INTRODUCCIÓN
La sensación es un proceso no observable públicamente si exceptuamos al propio sujeto que lo experimenta. Por esa razón, para poder estudiar la sensación debemos limitarnos a las respuestas que emite el propio sujeto, es decir, a los juicios o interpretaciones que expresa con respecto a su propia sensación.
En el estudio del proceso sensorial hay que tener en cuenta:
• El continuo físico.
• El continuo de sensación.
• El continuo de juicio
Para la psicofísica clásica existía una perfecta correspondencia entre el continuo de sensación y el continuo de juicio, de tal modo que en sus experimentos se utilizaban sujetos muy entrenados con el fin de conseguir que los juicios que éstos emitían, fueran lo más parecidos a su propia sensación. Siempre las sensaciones hacían referencia al continuo físico, midiéndose las magnitudes de sensación en referencia a las magnitudes físicas, se utilizaba escalas directas con el objeto de señalar que no se obtenían magnitudes de sensación directamente, sino siempre a través de las magnitudes físicas.
Para la psicofísica moderna también existía una perfecta correspondencia entre los continuos de sensación y de juicio, pero la cantidad de sensación se medía directamente sobre el continuo psicológico, sin hacer referencia a las magnitudes físicas. Se basaban en la creencia de que los sujetos eran capaces de estimar directamente la cantidad de sensación, elaborando escalas directas para determinar la magnitud de sensación.
La Teoría de Detección de Señales (TDS) defiende que el sujeto puede utilizar sus propios conocimientos sobre el estímulo, de manera que éstos influyen claramente en el juicio respecto a la ocurrencia o no de la sensación y en la manera de diferenciar sensaciones entre si. A partir de aquí hay que tener en cuenta a la hora de realizar cualquier experimento psicofísico:
• El estímulo.
• La sensación.
• El propio juicio del sujeto.
ORIGEN DE LA TDS
En 1954, en plena guerra fría que siguió a la Segunda Guerra Mundial, un grupo de matemáticos e ingenieros de las Universidades de Michigan y de Harvard, así como del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) de los Estados Unidos, crearon la TDS. Estos científicos estaban interesados en desarrollar una tecnología lo suficientemente potente como para detectar precozmente las señales enemigas que se recogían en los aparatos de radar y sonar; concretamente pretendían estudiar la detección de señales muy débiles que aparecían sobre un fondo de ruido.
PLANTEAMIENTOS TEÓRICOS DE LA TDS
La TDS se desarrolló con la realización de experimentos dirigidos a la detección y discriminación de estímulos en situaciones mucho más naturales que las que utilizaba la psicofísica clásica, en las cuales aunque siempre se presentaba estimulación no siempre se producía sensación.
Difiere de la psicofísica clásica en que enfatiza la existencia de variables cognitivas que actúan independientemente de la capacidad del sujeto para distinguir los estímulos; la TDS da cuenta tanto de las características sensoriales como de las del observador.
Su principal planteamiento es establecer una clara distinción entre lo que hace el sujeto como sensor y lo que hace como decidor, siendo ésta una cuestión a la que la psicofísica clásica no supo dar respuesta. Para la TDS se diferencian claramente dos partes independientes en el proceso de detección:
• Por una parte se centra en especificar al detector ideal, siempre en unas condiciones experimentales de emisión del estímulo, y en establecer una medida de su sensibilidad ideal tan sólo limitado por las características del ambiente.
• Por otra parte, se centra en la explicación de los procesos mentales que subyacen al juicio psicofísico del sujeto.
Las primeras aplicaciones de la TDS en el campo de la psicología fueron los experimentos sobre sensibilidad visual que llevaron a cabo Tanner y Swets; y los experimentos sobre sensibilidad auditiva de Smith y Wilson y de Munson y Karlin.
CONCEPTOS BÁSICOS DE LA TDS
• Señal (S): es el estímulo principal que se presenta al sujeto; siempre viene superpuesta al ruido (S+R). Cuando la señal es muy débil se confunde con el ruido.
• Ruido (R): siempre está presente, lo forman todos los demás estímulos del entorno que no son la señal.
El planteamiento fundamental de esta teoría es que: “el sujeto es el que debe decidir si una observación determinada, proviene de una distribución de señal sobre un fondo de ruido (S+R ó S) o de una distribución de ruido sólo (R). Para conseguir este planteamiento, la TDS ha utilizado varios procedimientos: el método de calificación, el método de elección forzosa y el método Si / No.
Método Si / No
Este método consiste en presentar al sujeto experimental en cada ensayo un solo estímulo: S ó R. La tarea del sujeto consiste en decir Sí, siempre que considere que se ha presentado la señal (S) y decir No, siempre que considere que no se ha presentado la señal, es decir, cuando se haya presentado el ruido sólo (R).
Tipo de Respuesta
Sí No
Tipo de estímulo Señal Acierto Fallo
Ruido Falsa Alarma Rechazo Correcto
Acierto (A): ocurre cuando se presenta la señal y el sujeto dice Sí.
Fallo (F): ocurre cuando se presenta la señal y el sujeto dice No.
Falsa Alarma (FA): ocurre cuando se presenta el ruido y el sujeto dice Sí.
Rechazo Correcto (RC): ocurre cuando se presenta el ruido y el sujeto dice No.
Probabilidades a priori (probabilidades de ocurrencia de la señal y de ruido durante el experimento)
Estas probabilidades son establecidas por el experimentador previamente al experimento, y se pueden definir como:
• La probabilidad de la señal (P(S)): es la probabilidad que tiene la señal de presentarse en la prueba. Se calcula dividiendo el número de ensayos en los que se presenta la señal entre el número total de ensayos.
• La probabilidad del Ruido (P(R)): es la probabilidad que tiene de presentarse el ruido sólo. Se calcula dividiendo el número de ensayos en los que se presenta el ruido entre el número total de ensayos.
Al ser el ruido un concepto complementario de la señal, se puede obtener también restando a 1 (que es la probabilidad máxima posible) la probabilidad de la señal:
P(R) = 1 – P(S)
Una vez determinadas las probabilidades a priori, designamos la razón de probabilidades a priori:
P(R)
---------
P(S)
Probabilidades Condicionadas
Son las probabilidades reales obtenidas del sujeto ante los cuatro resultados posibles.
• La probabilidad de aciertos (o probabilidad de detectar la señal): P(Sí/S)
• La probabilidad de fallos (o probabilidad de error al no detectar la señal): P(No/S)
• La probabilidad de falsas alarmas (o probabilidad de error al detectar el ruido): P (Sí/R).
• La probabilidad de rechazos correctos (o probabilidad de detectar el ruido): P (No/R).
Para calcular estas probabilidades condicionadas, tenemos primero que clasificar las respuestas emitidas obtenidas por el sujeto en cada una de las cuatro posibles categorías; después, se calculan las sumas parciales por categorías y, por último, se transforman éstas en probabilidades, dividiendo las sumas de las puntaciones directas entre el número total de señales y ruido presentados. (ver ejemplo pág. 199)
Razón de verosimilitud (Ls)
Es el cociente formado por la probabilidad de aciertos y la probabilidad de falsas alarmas; es decir, en este parámetro se tienen sólo en cuenta las respuestas del sujeto a las que cree que se ha presentado la señal (cuando el sujeto responde Sí).
P (Sí/S)
Ls = ----------------
P (Sí/R)
MODELO PROPUESTO POR LA TDS
La TDS propone que las decisiones que toma el sujeto sobre la detección de la señal están basadas en un proceso sensorial inicial, al que sigue un proceso cognitivo que actúa sobre el resultado del anterior.
• Proceso sensorial: depende del estímulo y se establece por un índice de sensibilidad que es el parámetro de detectabilidad. Este proceso incluye la transducción de la energía estímulo (ya sea luminosa, mecánica o química) en señales eléctricas y la conducción de éstas hasta algún área de proyección cortical. Es un proceso bottom-up (o proceso abajo-arriba), en el sentido de que su resultado final viene determinado exclusivamente por la energía física que estimula el receptor y por la resolución del propio sistema sensorial, es decir, que va desde lo inferior (datos de la estimulación) a lo superior de la mente (procesamiento inicial de esos datos). Por eso, el proceso sensorial es iniciado por el entorno, que estimula al sujeto produciendo en él una sensación determinada, y una vez concluido éste, se pone en marcha el proceso cognitivo.
• Proceso cognitivo: depende de los factores cognitivos propios del sujeto, y se establece por otro índice que es el parámetro β o criterio decisorio. Este proceso incluye todo lo relacionado con la decisión en la selección de la respuesta. Es un proceso top-down (o proceso arriba-abajo), porque está afectado por el conocimiento pasado del sujeto, y por el conocimiento que posee de la situación, es decir, que va de lo superior (máximo procesamiento) a lo inferior de la mente (procesamiento inicial). Por eso, el proceso cognitivo es el que conduce al sujeto a la selección de una respuesta: señal o ruido.
Proceso Sensorial
Parámetro de detectabilidad (d’)
Es el índice de sensibilidad de la TDS, que se puede definir como la distancia normalizada entre la distribución de la señal (S) y la distribución del ruido (R), medidas en puntaciones típicas.
XS - XR
d' = -----------------
GR
XS = media de la distribución de la señal
XR = media de la distribución del ruido
GR = desviación típica de ambas distribuciones
La detectabilidad d' se obtiene a partir de la probabilidad de detección correcta de la señal o probabilidad de aciertos [P (Sí/S)] y la probabilidad de falsas alarmas [P (Sí/R)]:
Z(Sí/R) = probabilidad del ruido en puntuaciones típicas
d' = Z(Sí/R) – Z(Sí/S) Z(Sí/S) = probabilidad de la señal en puntuaciones típicas
El parámetro de detectabilidad o capacidad de discriminación del perceptor es tanto mayor cuanto mayor es el valor del parámetro d'. Si la detectabilidad obtenida es d' = 0, podemos decir que ambas distribuciones están completamente solapadas, lo que implica que existe la misma probabilidad de que se produzca el ruido que la señal; a medida que la detectabilidad va aumentando, disminuye el solapamiento entre las dos distribuciones. (ver ejemplo en la pág. 203 del libro)
La detectabilidad d' depende principalmente de dos factores:
• La diferencia física entre la señal y el ruido: a su vez ésta depende del tipo de estimulación, de modo que los estímulos de una alta intensidad producirán unos valores de detectabilidad muy elevados, porque la sensibilidad es muy alta; en cambio, los estímulos de menor intensidad producirán valores de detectabilidad muy bajos, porque la sensibilidad es muy baja.
• La variabilidad que posea el sistema sensorial, ya que éste no es fijo, sino que varía, presentando fluctuaciones que muchas veces no están asociadas con la estimulación.
El parámetro d' no depende solamente de la sensibilidad del organismo, sino también del entorno estimulador.
Curva ROC
Es la representación gráfica del parámetro de detectabilidad d'. En el eje de abscisas se representa la probabilidad de falsas alarmas P(Sí/R) y en el eje de ordenadas se representa la probabilidad de aciertos P(Sí/S).
La curva de ROC es una línea curva cuyo trazo debe pasar necesariamente por el punto de intersección formado entre la probabilidad de falsas alarmas y la probabilidad de aciertos.
Cuando la sensibilidad del sujeto aumenta su detectabilidad d' también aumenta, porque se incrementan los aciertos y se disminuyen las falsas alarmas; de esta manera, cuanto mayor sea el parámetro d', la curva de ROC es más convexa. Cuando la sensibilidad del sujeto disminuye, su detectabilidad también disminuye, porque los aciertos y las falsas alarmas se van igualando, con lo que la curva va perdiendo convexidad. Cuando la sensibilidad del sujeto es muy deficiente su detectabilidad también lo es; es el caso de d' = 0, que nos indica que el sujeto contesta al azar porque no sabe o no puede diferenciar la señal del ruido, puesto que la tasa de aciertos y falsas alarmas será la misma, perdiendo totalmente su convexidad y convirtiéndose en una línea recta diagonal. (ver ejemplo pág. 205 del libro)
Proceso Cognitivo
Matriz de Pagos
La TDS permite, durante el proceso de decisión, incentivar o penalizar al sujeto a través de sus respuestas emitidas, de forma que éstas tendrán unas determinadas consecuencias, que habitualmente conoce, denominadas recompensas diferenciales, y que se recogen en la llamada matriz de pagos.
Las recompensas diferenciales reflejan las ganancias o pérdidas que seguirán a las dos posibles respuestas, dependiendo de que sean acertadas o equivocadas.
Las recompensas diferenciales están asociadas a los cuatro posibles resultados; de esta manera tenemos también cuatro posibles consecuencias:
• Ga = ganancia asociada a un acierto.
• Gf = pérdida asociada con un fallo.
• Gfa = pérdida asociada con una falsa alarma.
• Grc = ganancia asociada con un rechazo correcto.
Sí No
Señal Ga Gf
Ruido Gfa Grc
La relación entre las ganancias y las pérdidas asociadas a los cuatro posibles resultados, se denomina razón de consecuencias:
Grc + Gfa
------------------
Ga + Gf
El numerador representa las ganancias y las pérdidas asociadas al ruido; el denominador representa las ganancias y pérdidas asociadas a la señal.
Parámetro β o criterio decisorio
Es el valor obtenido de multiplicar la razón de probabilidades a priori con la razón de consecuencias:
P(R) Grc + Gfa
β = ------- * ------------------
P(S) Ga + Gf
En el caso de que no se hubieran establecido recompensas diferenciales, el parámetro β quedaría reducido sólo a la razón de probabilidades a priori:
P(R)
β = -----------
P(S)
Cuando un sujeto adopta un criterio de decisión neutral, β = 1
Cuando un sujeto adopta un criterio de decisión más liberal o flexible, β <> 1
Estos valores dependerán de las expectativas en cuanto a ganancias y pérdidas, y de las probabilidades de la señal y de ruido.
Regla de Decisión
La Regla de Decisión indica:
• Decir Sí: quiere decir que el sujeto experimental sí detecta la señal sobre fondo de ruido, cuando el valor de la razón de verosimilitud (Ls) es igual o mayor que el parámetro β.
Ls ≥ β
• Decir No: quiere decir que el sujeto experimental no ha detectado la señal sobre fondo de ruido, cuando el valor de la razón de verosimilitud (Ls) es menor que el parámetro β.
Ls < β Etapas en el proceso de decisión El sujeto decide la elección de su respuesta en dos etapas diferentes y consecutivas: 1. El sujeto selecciona su criterio decisorio en torno al conocimiento de las probabilidades a priori y a la matriz de pagos. El sujeto se centrará en: • Las probabilidades a priori de los dos estímulos: utilizará como criterio decisorio un valor del parámetro β mucho más alto. • La matriz de pagos: también las ganancias o pérdidas que seguirán a cada tipo de respuesta; el sujeto responderá a la señal sólo cuando esté muy seguro de su presencia. 2. Una vez establecido el criterio decisorio, se procederá a la selección de la respuesta siguiendo a la regla de decisión; entonces, indicará que es “señal” siempre y cuando el valor de la sensación que suscita el entorno (o la razón de verosimilitud derivado de ella) sea igual o mayor que el parámetro β, e indicará que “no es señal” en el resto de los casos. Parámetro C Se refiere a la localización del criterio en relación al punto de corte entre las dos distribuciones. (ver ejemplo pág. 210 del libro) Se calcula a partir de las probabilidades de aciertos [P(A)] y de falsas alarmas [P(FA)] medidas en puntaciones típicas; es decir, a través de ZP(A) y de ZP(FA). ZP(FA) + ZP(A) C = ------------------------ 2 El criterio C se dibuja como una línea recta, representa un punto localizado entre las distribuciones de señal y ruido, en el cual se establece el criterio decisorio del sujeto. Una vez establecido su criterio, el sujeto mostrará una tendencia a contestar Sí (señal) a todos los valores que se sitúan a la derecha del parámetro C; y mostrará una tendencia a contestar No (ruido) a los valores situados a la izquierda del parámetro C. (ver ejemplo pág. 210 del libro) PRINCIPALES DIFERENCIAS ENTRE LA TDS Y LA PSICOFÍSICA CLÁSICA 1. La TDS establece una clara diferenciación entre el proceso sensorial y el proceso cognitivo, en cambio la psicofísica clásica no lo hace. Para la TDS, en el proceso sensorial desaparece el concepto de umbral y en su lugar se establece un continuo de sensación, en el cual la sensación siempre está presente. Por este motivo, la TDS es considerada como una teoría multiestado, porque asume que el resultado del proceso sensorial es uno de los infinitos estados posibles, mientras que la teoría psicofísica clásica era una teoría de dos estados, en donde se producía sensación o no-sensación, dependiendo de si la magnitud del estímulo que alcanzaba al receptor sensorial era mayor o menor que el umbral absoluto. 2. La TDS postula la existencia de un criterio decisorio, que no es un valor fijo, sino que es ajustable por el sujeto en función de las probabilidades a priori de la señal y del ruido, de la matriz de pagos y de toda clase de sesgos subjetivos que el sujeto pueda introducir. 3. La TDS admite, además de distinguir conceptualmente los dos componentes del proceso de detección, evaluar indistinta e independientemente el proceso sensorial (parámetro d') del proceso cognitivo de decisión (parámetro β ó C). Esto permite controlar los sesgos subjetivos que introduce el sujeto, independientemente de la sensibilidad de su sistema sensorial; en cambio, en la teoría de la psicofísica clásica no se podía resolver el problema de las variaciones que se producían en el umbral sensorial y que estaban influenciadas por factores determinados por el sujeto. 4. La TDS presenta una mayor capacidad explicativa que la teoría clásica del umbral sensorial, porque nos justifica el juicio psicofísico como una sucesión de operaciones que, a grandes rasgos, se pueden agrupar fundamentalmente en dos procesos: el proceso sensorial y el proceso cognitivo de decisión.
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