psihofiz

7/22/2019 psihofiz

1/59

(cele douX-uri au aceeasi culoare)

Catedra de Biofizica Facultatea de Medicina Generala

UMF Carol Davila Bucuresti

7/22/2019 psihofiz

2/59

SumarSumar

1. Definiia psihofizicii2. Msurarea obiectiv a triei senzaiilor

3. Legea Weber - Fechner

4. Legea puterii5. Codificarea parametrilor excitanilor frecv, ampl

6. Elemente de psihofizica auditiva

7. Elemente de psihofizica vizuala

7/22/2019 psihofiz

3/59

1. Definitia psihofizicii1. Definitia psihofizicii

Psihofizica este o ramura a biofizicii

care studiaza relatiile dintre

excitantii de natura fizico-chimica (stimuli)

si senzatiile siperceptiile pe care acestia le provoaca.

7/22/2019 psihofiz

4/59

Psihofizica clasica

studiaza modul de obiectivare al senzatiilor(ex: care cerc este mai intunecos si cu cat?) care obiect este maigreu? ce sunet este mai intens?

1. Definitia psihofizicii1. Definitia psihofizicii

Psihofizica modernastudiaza 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 uncuvant sau un zgomot?)

7/22/2019 psihofiz

5/59

2.2. MMsurarea obiectivsurarea obiectiv a ta triei senzatiilorriei senzatiilorExemple de relatii stimul-senzatie:

a) Pentru ca unui observator sa i se para ca lumina data de 10 becuria fost redusa la jumatate, este necesar sa se stinga 9 becuri.

b) Pentru ca unui om care tine in mana o greutatesa i se para ca aceasta s-a injumatatit,ea trebuie redusa cu numai 38% etc.

acum este 50%

umbra

Intre intensitatea stimulului excitant si taria senzatieiprovocate NUNU exista o relatie de proportionalitate directa.!

7/22/2019 psihofiz

6/59

Scara de tarieScara de tarie a senzatiei se realizeaza pe baza datelor culese de laun numar cat mai mare de oameni tineri si sanatosi, din ambele sexe;aceste date sunt, apoi, prelucrate statistic.

Scara a senzatiilor:

- incepe cu o limita inferioara zero care corespunde amplitudinii minimea stimulului care mai poate inca genera o senzatie (sstimul pragtimul pragsauprag inferioral excitantului)

2.2. MMsurarea obiectivsurarea obiectiv a ta triei senzatiilorriei senzatiilor

-se termina cu o limita superioara ce corespunde unui stimul care numai poate fi perceput, fie pentru ca a depasit posibilitatile organului desimt, fie pentru ca provoaca durere sau saturatie (prag superiorprag superioral

excitantului).

Unitatea de masuraUnitatea de masura a tariei senzatiei corespunde intervalului minimdintre intensitatile a doi stimuli de valori apropiate dar perceputi ca

distincti.

7/22/2019 psihofiz

7/59

3. Legea Weber3. Legea Weber--FechnerFechner

Weber a aratat ca ceea ce se percepe este nu diferenta absolutaEdintre intensitatile Eale excitantilor ci raportul dintre aceastadiferenta si intensitatea excitantului (E / E).

Acest raport se mai numeste diferenta relativa intre intensitatileexcitantilor sauputere de rezolutie a organului de simt respectiv.

Weber si Fechnerau descoperit ca exist o relatie consistenta intretaria senzatiei si intensitatea excitantului.

Weber a constatat experimental constanta puterii de rezolutie aorganelor de simt (E/E = ct), pe un interval de valori.

7/22/2019 psihofiz

8/59

Fechner arata ca variatiei relative a intensitatii excitantului (E/E) iicorespunde o variatie Sa tariei senzatiei :

S = kE/E sau

dS = k dE/Eunde dSsi dEsunt variatii infinitesimale ale tariei senzatiei (dS) siale intensitatii excitantului (dE) iarEeste intensitatea excitantului.Prin integrare se obtine :

S = k ln E

Legea Weber-Fechnerstabileste relatia dintre taria senzatiei siintensitatea excitantului.

3. Legea Weber3. Legea Weber--FechnerFechner

7/22/2019 psihofiz

9/59

4. Legea puterii4. 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 legeaWeber-Fechner, leaga taria senzatiei de intensitatea excitantului.

C f

7/22/2019 psihofiz

10/59

5. Codificarea parametrilor excitantilor5. Codificarea parametrilor excitantilor

A) Codificare in frecventa

B) Codificare spatiala (in localizare)

C) Codificare temporala (ordinea in care sosesc trenuri de impulsuri)

Stimulul fizic este codificat si informatia este transmisa de sistemul nervos subforma de trenuri de impulsuri nervoase on-off (spikes)

C f5 C difi t il it til

7/22/2019 psihofiz

11/59

5. Codificarea parametrilor excitantilor5. Codificarea parametrilor excitantilorA) Codificare in frecventa

INTENSITATEA stimulilor (excitanilor de orice natur) este codificat nfrecvena impulsurilor sosite la nivelul scoarei cerebrale.

T

ria senzaiiloreste apreciat

dup

frecven

a cu care sosesc impulsurile

nervoase pe scoara cerebral.

Intensitatea strlucirii obiectelorsecodific n frecvena impulsurilor nervoasecare ajung la nivelul scizurii calcarine ascoarei cerebrale.

Ex: biopotentiale retina

5 C difi t il it til5 C difi t il it til

7/22/2019 psihofiz

12/59

5. Codificarea parametrilor excitantilor5. Codificarea parametrilor excitantilorA) Codificare temporala (in frecventa)

INTENSITATEA stimululilor (excitanilor de orice natur) este codificat nfrecvena impulsurilor sosite la nivelul scoarei cerebrale.

Tria senzaiiloreste apreciat dupfrecvena cu care sosesc impulsurilenervoase pe scoara cerebral.

Intensitatea semnalelor acustice se codific n frecvena impulsurilornervoase sosite pe calea fibrelor nervului auditiv.


7/22/2019 psihofiz

13/59

5. Codificarea parametrilor excitantilor5. Codificarea parametrilor excitantilorB) Codificare spatiala (localizarea grupului de neuroni care prelucreaza spikeurile)

Receptorii specializati ai organului de simt au zone de proiecte corticala binedefinte pentru diverse caracteristici fizice

Exemplu1 :

Forma i dimensiunea obiectelorse codific spaial.Culoarea obiecteloreste codificat spaial.Pozitia obiectelor: atat spatial cat si temporalDeprtarea la care se afl obiectele se codific n

frecvena impulsurilor nervoase sosite de la proprioceptorii muchilorglobilor oculari.undeunde??

cece anumeanume??


7/22/2019 psihofiz

14/59

5. Codificarea parametrilor excitantilor5. Codificarea parametrilor excitantilorB) Codificare spatiala (localizarea grupului de neuroni care prelucreaza spikeurile)

Receptorii specializati ai organului de simt au zone de proiecte corticala binedefinte pentru diverse caracteristici fizice

Exemplul2

Frecvena fundamentali compoziia n frecvene a semnalelor acustice secodific spaial, deoarece diferitelor frecvene acustice le corespund regiunidiferite ale melcului.


7/22/2019 psihofiz

15/59

5. Codificarea parametrilor excitantilor5. Codificarea parametrilor excitantilorC) Codificare temporala (ordinea in care sosesc informatii de la receptori diferiti)

Exemplul

Direcia de unde vine semnalul acustic se codific temporal, deoarecesemnalul acustic nu ajunge n acelai moment la cele dou urechi

7/22/2019 psihofiz

16/59

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

7/22/2019 psihofiz

17/59

, , p

T (Perioada) in secunde

Frecventa in Hz (F=1/T)

Amplitudine

Sumare de unde simple => unde complexe

7/22/2019 psihofiz

18/59

p p

+ =

+ =

Orice unda complexa poate fi descompusa (aproximativ) in frecventele

7/22/2019 psihofiz

19/59

p p p ( p )fundamentale (Analiza Fourier discreta)

Frecventa fundamentala Frecvente adaugate

Spectrul de frecvente informatii despre undele componente si amplitutdinea lor

7/22/2019 psihofiz

20/59

Amplitudine (dB)

Frecventa fundamentala Frecvente adaugate

Frecvente (Hz)

Exemplu de spectrograma pe o perioada mai mare de timp

7/22/2019 psihofiz

21/59

Vocala o(dB / timp)

Spectrogramacorespunzatoare

LIVEdemo:

1.

Wavelab,Audacity

2.Winamp

6 Elemente de psihofizica auditiva6 Elemente de psihofizica auditiva

7/22/2019 psihofiz

22/59

Noiuni de psihoacusticCaracteristicile sunetului auzit

A. nlimea tonal

B. Tria sonorC. Timbrul

6. Elemente de psihofizica auditiva6. Elemente de psihofizica auditiva

7/22/2019 psihofiz

23/59

A. NLIMEA TONAL ASUNETULUI AUZIT

nlimea tonal a unui sunet este

componenta senzaiei auditiveasociat cu frecvena semnalului

acustic, aa cum tria sonor estecomponenta asociat cu intensitatea

acestuia

7/22/2019 psihofiz

24/59

Divizarea spectrului sonor

Divizare elementar bazat pefrecven:

< 150 Hz - grave extreme

150 Hz 400 Hz grave400 Hz 1.500 Hz medii1.500 Hz 3.500 Hz nalte > 3.500 Hz - nalte extreme

LIVEdemo:

Winamp


7/22/2019 psihofiz

25/59


Intervale muzicale:

Gama cromatic - octava divizat n semitonuri:

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 HzSavart- unitate de nlime tonal

12 n20

=

Selectivitatea n frecven i curbele

7/22/2019 psihofiz

26/59

Selectivitatea n frecveni curbelepsihoacustice de acord

Proprietatea urechii de a distinge mai multefrecvene prezente simultan se numeteselectivitate sau rezoluie n frecven.

Curbele psihoacustice de acord Scderea rezoluiei n frecven constituie

prima manifestare apresbiacuziei

7/22/2019 psihofiz

27/59

Codificarea nlimii tonale

Codificarea spaial Codificarea temporal - croma

Animatie:mmbr bazilara ladiverse frecvente

Msurarea senzaiei de nlime tonal
http://resurse/_movies/allkhalf.movhttp://resurse/_movies/allkhalf.movhttp://resurse/_movies/allkhalf.movhttp://resurse/_movies/allkhalf.movhttp://resurse/_movies/allkhalf.movhttp://resurse/_movies/allkhalf.mov

7/22/2019 psihofiz

28/59

Msurarea senzaiei de nlime tonal

Scara melilor

- Melul: unitatea demasura a inaltimiitonale percepute

Curba logaritmica

(vezi legea Weber-Fechner)

7/22/2019 psihofiz

29/59

B. Tria sonor

Ct de intens percepem un sunet dat?

Reeaua de linii izosonice

7/22/2019 psihofiz

30/59

Reeaua de linii izosonice

Reeaua de linii izosonice normalizate (dup

Robinson i Dadson). MAF - curba normalizat apragului absolut de audibilitate n cmp liber.

P i

7/22/2019 psihofiz

31/59

Praguri

Prag absolut de audibilitate(normal)Prag dureros

Prag diferenial

Aria normal de audibilitate (arieauditiv, cmp auditiv)

Cmpul auditiv (aria auditiv)

7/22/2019 psihofiz

32/59

Cmpul auditiv (aria auditiv)

Nmaxim = 120 dB; Nminim = 0 dB

Scara fonilor i scara sonilor

7/22/2019 psihofiz

33/59

Scara fonilori scara sonilor

(Scri fizice i scri de senzaie)

Fonulexprim nivelul de izosonie. Scara fonilorcoincide cu scara decibelilor pentru un sunet de1.000 Hz. Fonul reprezint un indice de trie

sonor

Scara de senzaie prin care se evalueaz tria

sonor este scara sonilor

S=2(F-40)/10

F - nivelul de izosonie n foni

Praguri de detecie i praguri de

7/22/2019 psihofiz

34/59

g p gdiscriminare a intensitii sonore

Prag de audibilitate, prag normal de audibilitate

Examen curent:

- clinic- audiometrie clinic, pentru explorareafunciei auditive n vederea diagnosticrii ievalurii deficienelor auditive

- protezarea auditiv- audiometrie protetic, nscopul orientrii i adaptrii protezelor auditive

Presbiacuzie - ridicarea pragului de audibilitate,n special n domeniul frecvenelor nalte

Pierdere de 25 dB - degradare semnificativ ainteligibilitii vorbirii

Codificarea senzaiei de intensitate

7/22/2019 psihofiz

35/59

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 deexcitare diferite

C TIMBRUL

7/22/2019 psihofiz

36/59

C. TIMBRUL

Timbru - component a senzaiei auditive carepermite s se diferenieze dou sunete care au

aceeai nlime tonal i aceeai trie sonorEste corelat cu distribuia spectral a

semnalului acustic

Ali parametri care contribuie la timbru:

modularea n amplitudineevoluia intensitii n perioadele tranzitorii, de

formarei stingere a sunetului

Exemple de spectre sonore

7/22/2019 psihofiz

37/59

Spectrul coardei mi a unei viori

Spectrul sunetului unui

clopot..

Spectre de linii ale unorsunete complexe emise de

vioar i corn: (a) vioarcoarda re

3

; (b) vioarcoarda la3; (c) corn nota re3(d) corn nota la3

nlimea tonal a sunetelor

7/22/2019 psihofiz

38/59

nlimea tonal a sunetelor

complexe

senzaia de nlime tonal produs de unsunet periodic complex este determinatde frecvena fundamental

fenomenul fundamentalei absente

LIVE demo:

Reducerea amplitudinii unorfrecvente nu scadeinteligibilitatea sunetului

Elemente de psihofizica vizualaElemente de psihofizica vizuala

7/22/2019 psihofiz

39/59

A. Contrast

B. Frecventa spatiala

C. Forma

Stimulii vizuali pot fi interpretati

7/22/2019 psihofiz

40/59

ca sume de frecvente spatiale

frecv. spatiale inalte frecv. spatiale joase


7/22/2019 psihofiz

41/59

A. Contrast B. Frecventa spatiala

Curba de sensibilitate la contrast


7/22/2019 psihofiz

42/59

Perceptia precisa a formelor si marginilor

Acuitate vizuala

Optotip Snellen

Acuitate vizuala normala se noteazacu 1.00 sau cu un raport (ex: 20/20sau 6/6)

Acuitatea vizuala scazuta: se noteazacu o cifra subunitara (ex. 0.9)

7/22/2019 psihofiz

43/59

Psihofizica moderna


7/22/2019 psihofiz

44/59

zonele centrale au intensitati luminoase diferite?


7/22/2019 psihofiz

45/59

Iluzie senzoriala: datorata inhibitiei laterale in retina (cel. orizontale, amacrine):percepem un contrast mai mare decat cel existent fizic


7/22/2019 psihofiz

46/59

Gridul Hermann:

Iluzie senzoriala datorata inhibitiei laterale in retina + variatiei dimensiunilorcampurilor celulelor receptoare (vedere mai buna centrala)


7/22/2019 psihofiz

47/59

Difera marimea celor doua doamne?


7/22/2019 psihofiz

48/59

Iluzie perceptuala in segemntul central al analizatorului (nu in retina!)Integram stimulii vizuali actualicu experienta anterioara de viata

ElementeElemente dede psihofizicapsihofizica vizualavizuala

7/22/2019 psihofiz

49/59

Zonele A si B au culori diferite?

ElementeElemente dede psihofizicapsihofizica vizualavizuala

7/22/2019 psihofiz

50/59

Combinatie: iluzie senzoriala + iluzie perceptuala

Vederea este un proces creativ

7/22/2019 psihofiz

51/59


Au cele 2 zone aceeasi culoare?


7/22/2019 psihofiz

52/59



7/22/2019 psihofiz

53/59



7/22/2019 psihofiz

54/59

Fenomen de organizare spontana: percepem linii care nu exista


7/22/2019 psihofiz

55/59

Fenomen "fill-in" bi-dimensional: percepem o forma care nu exista in realitate(fenomen foarte util in viata cotidiana)


7/22/2019 psihofiz

56/59

Nakayama and Shimajo 1990, dupa Bregman 1981

Ce reprezinta formele ? (exemplu de fill-in util)


7/22/2019 psihofiz

57/59

Nakayama and Shimajo 1990, dupa Bregman 1981

Ce reprezinta formele ? (exemplu de fill-in util)


7/22/2019 psihofiz

58/59

Fenomen "fill-in" tridimensional: percepem o forma 3D care nu exista in realitate(integrare locala corecta; ansamblul este eronat)

Sursele imaginilor folosite

7/22/2019 psihofiz

59/59

O mare parte din imagini sunt produse de Catedra de Biofizica Medicala a UMFCarol Davila Bucuresti; ele pot fi folosite liber, pentru scopri didactice saueducationale (CreativeCommons Lic.). Lista completa acestor imagini poate fi gasita lasediul 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

psihofiz

Documents

Transcript of psihofiz