Teoria della detezione del segnale

1
Introduzione
1
Matrix ci dice…
“Cosa è reale? Come
definisci cosa è reale? Se
per reale intendi quello che
puoi vedere, sentire,
toccare, odorare, beh allora
la realtà è composta
semplicemente da segnali
elettrici interpretati dal tuo
cervello. Questo è il mondo
che tu conosci.”
—Morpheus’ answer to Neo
in The Matrix, 1999
1
Percezione e senso di realtà
• “L’allegoria della caverna” di Platone (380 BCE)
1
Sistemi percettivi e spinte evolutive
• La percezione e l’idea della realtà che abbiamo sono
il prodotto dell’evoluzione
– Sopravvivenza
– Il tipo di energia disponibile nell’ambiente
determina quali modalità sensoriali vengono
sviluppate
1
Sistemi percettivi e spinte evolutive
• Alcuni tipi di animali percepiscono stimoli che noi
umani non percepiamo:
– Le api percepiscono i raggi ultravioletti
– I serpenti a sonagli percepiscono le radiazioni
infrarosse
– Cani e gatti possono udire suoni a frequenze più
alte di quelle udibili dagli umani
– Uccelli, tartarughe e anfibi utilizzano i campi
magnetici per la navigazione
– Gli elefanti possono udire suoni a frequenze molto
basse, frequenze che loro utilizzano per
comunicare
1
Some Animals are Able to Sense Stimuli that Humans Cannot
1
Eraclito: tutto cambia continuamente
• Eraclito (540–480 BCE): “Nessun uomo può bagnarsi
due volte nello stesso identico fiume”
– Tutto cambia continuamente
– L’idea è che l’osservatore non possa percepire un
evento nella stessa identica maniera ogni
volta.Non conte soltanto la forme di energia alla
base della stimolazione ma anche lo stato
dell’osservatore.
1
Percezione e adattamento
• L’idea che il mondo esterno cambi continuamente è
anche importante a livello percettivo per un altro
aspetto, quello dell’adattamento
• Adattamento: Una riduzione nella risposta causata
da una precedente o da una attuale stimolazione
1
Democrito e gli atomi della materia
• Democrito (460–370 BCE): Il mondo è formato da
atomi che collidono l’un l’altro e la sensazione è
causato dal contatto di tali atomi con gli organi di
senso
– La percezione è il risultato dell’interazione fisica
fra il mondo esterno ed il nostro corpo
– Viene sviluppata l’idea di qualità primarie e qualità
secondarie
1
Il dualismo di Cartesio
Cartesio (1596–1650) e la visione dualistica del mondo: il corpo
fisico res extensa e la mente res cogitans
1
Il dualismo di Cartesio
• Dualismo mente-corpo: Proposto per la prima volta
da Cartesio, questa idea pone l’esistenza di due
principi distinti: lo spirito/anima e la materia/corpo
1
Il Materialismo
• Materialismo: E’ l’idea secondo cui solo la materia
fisica è reale ed ogni cosa, inclusa la mente, può
essere spiegata in termini di fenomeni fisici. Il
Materialismo è un tipo particolare di monismo
1
L’empirismo
• Empirismo: E’ l’idea per cui l’esperienza che si
ottiene attraverso gli organi di senso è l’unica fonte di
conoscenza reale
1
Hobbes
• Hobbes (1588–1678) credeva che tutto quello che
poteva essere conosciuto o addirittura immaginato
doveva essere imparato attraverso i sensi
1
Locke
• Locke (1632–1704) cercò di spiegare come tutti i
pensieri anche quelli molto complessi potessero
essere costruiti partendo dall’esperienza sensoriale
dei soggetti
1
Che cosa è la psicofisica
• Psicofisica: La scienza che definisce relazioni
QUANTITATIVE tra gli eventi fisici e psicologici (cioè
soggettivi)
1
Weber
• Weber (1795–1878) scoprì che il più piccolo
cambiamento nelle caratteristiche di un oggetto (per
esempio il suo peso) che si riesce a percepire è una
proporzione costante del livello di stimolazione —
“Legge di Weber”
1
La differenza appena percepibile
• JND (Just Noticeable Difference): La più piccola
differenza percepibile tra due stimoli, o il minimo
cambiamento in uno stimolo che si può correttamente
giudicare come diverso da uno stimolo di riferimento
(reference stimulus). La JND è anche conosciuta
come soglia delle differenze
1
La legge di Weber
• E’ il rapporto tra la soglia differenziale e l’intensità
dello stimolo. Intuitivamente maggiore è lo stimolo e
maggiore è la soglia differenziale
1
Dalle lezioni del Prof.Walter Gerbino (università di Trieste)
1
Andamento teorico per la legge di Weber
Da G.A.Gescheider
“Psychophysics: the
fundamentals” (1997)
In realtà la legge fallisce
per valori dello stimolo
molto bassi in cui il
valore di k cresce. La
ragione potrebbe essere
una specie di rumore
interno a livello
cerebrale
1
Andamenti reali per la legge di Weber
Da G.A.Gescheider “Psychophysics: the
fundamentals” (1997)
1
Fechner
• Fechner (1801–1887) inventò la psicofisica da tutti
riconosciuta come il punto di partenza della
psicologia sperimentale
– I suoi pionieristici lavori riguardavano la relazione
fra cambiamenti nel mondo fisico e cambiamenti
nella nostra esperienza (psicologica) percettiva
1
Fechner law
• La legge di Fechner: E’ un principio che descrive la
relazione fra la grandezza della stimolazione e quella
della sensazione da questa creata. In particolare la
legge di Fechner dice che la dimensione della
sensazione soggettiva cresce in maniera
proporzionale al logaritmo dell’intensità della
stimolazione.
1
Legge di Weber-Fechner
  clog 
1
Dalla legge di Weber a quelle di Fechner
1
Fechner’s Law
1
La legge di Fechner è una legge logaritmica
jnd in funzione del log naturale
dello stimolo
jnd in funzione dello stimolo
25
25
20
20
15
15
jnd
10
jnd
10
5
5
0
0
0
0
100
200
300
400
500
600
0.5
1
1.5
2
2.5
3
1
I tipi di soglie
• Soglia assoluta (Inglese absolute threshold): la
più piccola quantità di energia dello stimolo
necessaria a produrre una sensazione cioè il più
piccolo stimolo rivelabile
• Soglia differenziale (Ing. difference threshold): la
variazione in uno stimolo necessaria a produrre
una differenza appena percepibile nello stimolo
(JND, just noticeable difference), cioè la più piccola
differenza discriminabile tra due stimoli
1
Esempi di soglie assolute e differenziali
Vediamo degli esempi dei due tipi di soglie
Lo vedi?
Soglia assoluta
Qual è il più
grande?
Soglia
differenziale
1
Soglie assolute
Visione
La fiamma di una candela in una notte serena
e priva di luna a 48 km di distanza.
Udito
Il ticchettio di un orologio meccanico a 6 m di
distanza in un ambiente silenzioso.
Gusto
Un cucchiaino di zucchero in 9 litri di acqua.
Olfatto
Una goccia di profumo in un appartamento di
3 grandi stanze.
Tatto
L’ala di un’ape che cade sulla guancia
dall’altezza di 1 cm.
da Galanter E. (1962) "Contemporary Psychophysics" in New Directions in
Psychology edited by Brown, R., Galanter, E., Hess, E.H. and Mandler,G.
Published by Holt, Rinehart and Winston, NY.
1
I metodi per misurare le soglie
• Metodi psicofisici:
– Metodo dei limiti
– Metodo degli stimoli costanti
– Metodo dell’aggiustamento
– Stima della grandezza (Magnitude estimation)
1
Method of Limits
1
Method of Constant Stimuli
1
Method of adjustment for
measuring absolute thresholds
threshold
estimate
descending
ascending
• Adjustment: by a real or a software
device (e.g. knob, slider)
• Threshold estimate: final
intensity value
• Descending: initial
intensity is well below
expected threshold;
adjusted to just visible
• Ascending: initially well
above threshold;
adjusted to just invisible
• Ascending and
descending task repeated
several times and results
averaged
• Similar to method of limits
but observers find it
easier
1
Il metodo della magnitude estimation
Con il metodo della stima della grandezza si chiede al
soggetto una volta sottoposto ad una certa
stimolazione di valutare l’intensità di questa
stimolazione. La stima può essere fatta su una scala
totalmente arbitraria o su parametri definiti dallo
sperimentatore.
1
Stevens law
• Stevens e la legge potenza: Essa descrive la
relazione tra la grandezza dello stimolo e la
grandezza della risultante sensazione: la grandezza
della percezione soggettiva è proporzionale alla
grandezza della stimolazione elevata ad un
esponente
1
Stevens law
1
La teoria della detezione del segnale
• Teoria della detezione del segnale (Signal
Detection Theory): Teoria psicofisica che quantifica
la risposta di un osservatore alla presentazione di un
segnale in presenza di rumore.
1
La teoria della detezione del segnale
1
La teoria della detezione del segnale
1
La teoria della detezione del segnale
1
La teoria della detezione del segnale
1
Receiver Operating Characteristics (ROC)