Experimental Psychology and Neuroscience

Psicometria per le Neuroscienze Cognitive

Filippo Gambarota, PhD

Paradigmi sperimentali

  • Con il prof. Maffei avete affrontato come rilevare attività celebrale ad esempio con fMRI o EEG/ERP.
  • Solitamente (ma non sempre) queste rilevazioni sono eseguite mentre il soggetto sperimentale esegue un compito.
  • Oltre al dato neurofisiologico abbiamo quindi anche sempre un dato comportamentale che viene analizzato separatamente o in relazione a quello cerebrale.
  • Ci sono anche casi dove ai fini della ricerca è rilevante solo il dato comportamentale.

Paradigmi sperimentali

Quando si parla di paradigma sperimentale, si intende un insieme di stimoli (visivi, uditivi, tattili, etc.) che vengono presentati ai soggetti.

Solitamente i paradigmi vengono studiati e programmati nel dettaglio controllando il numero dei trials, le proprieta fisiche (durata, dimensione, etc.) degli stimoli, l’organizzazione temporale (durata esperimento, pause, ordine degli stimoli).

Vediamo qualche esempio

Change-detection Task

Questo compito è utilizzato per stimare la capacità della memoria visiva a breve termine. Possiamo vedere un esempio pratico a questo link https://run.pavlovia.org/demos/change_detection/.

Con questo tipo di esperimenti è possibile stimare la quantità di informazione che riusciamo a memorizzare.

Rouder et al. (2011)

Facial expressions

Altri ricercatori sono più interessati ad utilizzare stimoli con una valenza sociale ed evoluzionistica come i volti. C’è moltissima ricerca riguardo il modo in cui elaboriamo volti ed espressioni facciali. Un altro esempio qui http://run.pavlovia.org/demos/emotion_rating/.

Münkler et al. (2015)

Unconscious processing

Altri (tipo me) si sono interessati a come elaboriamo informazioni (ad esempio visive) in modo non consapevole o subliminale. Trovate un esempio con volti qui https://www.youtube.com/watch?v=ln-uXcC2Y_8&t=6s.

Altri paradigmi da provare

Se volete provare altri esperimenti potete andare su https://pavlovia.org/explore?sort=DEFAULT&search=demos. Alcuni interessanti sono:

Quali misure?

Solitamente a livello comportamentale siamo interessati a:

  • tempi di reazione/risposta: i vari software permettono di rilevare con estrema precisione la velocità di risposta
  • accuratezza nelle varie condizioni sperimentali
  • stile di risposta
  • …

Tempi di reazione

Ad esempio possiamo ipotizzare che una condizione sperimentale più difficile richieda maggiore tempo di risposta. Spesso si parla di qualche decina di millisecondi.

Tempi di reazione

E possiamo anche essere interessati a stimare le differenze individuali che in Psicologia sono consistenti.

Esperimenti complessi

Spesso siamo interessati non tanto ad effetti principali ma a interazioni tra condizioni sperimentali. Ad esempio, se vogliamo studiare come elaboriamo le espressioni facciali possiamo indagare:

  • siamo più veloci e/o accurati ad elaborare volti rispetto ad altri stimoli (effetto principale della categoria)
  • siamo più veloci e/o accurati ad elaborare alcune espressioni facciali rispetto ad altre? (effetto principale dell’espressione facciale)
  • siamo più veloci e/o accurati ad elaborare espressioni facciali di diversa intensità (effetto principale dell’espressione facciale)?

Esperimenti complessi

Mentre alcuni effetti sono noti in letteratura (alcune emozioni sono più facili da riconoscere) possiamo essere interessati a vedere se la relazione tra intensità ed accuratezza cambia in funzione dell’emozione (interazione):

Shimizu et al. (2024)

Esperimenti complessi

In questo tipo di esperimenti ci sono diverse cose da considerare:

  • quanti trial per ogni condizione?
  • quanti soggetti mi servono?
  • esperimenti più lunghi portano a maggiore precisione di stima ma anche maggiore stanchezza
  • quali stimoli utilizzo? il tipo di stimolo può avere un effetto?
  • …

Altre misure in Psicologia

Altre misure in Psicologia

Ma anche variabili più complesse…

Dati circolari (e.g., distribuzione Von Mises) per stimare la precisione di un processo cognitivo/percettivo. Cremers and Klugkist (2018) hanno pubblicato un tutorial per dati circolari in psicologia.

Zhang and Luck (2008)

Mixture-models

La situazione precedente, può essere modellata come una mistura di due processi cognitivamente diversi, una stima ed una risposta casuale.

Procedure adattive

In alcune discipline (e.g., psicofisica) si utilizzano delle procedure che adattano gli stimoli presentati in base alle risposte. Questo permette di stimare in modo efficiente dei parametri di interesse.

Leek (2001)

Procedure adattive

La procedura, detta staircase adatta la difficoltà dell’esperimento per tenere l’accuratezza al 50% (o altri valori)

Procedure adattive

Dove questa è la relazione vera da stimare:

References

Cremers, Jolien, and Irene Klugkist. 2018. “One Direction? A Tutorial for Circular Data Analysis Using r with Examples in Cognitive Psychology.” Frontiers in Psychology 9 (October): 2040. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2018.02040.
Leek, Marjorie R. 2001. “Adaptive Procedures in Psychophysical Research.” Perception & Psychophysics 63 (November): 1279–92. https://doi.org/10.3758/bf03194543.
Münkler, Paula, Marcus Rothkirch, Yasmin Dalati, Katharina Schmack, and Philipp Sterzer. 2015. “Biased Recognition of Facial Affect in Patients with Major Depressive Disorder Reflects Clinical State.” PloS One 10 (June): e0129863. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0129863.
Rouder, Jeffrey N, Richard D Morey, Candice C Morey, and Nelson Cowan. 2011. “How to Measure Working Memory Capacity in the Change Detection Paradigm.” Psychonomic Bulletin & Review 18 (April): 324–30. https://doi.org/10.3758/s13423-011-0055-3.
Shimizu, Yunoshin, Kazumi Ogawa, Masanori Kimura, Ken Fujiwara, and Nobuyuki Watanabe. 2024. “The Influence of Emotional Facial Expression Intensity on Decoding Accuracy: High Intensity Does Not Yield High Accuracy.” The Japanese Psychological Research 66 (October): 521–40. https://doi.org/10.1111/jpr.12529.
Zhang, Weiwei, and Steven J Luck. 2008. “Discrete fixed-resolution representations in visual working memory.” Nature 453 (May): 233–35. https://doi.org/10.1038/nature06860.