Curs Psihofizica 0809
-
Upload
popa-florin -
Category
Documents
-
view
131 -
download
0
Transcript of Curs Psihofizica 0809
(cele dou X-uri au aceeasi culoare)
Sumar
1. Definiia psihofizicii 2. Msurarea obiectiv a triei senzaiilor 3. Legea Weber - Fechner 4. Legea puterii 5. Codificarea parametrilor excitanilor frecv, ampl 6. Elemente de psihofizica auditiva 7. Elemente de psihofizica vizuala
1. Definitia psihofizicii
Psihofizica este o ramura a biofizicii
care studiaza relatiile dintre
excitantii de natura fizico-chimica (stimuli) si senzatiile si perceptiile pe care acestia le provoaca.
1. Definitia psihofizicii
Psihofizica clasica studiaza modul de obiectivare al senzatiilor(ex: care cerc este mai intunecos si cu cat?) care obiect este mai greu? ce sunet este mai intens?
Psihofizica moderna studiaza si modul de formare si obiectivare al perceptiilor(ex: liniile pe care le vad sunt drepte? ceea ce vad este un sarpe sau o franghie? ceea ce aud este un cuvant sau un zgomot?)
2. Msurarea obiectiv a triei senzatiilorExemple de relatii stimul-senzatie: a) Pentru ca unui observator sa i se para ca lumina data de 10 becuri a fost redusa la jumatate, este necesar sa se stinga 9 becuri.
acum este 50% umbra
b) Pentru ca unui om care tine in mana o greutate sa i se para ca aceasta s-a injumatatit, ea trebuie redusa cu numai 38% etc.
!
Intre intensitatea stimulului excitant si taria senzatiei provocate NU exista o relatie de proportionalitate directa.
2. Msurarea obiectiv a triei senzatiilorScara a senzatiilor: - incepe cu o limita inferioara zero care corespunde amplitudinii minime a stimulului care mai poate inca genera o senzatie (stimul prag sau prag inferior al excitantului) -se termina cu o limita superioara ce corespunde unui stimul care nu mai poate fi perceput, fie pentru ca a depasit posibilitatile organului de simt, fie pentru ca provoaca durere sau saturatie (prag superior al excitantului). Unitatea de masura a tariei senzatiei corespunde intervalului minim dintre intensitatile a doi stimuli de valori apropiate dar perceputi ca distincti.
Scara de tarie a senzatiei se realizeaza pe baza datelor culese de la un numar cat mai mare de oameni tineri si sanatosi, din ambele sexe; aceste date sunt, apoi, prelucrate statistic.
3. Legea Weber-FechnerWeber si Fechner au descoperit ca exist o relatie consistenta intre taria senzatiei si intensitatea excitantului. Weber a aratat ca ceea ce se percepe este nu diferenta absoluta E dintre intensitatile E ale excitantilor ci raportul dintre aceasta diferenta si intensitatea excitantului (E / E).
Acest raport se mai numeste diferenta relativa intre intensitatile excitantilor sau putere de rezolutie a organului de simt respectiv.
Weber a constatat experimental constanta puterii de rezolutie a organelor de simt (E/E = ct), pe un interval de valori.
3. Legea Weber-FechnerLegea Weber-Fechner stabileste relatia dintre taria senzatiei si intensitatea excitantului. Fechner arata ca variatiei relative a intensitatii excitantului (E/E) ii corespunde o variatie S a tariei senzatiei : S = k E/E sau dS = k dE/E unde dS si dE sunt variatii infinitesimale ale tariei senzatiei (dS) si ale intensitatii excitantului (dE) iar E este intensitatea excitantului. Prin integrare se obtine :
S = k ln E
4. Legea puterii
Exista situatii in care legea Weber-Fechner nu este respectata (dimensiunea unei drepte, intensitatea perceputa a unui soc electric, etc) S = k En Aceasta este legea puterii (legea lui Stevens) care, ca si legea Weber-Fechner, leaga taria senzatiei de intensitatea excitantului.
5. Codificarea parametrilor excitantilorA) Codificare in frecventa B) Codificare spatiala (in localizare) C) Codificare temporala (ordinea in care sosesc trenuri de spikeuri)
Stimulul fizic este codificat si informatia este transmisa de sistemul nervos sub forma de trenuri de impulsuri nervoase on-off (spikes)
5. Codificarea parametrilor excitantilorA) Codificare in frecventa INTENSITATEA stimulilor (excitanilor de orice natur) este codificat n frecvena impulsurilor sosite la nivelul scoarei cerebrale. Tria senzaiilor este apreciat dup frecvena cu care sosesc impulsurile nervoase pe scoara cerebral.
Intensitatea strlucirii obiectelor se codific n frecvena impulsurilor nervoase care ajung la nivelul scizurii calcarine a scoarei cerebrale.
Ex: biopotentiale retina
5. Codificarea parametrilor excitantilorA) Codificare temporala (in frecventa) INTENSITATEA stimululilor (excitanilor de orice natur) este codificat n frecvena impulsurilor sosite la nivelul scoarei cerebrale. Tria senzaiilor este apreciat dup frecvena cu care sosesc impulsurile nervoase pe scoara cerebral.
Intensitatea semnalelor acustice se codific n frecvena impulsurilor nervoase sosite pe calea fibrelor nervului auditiv.
5. Codificarea parametrilor excitantilorB) Codificare spatiala (localizarea grupului de neuroni care prelucreaza spikeurile) Receptorii specializati ai organului de simt au zone de proiecte corticala bine definte pentru diverse caracteristici fizice Exemplu1 : Forma i dimensiunea obiectelor se codific spaial. Culoarea obiectelor este codificat spaial. Pozitia obiectelor: atat spatial cat si temporal Deprtarea la care se afl obiectele se codific n frecvena impulsurilor nervoase sosite de la proprioceptorii muchilor globilor oculari.unde?
ce anume?
5. Codificarea parametrilor excitantilorB) Codificare spatiala (localizarea grupului de neuroni care prelucreaza spikeurile) Receptorii specializati ai organului de simt au zone de proiecte corticala bine definte pentru diverse caracteristici fizice Exemplul2 Frecvena fundamental i compoziia n frecvene a semnalelor acustice se codific spaial, deoarece diferitelor frecvene acustice le corespund regiuni diferite ale melcului.
5. Codificarea parametrilor excitantilorC) Codificare temporala (ordinea in care sosesc informatii de la receptori diferiti)
Exemplul Direcia de unde vine semnalul acustic se codific temporal, deoarece semnalul acustic nu ajunge n acelai moment la cele dou urechi
Inainte de a trece la elemente de psihofizica auditiva si vizuala, consideram utila reamintirea catorva notiuni legate de oscilatii, compunerea si descompunerea acestora
Unda, frecventa, amplitudine Sumare de frecvente Descompunere in frecvente cu ex: analiza Fourier
Unda, frecventa, amplitudine
Amplitudine
T (Perioada) in secunde Frecventa in Hz (F=1/T)
Sumare de unde simple => unde complexe
+
=
+
=
Orice unda complexa poate fi descompusa (aproximativ) in frecventele fundamentale (Analiza Fourier discreta)
Frecventa fundamentala
Frecvente adaugate
Spectrul de frecvente informatii despre undele componente si amplitutdinea lor
Frecventa fundamentala
Frecvente adaugate
Amplitudine (dB)
Frecvente (Hz)
Exemplu de spectrograma pe o perioada mai mare de timp Vocala o (dB / timp)
Spectrograma corespunzatoare
LIVE demo: 1. Wavelab, Audacity
2.Winamp
6. Elemente de psihofizica auditiva
Noiuni de psihoacustic Caracteristicile sunetului auzit
A. nlimea tonal B. Tria sonor C. Timbrul
A. NLIMEA TONAL A SUNETULUI AUZIT nlimea tonal a unui sunet este componenta senzaiei auditive asociat cu frecvena semnalului acustic, aa cum tria sonor este componenta asociat cu intensitatea acestuia
Divizarea spectrului sonorDivizare elementar bazat pe frecven: < 150 Hz - grave extreme 150 Hz 400 Hz grave 400 Hz 1.500 Hz medii 1.500 Hz 3.500 Hz nalte > 3.500 Hz - nalte extreme
LIVE demo: Winamp
Divizarea spectrului sonorIntervale muzicale: Gama cromatic - octava divizat n semitonuri:
= 0 2
12
n
n = 1, 2, ..., 12 i 0 frecvena primei note a octavei (1953- frecvena notei la a octavei a treia (la3) este fixat la 440 Hz) Ex. de octav (octav armonic): 16-32 Hz Savart - unitate de nlime tonal
Selectivitatea n frecven i curbele psihoacustice de acord Proprietatea urechii de a distinge mai multe frecvene prezente simultan se numete selectivitate sau rezoluie n frecven. Curbele psihoacustice de acord Scderea rezoluiei n frecven constituie prima manifestare a presbiacuziei
Codificarea nlimii tonale Codificarea spaial Codificarea temporal - croma
Animatie: mmbr bazilara la diverse frecvente
Msurarea senzaiei de nlime tonalScara melilor - Melul: unitatea de masura a inaltimii tonale percepute
Curba logaritmica (vezi legea Weber-Fechner)
B. Tria sonor
Ct de intens percepem un sunet dat?
Reeaua de linii izosonice
Reeaua de linii izosonice normalizate (dup Robinson i Dadson). MAF - curba normalizat a pragului absolut de audibilitate n cmp liber.
PraguriPrag absolut de audibilitate (normal) Prag dureros Prag diferenial Aria normal de audibilitate (arie auditiv, cmp auditiv)
Cmpul auditiv (aria auditiv)
Nmaxim = 120 dB; Nminim = 0 dB
Scara fonilor i scara sonilor(Scri fizice i scri de senzaie) Fonul exprim nivelul de izosonie. Scara fonilor coincide cu scara decibelilor pentru un sunet de 1.000 Hz. Fonul reprezint un indice de trie sonor Scara de senzaie prin care se evalueaz tria sonor este scara sonilor
S=2(F-40)/10F - nivelul de izosonie n foni
Praguri de detecie i praguri de discriminare a intensitii sonore Prag de audibilitate, prag normal de audibilitate Examen curent: - clinic- audiometrie clinic, pentru explorarea funciei auditive n vederea diagnosticrii i evalurii deficienelor auditive - protezarea auditiv- audiometrie protetic, n scopul orientrii i adaptrii protezelor auditive Presbiacuzie - ridicarea pragului de audibilitate, n special n domeniul frecvenelor nalte Pierdere de 25 dB - degradare semnificativ a inteligibilitii vorbirii
Codificarea senzaiei de intensitate sonor 1) frecvena impulsurilor nervoase care se propag prin fibrele nervului auditiv; 2) creterea numrului de fibre excitate 3) existena neuronilor cu praguri de excitare diferite
C. TIMBRULTimbru - component a senzaiei auditive care permite s se diferenieze dou sunete care au aceeai nlime tonal i aceeai trie sonor Este corelat cu distribuia spectral a semnalului acustic Ali parametri care contribuie la timbru: modularea n amplitudine evoluia intensitii n perioadele tranzitorii, de formare i stingere a sunetului
Exemple de spectre sonore
Spectrul sunetului unui clopot. . Spectre de linii ale unor sunete complexe emise de vioar i corn: (a) vioar coarda re3; (b) vioar coarda la3; (c) corn nota re3 (d) corn nota la3
Spectrul coardei mi a unei viori
nlimea tonal a sunetelor complexe senzaia de nlime tonal produs de un sunet periodic complex este determinat de frecvena fundamental fenomenul fundamentalei absente
LIVE demo: Reducerea amplitudinii unor frecvente nu scade inteligibilitatea sunetului
Elemente de psihofizica vizuala
A. Contrast B. Frecventa spatiala C. Forma
Stimulii vizuali pot fi interpretati ca sume de frecvente spatiale
frecv. spatiale inalte
frecv. spatiale joase
Elemente de psihofizica vizualaA. Contrast B. Frecventa spatiala
Curba de sensibilitate la contrast
Elemente de psihofizica vizualaPerceptia precisa a formelor si marginilor Acuitate vizuala
Optotip Snellen Acuitate vizuala normala se noteaza cu 1.00 sau cu un raport (ex: 20/20 sau 6/6)
Acuitatea vizuala scazuta: se noteaza cu o cifra subunitara (ex. 0.9)
Psihofizica moderna
Elemente de psihofizica vizuala
zonele centrale au intensitati luminoase diferite?
Elemente de psihofizica vizuala
Iluzie senzoriala: datorata inhibitiei laterale in retina (cel. orizontale, amacrine): percepem un contrast mai mare decat cel existent fizic
Elemente de psihofizica vizuala
Gridul Hermann: Iluzie senzoriala datorata inhibitiei laterale in retina + variatiei dimensiunilor campurilor celulelor receptoare (vedere mai buna centrala)
Elemente de psihofizica vizuala
Difera marimea celor doua doamne?
Elemente de psihofizica vizuala
Iluzie perceptuala in segemntul central al analizatorului (nu in retina!) Integram stimulii vizuali actuali cu experienta anterioara de viata
Elemente de psihofizica vizuala
Zonele A si B au culori diferite?
Elemente de psihofizica vizuala
Combinatie: iluzie senzoriala + iluzie perceptuala
Vederea este un proces creativ
Au cele 2 zone aceeasi culoare?
Vederea este un proces creativ
Vederea este un proces creativ
Elemente de psihofizica vizuala
Fenomen de organizare spontana: percepem linii care nu exista
Elemente de psihofizica vizuala
Fenomen "fill-in" bi-dimensional: percepem o forma care nu exista in realitate (fenomen foarte util in viata cotidiana)
Elemente de psihofizica vizuala
Nakayama and Shimajo 1990, dupa Bregman 1981
Ce reprezinta formele ? (exemplu de fill-in util)
Elemente de psihofizica vizuala
Nakayama and Shimajo 1990, dupa Bregman 1981
Ce reprezinta formele ? (exemplu de fill-in util)
Elemente de psihofizica vizuala
Fenomen "fill-in" tridimensional: percepem o forma 3D care nu exista in realitate (integrare locala corecta; ansamblul este eronat)
Sursele imaginilor folositeO mare parte din imagini sunt produse de Catedra de Biofizica Medicala a UMF Carol Davila Bucuresti; ele pot fi folosite liber, pentru scopri didactice sau educationale (CreativeCommons Lic.). Lista completa acestor imagini poate fi gasita la sediul catedrei.Restul imaginilor sunt folosite ca citari din:
- Netter Atlas of Human Anatomy, C.G. Edition - Principles of Neural Science, E. Kandel, Ed 4. - ICO's Principles and Guidelines of a Curriculum for Ophthalmic Education of Medical Students, www.icoph.org/med/ - Cursul de optica biologica al "Physics Department of Texas University" - Imagini sub licenta C.C. preluate de la wikipedia.org, wikimedia.org - Lectii interactive de Biologie, ed. 1, manual interactiv produs de Intuitext.ro - Pentru o parte din imagini, autorul articolului este citat in partea de jos imaginii.
Demonstratiile de anliza sonora au fost realizate cu: -programul Audacity (opensource, gratuit) sau Steinberg Wavelab Demonstratii de spectrograme in timp real, generare de sunete -programul Winamp (freeware), cu plug-in-urile ToneGenerator (in_tone.dll) si OpenGLplugin (waog.dll)
Observatie: animatiile folosite in timpul cursului nu sunt incluse in .pdf