachs (∆R/R) für das
gehobener Gewichte. (Nach Engen, 1971).
E = K * lnR + C
Fechnergesetz
Weil gilt: dE/dR = E‘= f‘(R); sowie: (lnR)‘ = 1/R
Grundlagen der Psychophysik
2.11
Grundlagen der Psychophysik
unterscheiden
2.12
Grundlagen der Psychophysik
Grundlagen der Psychophysik
Einleitung
Klassische Methoden
Die Anfänge der Psychophysik
Verfahren nach Fechner (1860)
Empfindungsschwellen
Über 100 Jahre nach Fechner...
Absolute Schwelle (Reizlimen, RL)
Kleinste feststellbare Reizintensität.
Sensation magnitude
Unterschiedsschwelle (Differenzlimen, DL)
Kleinste feststellbare Differenz zwischen zwei
Reizintensitäten.
Klassische Methoden zur Messung von
Empfindungsschwellen (nach Fechner, 1860)
Stevensgesetz
E=
• Grenzverfahren (method of limits)
Methode der eben-merklichen Unterschiede
K*Rn
• Konstanzverfahren (method of constant stimuli)
Methode der richtigen und falschen Fälle
Stimulus intensity
• Herstellungsverfahren (method of adjustment)
Methode der mittleren Fehler / Reizfindung
Nach Stevens (1962)
Grundlagen der Psychophysik
2.13
Grundlagen der Psychophysik
2.14
Grundlagen der Psychophysik
Grundlagen der Psychophysik
Klassische Methoden
Klassische Methoden
Grenzverfahren
Grenzverfahren
Grenzverfahren (method of limits)
Grenzverfahren (method of limits)
Bestimmung der absoluten Schwelle (Reizlimen, RL)
Reizintensität
Absteigende Trials
Schwelle
Aufsteigende Trials
Trials
Vorteil:
• Hohe Effizienz
(Aus Gescheider, 1997)
Störgrössen:
• Adaptation, Habituation, Erwartungsfehler
Kurze Trials, Startpunkt variieren
• Bei DL: Ort- bzw. Zeitfehler
Counterbalancing
Grundlagen der Psychophysik
RL = Mittelwert der Übergangswerte Li
Li
A
D
Übergangswert (transition point)
ascending
descending
Li =
2.15
Grundlagen der Psychophysik
Y
N
Yes
No
RYi + RN i
2
2.16
Grundlagen der Psychophysik
Übung Grenzverfahren (method of limits)
Klassische Methoden
Grenzverfahren
Bestimmung der absoluten Schwelle (Reizlimen, RL)
Grenzverfahren (method of limits)
Bsp
A
D
A
D
A
D
A
D
A
D
A
D
L
Y
Y
Y
Y
Y
Y
N
Stimulus Intensity
Bestimmung der Unterschiedsschwelle (Differenzlimen, DL)
Ascending/Descendig
Starting point
Location / Order
Transition points Li
RL
RL = Mittelwert der Übergangswerte Li (transition points)
(Aus Gescheider, 1997)
IU = L u − L l
A
D
IU
PSE
DL
DL =
ascending
descending
interval of uncertainty
point of subj. equality
differenzlimen
Grundlagen der Psychophysik
IU
2
PSE =
G
E
L
Lu
Ll
L u + Ll
2
Li =
greater
equal
lower
upper limen
lower limen
A
D
Li
2.17
Grundlagen der Psychophysik
RYi + RNi
2
ascending
Y
descending
N
Übergangswert (transition point)
Yes
No
2.18
Übung Grenzverfahren (method of limits)
Bestimmung der Unterschiedsschwelle (Differenzlimen, DL)
Ascending/Descendig
Starting point
Location / Order
Bsp
A
D
A
D
A
D
A
D
A
D
A
D
L
Stimulus Intensity
G
G
G
E
E
E
E
E
E
L
Upper Limen Lu
Lower Limen Ll
Mean Lu
Mean Ll
IU
IU = L u − L l
A
D
IU
PSE
DL
Grundlagen der Psychophysik
DL
PSE
DL =
IU
2
ascending
descending
interval of uncertainty
point of subj. equality
differenzlimen
PSE =
G
E
L
Lu
Ll
Lu + Ll
2
greater
equal
lower
upper limen
lower limen
2.19