PSY2043 Ch04 Lecture Notes

PSY2043 Introduction to Psychology

Ch04 Sensory Process

• senses
  • Include vision, hearing, smell, taste, and touch
• Sensatation vs Perception
  • At psychological level 心理学层面
    • Sensatations are raw experiences of stimuli not yet imbued with meaning 原始刺激
    • Perception involves the integration and meaningful interpretation of these raw sensory experiences 解释信息
  • At biological level 生物学层面
    • Sensory processes involve the sense organs and the neural pathways that emanate from them
    • Perceptual processes involve higher levels of the cortex

Intended Learning Outcomes

• Explain how sensations are experienced on a psychological and a biological level.
  • Psychological – raw experiences of stimuli not yet imbued with meaning
  • Biological – sense organs and the neural pathways
• Describe the role of sensitivity, intensity, and magnitude of above threshold stimuli for the different sensory modalities.
  • 史蒂文斯定律 Stevens’ law （幂函数定律）
    • 知觉的心理强度（$\Psi$）为物理强度（$\Phi$）的指数函数
    • $\Psi = \Phi^{r}$
• Understand that signals are present in background noise and that they may be missed when present (misses) and may be detected when not present (false alarms).
• Learn what signal transduction is and how it plays a role in the five senses.
  • Every sensory modality must recode or transduce the physical energy engendered a stimulus into neural impulses. The nature of such coding, unique to each sensory modality, must encode both stimulus intensity, along with various qualitative characteristics of the stimulus
• Understand to what extent signal transduction in vision is similar to signal transduction in hearing, and understand how they are different.
  • 两个系统，一个系统将声音放大并传送至感受器；另一个系统接收声音并转换为神经冲动
• Explain how the different facets of the visual sensory system contribute to the two theories of color vision and to visual acuity

Characteristics of Sensory Modalities

• Sensory system
  • Acquiring information
  • Transfusing it into neural representation in brain

Threshold sensitivity 阈值灵敏度（敏感性）

• Absolute thresholds 绝对阈限: detecting minimum intensities
  • 能确实与完全没有刺激有所区别的最低刺激强度
  • 由 Psychophysical Procedures（心理物理程序）决定
• Difference thresholds 差别阈限
  • 区分两种刺激的最小差异
  • 也被称为 “just noticeable dofference” (jnd, 最小可觉差)
  • 韦伯定律 Weber’s law
    • 高于某标准刺激的最小可觉差，是该标准刺激的固定百分比
    • $\Delta I / I = k$
    • $\Delta I$ 是 jnd，$I$ 是刺激强度，$k$ 是韦伯分数

Suprathreshold sensation 阈上感觉

• 刺激强度高于阈限
• Psychophysical function
  • the relation between stimulus intensity and the magnitude of sensation for above-threshold (‘suprathreshold’) stimuli.
• 史蒂文斯定律 Stevens’ law （幂函数定律）
  • 知觉的心理强度（$\Psi$）为物理强度（$\Phi$）的指数函数
  • $\Psi = \Phi^{r}$

Signal detection theory

• Hits and false alarms
  • Hits击中 - 正确识别信号
  • False alarms虚报 - 在只有噪音的情况下判断有信号
  • 命中率和虚报率的高低差异决定了敏感性
• Sensitivity and bias 敏感性与偏差
  • 偏差，通常用$\beta$表示
  • 敏感性，通常用$d’$表示

Sensory coding

• 传导过程（transduction）：由感受器（receptor）将物理能转换成电信号，然后传导至脑部
• Coding of intensity and quality 对刺激强度和刺激性质的编码
  • 改变神经刺激速率和被刺激的神经元数量 the rate of neural firing and the number of neurons firing
  • Intensity 强度
    • 通过神经冲动的速率（the rate of neural impulses）
    • Greater intensity = greater firing rate = greater perceived magnitude of stimulus
    • 编码方式
      • 时间模式（temporal pattern）
      • 通过被激发的神经元数目来将刺激强度编码
  • Quality 性质
    • 学界中大多同意，脑部对各感觉形式间的性质编码因各自涉及的特殊神经通路而有所不同 specific neural pathway (e.g. vision, hearing)
    • 同一种感觉内分辨性质，例如味觉中酸甜苦辣的分辨：
      • “特殊化”：每种味觉有其对应的特殊神经纤维
      • ”组型化“：使用激发的神经组型来对感觉性质进行编码

Vision

Light and vision 光和视觉

• 每一种感觉都对特定形态的物理能量起反应
• 视觉所对应的物理刺激是光

The visual system 视觉系统

• 人类视觉系统包括眼睛，脑部以及连接它们的通路 The eyes, parts of the brain and pathways between
  • 眼睛 Eyes 包括两个系统
    • Image formation system 成像系统
      • 将物品反射出来的光线聚焦在视网膜（retina）上形成物体的影像
      • 成像系统本身包含角膜（cornea），瞳孔（pupil）和晶状体（lens）
      • 角膜（cornea）：使光线在成像之前产生弯曲
      • 晶状体（lens）：看近处弯曲成球状，看远处则伸平开来。晶状体将光线聚焦在视网膜上
      • 瞳孔（pupil）：光线微弱时瞳孔放大，光线强时缩小，确保足够的光线以维持成像的质量
    • Image transduction system 传导系统：将影像转换为电冲动
      • 视网膜（Retina）内的感受器：杆体细胞（rods，夜晚事物）和锥体细胞（cones，白昼事物）
      • 感受器将光线转换为电冲动的过程
        • 感受器内部含有可以吸收光线的光色素（photopigments），光色素吸收光线产生神经冲动。随后神经冲动通过连结神经元传到脑部
        • rods and cones的反应首先传送到双极细胞（bipolar cells）
        • 然后再从bipolar cells传送到其他称为节细胞（ganglion cells）的神经元
        • ganglion cells的长轴突从眼睛延伸出去，形成到达脑部的视觉神经（optic nerve

Seeing Light 光线的视觉

• Sensitivity 敏感性
  • 人体对光线强度的敏感性由 rods and cones 决定，他们之间主要有三个区别
    1. 在不同光强下被激活：亮的地方激活锥体cones，暗的地方激活杆体rods
    2. 擅长不同任务：锥体cones更擅长高解析度，杆体rods更擅长高敏感度
    3. 在视网膜 retina 上的不同位置集聚：中央窝（The fovea）多锥体少杆体，边缘地带（The periphery）多杆体少锥体
• Dark adaptation 暗适应
  • 在黑暗中瞳孔放大，同时，感受器的光学变化也增加了感受器对光线的敏感性
  • 暗适应的曲线，显示绝对阈限会随个人出于黑暗中的时间加长而降低。首先锥体细胞快速下降，随后（大约从10分钟开始）杆体细胞缓慢下降

Seeing patterns 形状视觉

• 视敏度（visual acuity）：眼睛解析细节的能力
• 一般通过 optician’s eye chart 测量

Seeing color 色觉

• Color constancy 色彩恒常性（e.g. 白金还是蓝黑）
• Color appearance 色貌
  • 看到颜色是主观的，颜色是大脑的构造
  • 但也是客观的，因为任意两个观众对颜色的理解都是相似的
  • 三个维度
    • hue 色调
    • brightness 明亮度
    • saturation 饱和度
  • 孟赛尔体系 Munsell system
• Color mixture 颜色的混合
  • 色彩配置实验（color matching experiment）证实，所有我们能分辨的色调都可以用三原色混合出来
  • Metamer（条件等色）：物理成分相当不同但看起来完全相同
• Theories of color vision
  • Trichromatic 三原色
  • Oppenent-color theory 拮抗理论（四原色说）

Sensation and perception: a preview

Audition

Sound waves 声波

• 正弦波（sine wave） = 纯音（pure tones）
  • Frequency 频率
  • Amplitude 强度 - 声波的振幅
  • Timbre 音色

The auditory system 听觉系统

• Consists of the ears, parts of the brain and neural pathways between
• 和眼睛相似，两个系统，一个系统将声音放大并传送至感受器；另一个系统接收声音并转换为神经冲动
• 传送系统（transmission system）
  • 外耳（outer ear）
    • 耳廓（external ear / pinna）
    • 耳道（auditory canal）
  • 中耳（middile ear）
    • 鼓膜（eardrum）
    • 三块成列的听骨
      • 锤骨（malleus）
      • 砧骨（incus）
      • 镫骨（stapes）
• 转换系统

Hearing sound intensity

• 对中频声音更敏感 More sensitive to sounds of intermediate frequency
• 耳朵之间有细微差距

Hearing pitch 听觉音高

• 取决于频率
• 很少听到纯音
• 但是听到几个纯音复合在一起的时候，仍能分别听到各个声音成分
• 在视觉上，可以将多种光线混合成同一种；但是听觉不行，说明听觉上少有专司不同频率的感受器，因此听觉的声音频率感受器更具连续性

音频知觉的理论

• 时间理论 Temporal theory (Rutherford, 1886)
  • 声波引起基底膜振动，基底膜振动速率决定听觉神经中的神经纤维冲动速率
  • 可以解释低频知觉
• 位置理论 Place theory
  • 可以解释高频知觉

Other Senses

Olfaction 嗅觉

• The olfactory system 嗅觉系统
  • 鼻腔中的感受器，脑部特定区域，以及神经通路
  • 嗅觉感受器
• Sensing intensity and quality
  • 与其他动物相比，人类较不敏感，因为感受器数量较少
  • 能分辨的种类比较多，感受器种类比较多样

Gustation

• The gustatory system

Pressure and temperature

Pain

- the stimulus intense enough to cause tissue damage 足以造成组织受损
- 刺激影响皮肤中的化学物质释放，然后刺激不同的高阈限感受器
- 由两种不同的神经通路传递的两种疼痛
  - Phasic pain 阶段性疼痛：短暂，快速升降
  - Tonic pain 紧张性疼痛：较缓和迟钝，但长时间持续且稳定