Havaintopsykologia IMarkku KilpeläinenKäyttäytymistieteiden laitos, Helsingin yliopisto

Page 1 of 27

•Luennot 1.11. - 8.12.10 klo 12:15-13:45

•Kurssin moodle-sivu:

https://moodle.helsinki.fi/course/view.php?id=1993

Avain: audiovisual

•Kurssin suorittamiseen kuuluu tentin läpäisyn lisäksi kysymyksiin vastaaminen pienryhmissä (moodlessa)

Vaikuttaa siihen, mitä kerrataanVaikuttaa kurssin läpäisemiseenAjallaan suorittaminen voi parantaa hieman arvosanaa

•Satu Saalasti pitää luennon puheen havaitsemisesta 15.11. ja Kaisa Tiippana moniaistisuudesta 17.11.

•Tentti 15.12. (Uusinta 9.2.2011 ja 13.4.2011)

•Ei ole suositeltavaa mennä suoraan viimeiseen tenttiin.Page 2 of 27

•Kurssilla painotetaan hieman eri asioita kuin kirjassa. Tentissä painotukset vastaavat suunnilleen luentojen painotuksia.

•Tentissä menestyy hyvin luentojen perusteella ja lukemalla kirjasta asiat, joita ei luennolla lainkaan käsitellä (hajuaisti, makuaisti jne.)

•Luennoilla on jonkin verran ns. ”kiva tietää” -asiaa. Nämä asiat on kirjoitettu harmaalla, ja niitä ei kysytä tentissä.

Page 3 of 27

Havaintopsykologia: Miksi ja miten?

Markku KilpeläinenPsykologian laitos, Helsingin yliopisto

Page 4 of 27

Luennon asiat:

•Miksi havaintojärjestelmiä tutkitaan?

•Esimerkkejä meidän laitokselta?

•Miten havaintojärjestelmiä tutkitaan?

Page 5 of 27

Miksi havaintoja ja aistijärjestelmiä tutkitaan?

Lähes kaikki tietomme maailmasta on saadaan aistijärjestelmien välityksellä!

• Millä tavoilla ja miksi aistijärjestelmät luovat vääristyneen / muunnellun kuvan fysikaalisesta maailmasta?

• Miten aistijärjestelmät kykenevät tuottamaan niinkin hyvän ja käyttökelpoisen kuvan maailmasta rajallisella kapasiteetilla?

• Miten voidaan teknisesti paikata havaitsemisen vajavuuksia?

Page 6 of 27

Miksi havaintoja ja aistijärjestelmiä tutkitaan?

Toisin kuin ehkä monesti luullaan, tiedämme hyvin vähän siitä, miten toisaalta aistit ja toisaalta aivot toimivat!

• Miten niiden sairauksia voidaan hoitaa / ehkäistä?

• Miten keinotekoisia aistijärjestelmiä voidaan luoda?

• Miten aivot yleisemmin toimivat (havaintotoiminnot ovat otollinen malli muillekin aivotoiminnoille)?

Page 7 of 27

Havainnon ja aistijärjestelmien tutkimusmenetelmiä

•Introspektio: ”Taidan nähdä kissani silmät nurkassa, vaikka huone on täysin pimeä!”

•Introspektio voi nykyäänkin olla hyödyllinen hypoteesien ja tutkimusideoiden lähde

•Behavioraaliset mittaukset: ”Katson aina huoneeseen tullessani, näenkö kissan silmät jossain ja sytytän sitten valot. Useiden toistojen jälkeen näen, eroaako osumaprosentti tilastollisesti sattumasta.”

•Kertoo parhaimmillaan, että henkilö todella näki kissan silmät pimeässä, eikä vain arvannut oikein.

Page 8 of 27

Havainnon ja aistijärjestelmien tutkimusmenetelmiä: Psykofysiikka

•Psykofysiikan menetelmillä tutkitaan miten havaintoelimet ja aivot muuttavat ulkomaailman fysikaaliset ärsykkeet kokemuksellisiksi havainnoiksi.•Esim: Tietynlaisen äänen (fysikaalisen) voimakkuuden täytyy 5-10-kertaistua, jotta havaittu voimakkuus 2-kertaistuu.

Suunnilleen yhtä kovat äänet.

Page 9 of 27

Weberin-Fechnerin laki: Pienin erotettava ero kahden ärsykkeen voimakkuudessa on suhteessa ärsykkeiden voimakkuuteen.

Vakio k eroaa aistien ja ärsyketyyppien välillä.

Valon kirkkaus 1/60Äänen voimakkuus 1/20Painon raskaus 1/40

tasofysmuutosfyskmuutoshav_

__Hauska tietää

Page 10 of 27

•”Hankin asuntooni vielä lisää verhoja. Pyydän ystävääni satunnaisesti joko laittamaan kissani sohvalle tai ei. Tulen ovella ja sanon onko kissa sohvalla. Samalla säädämme asuntoni valaistusta eri verhoilla portaittain ja toistamme mittauksen eri valaistustasoilla. Tuloksena saamme seuraavan funktion.”

•Huomaamme, että osumatarkkuus säilyy hyvänä vaikka muutama verho on suljettu, mutta laskee sitten sattuman tasolle, kun lisää verhoja suljetaan. Eli aivan pimeässä kissan simiä ei näe.

•80% oikein - kriteeri havaintokynnykselle:kynnys noin 5 verhoa auki.

•Esimerkki konstanssimenetelmästäVerhoja auki Page 11 of 27

Näköhavainnon ja -järjestelmän tutkimusmenetelmiä

•Entä jos yhtenä päivänä ei koe näkevänsä kissan silmiä juuri missään valaistuksessa ja toisena päivänä kokee näkevänsä ne melkein koko ajan? •Signaalidetektioteoria huomioi ihmisen sisäisen kohinan ja vastausvinouman:

Osumat – Näki silmät, kun kissa oli sohvalla

Väärät hälytykset –Näki silmät, kun kissa ei ollut sohvalla

Missatut – Ei nähnyt silmiä, kun kissa olisohvalla

Oikein hylätyt – Ei nähnyt silmiä, kun kissa ei ollut sohvalla

Sensation and Perception (2006) Sinauer associatesPage 12 of 27

Väärät hälytykset

Osu

mat

Kun osumat esitetään väärien hälytysten funktiona, saadaan ROC-käyrä. Samalla käyrällä herkkyys havaita kissan silmät on sama, riippumatta siitä kuinka herkästi henkilö kunakin päivänä halusi vastata.

Päivä 1: Henkilö vastasi melko harvoin nähneensä silmät, mutta osui hyvin usein oikeaan

Päivä 2: Henkilö vastasi paljon useammin nähneensä silmät, mutta oikeiden havaintojen ohella myös väärien hälytysten määrä kasvoi

Sensation and Perception (2006) Sinauer associatesPage 13 of 27

Page 14 of 27

Käännepisteiden keskiarvo (0.11) on kynnys

Paria ensimmäistä käännepistettä ei lasketa - harjoitusta

Adaptiiviset menetelmät – esim. porrasmenetelmä.

•Ei niin luotettava kuin menetelmät, joissa toistetaan esim. etukäteen valittuja kontrasteja, mutta nopeampi (ei mitata ns. hyödyttömillä arvoilla).•Kun mitataan kynnystä, käytetään yleensä 3-1 –sääntöä, jolloin oikea vastaus vaikeuttaa 1 pykälän, väärä vastaus helpottaa 3. Seurauksena kynnyksen kriteeri on 80 % oikein.

Page 15 of 27

Ryhmätyö:

Miettikää mitattava asia (mikä tahansa) ja siihen vaikuttava tekijä, ja kuvailkaa tarkasti miten sovellatte sen mittaamiseen joko konstanssi-tai porrasmentelmää.

-Esim. Miten huoneen koko vaikuttaa siihen, miten lähellä vierasta henkilöä voi mukavasti istua? Tai ihan mitä vain!

Mita

ttava

asi

a

Mita

ttava

asi

a

Vaikuttava tekijä

Vaikuttava tekijä muuttuu vastauksista riippuen.

Page 16 of 27

1 mm

http://hubel.med.harvard.edu/b14.htm

Havainnon ja aistijärjestelmien tutkimusmenetelmiä:Elektrofysiologia

Yksittäissolumittaukset eläinten hermosoluista:•Miten solun responssi muuttuu tietynlaisen stimulaation seurauksena.•Jos eläin tekee psykofysiikkaa samanaikaisesti mittauksen aikana, voidaan etsiä elämyksellisen havainnon neuraalisia korrelaatteja.

Mikroelektrodi työnnetty apinan aivokuorelle. Havainnollistus.

Paradoksaalisesti aivoissa ei ole kipua aistivia soluja.

Page 17 of 27

http://retina.umh.es/webvision/

•Mitataan solukalvon jännitemuutoksia.•Koska informaatio etenee esim. seuraaville aivoalueille aktiopotentiaalien välityksellä, ollaan perinteisesti oltu kiinnostuneita lähinnä niistä.•Kukin solu tuottaa vain yhden kokoisia aktiopotentiaaleja. Niinpä tutkitaan, mikä on aktiopotentiaalien määrä sekunnissa (spike rate), kun solulle esitetään tietty ärsyke.

Page 18 of 27

1. Solukalvon kynnys ylittyy Natriumkanavat aukeavat

2. Positiivisesti varautunutta natriumia virtaa sisään Jännite kohoaa

3. Kaliumkanavat aukeavat4. Positiivisesti varautunutta kaliumia

virtaa ulos Jännite laskee

1 2 3 4

Viejähaarakkeen eli aksonin päähän päässyt aktiopotentiaali välitetään seuraavan solun tuojahaarakkeelle eli dendriitille kemiallisesti yli synapsin

Aktiopotentiaali seuraavassa solussa, mikäli kynnys ylittyy

Sensation and Perception (2006) Sinauer associates

Aktiopotentiaali

Page 19 of 27

Havainnon ja aistijärjestelmien tutkimusmenetelmiä: Aivokuvantaminen

• Koska tehdään ihmisellä, voidaan tehdä vaativaakin psykofysiikkaa samanaikaisesti

• Mitataan valtavien solujoukkojen aktivaatiota – epäsuorasti• Esim. fMRI -kuvantamisessa yleisimmin käytetty BOLD -signaali

syntyy karkeasti näin:1) Aivokudoksessa on sekä hapekasta että ei-hapekasta verta

Neuraalinen aktivaatio kuluttaa happea 2) Veren happipitoisuus kyseisellä alueella laskee 3)Verenkierto tuo happea alueelle enemmän kuin on tarvetta BOLD signaali nousee

• BOLD-signaali (karkeasti): hapekkaan veren suhde ei-hapekkaaseen

1 32

Page 20 of 27

Esimerkki BOLD –vasteesta.

1

3

2

-Ei tiedetä, miksi verenkierto ylikompensoi-Ei tiedetä tarkkaan, mikä neuraalisessa aktivaatiossa eniten lisää hapenkulutusta-Aktiopotentiaalit eivät kuluta paljon, mutta yleensä BOLD –signaali korreloi voimakkaasti aktiopotentiaalien kanssa.

Muodosta huolimatta ei liity suoranaisesti mitenkään aktiopotentiaaliin

Aika /s 0 5 10 15 20

BOLD – vaste on yleensä sitä korkeampi, mitä voimakkaampi ärsytys (esim. kontrasti tms.)

Page 21 of 27

Havaintotutkimusta käyttäytymistieteen laitoksella

•Näkötutkimusryhmä: http://www.helsinki.fi/science/visci/

•Myös (ainakin) puhetieteissä ja kognitiivisessa neurotieteessä tehdään havaintopsykologiaa koskettavaa tai sivuavaa tutkimusta.

Page 22 of 27

Mante et al. (2005) NatNeurosciPage 23 of 27

Kilpeläinen et al. (lähetetty)

Kun kontrastiärsykkeen esittämishetkellä luminanssi muuttuu, havaittu kontrasti vaimenee, olipa luminanssin muutos ylös tai alas.

Luonnollisessa katselussa ei voida päästä luminanssista itsenäiseen kontrastihavaintoon.

Käytettiin porrasmenetelmää mittauksen pitkän keston takia.

Page 24 of 27

Minkä suuntainen oli laatikon osoittamassa paikassa ollut juovasto?

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

-75 -60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 75

Freq

uenc

y of

resp

onse

n=1n=2n=3n=4n=6

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0 1 2 3 4 5 6St

anda

rd d

evia

tion

, deg

Number of items

VSJSMLMKSJV

•Suoritustaso alkaa heiketä jo siirryttäestä yhdestä kahteen muistettavaan ärsykkeeseen.•Neljän ärsykkeen jälkeen ei tapahdu mitään romahdusta

Työmuistilla ei ole mitään tiettyä määrää ”lokeroita”

Käytettiin d’ ja säätömenetelmiä.

Salmela et al. Page 25 of 27

Page 26 of 27

Page 27 of 27