Cronometria Mentale

Appunti di

Cronometria Mentale

Traduzione e adattamento dei Capitoli I e II

del volume “Clocking The Mind” di Arthur R. Jensen (2006)

A cura di Simone Romagnoli, Ph.D.

simone.romagnoli3@unibo.it

Ver. 1.5.0

Si precisa che la presente dispensa viene rilasciata gratuitamente, ad uso esclusivo degli studenti che devono sostenere l’esame di

Informatica - Modulo 2

regolarmente iscritti al Corso di Laurea in Scienze e Tecniche Psicologiche presso la Scuola di Psicologia e Scienze della Formazione dell’Università di Bologna per l’anno accademico 2019/20.

Ogni altro uso del presente documento è espressamente vietato

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PREMESSA

Il modulo 3 dell’insegnamento di informatica si compone di 4 lezioni della durata ciascuna di circa due ore.

Verranno trattati i seguenti argomenti:

1. Elementi di cronometria mentale

2. Introduzione alla programmazione con Python 3. Introduzione a PsychoPy

4. Esercitazioni di laboratorio

Questa dispensa fa riferimento alla lezione 1. Questi i temi trattati:

 Origini della cronometria mentale

 La psicologia sperimentale con tempi di risposta

 La psicologia differenziale dei tempi di risposta

 Struttura di una procedura tempi di risposta generica

 Terminologia di base dei paradigmi tempi di risposta

 Terminologia di base dei paradigmi tempi di risposta

 Classificazione dei paradigmi tempi di risposta

 Il metodo della sottrazione di Donders

 Il metodo dei fattori additivi [NON comparirà nella prova d’esame]

 Esempi di paradigmi di ricerca basati su tempi di risposta 1. Test di verifica della frase (Baddeley 1968)

2. Test di corrispondenza della lettera di Posner (Posner, Boies, Eichelman, and Taylor 1969) 3. Paradigma Scansione della memoria a breve termine (Sternberg 1966, 1969)

4. Paradigma della scansione visiva di Neisser (Neisser, 1967) 5. Memoria per il riconoscimento continuo (Okada, 1971) 6. Tempo di coincidenza (CT; Smith and McPhee, 1987)

7. Paradigma della rotazione spaziale (3D, Shepard & Metzler, 1971; 2D, Cooper & Shepard, 1973; Cooper, 1976)

8. Paradigma di Hick (Hick, 1952)

9. Paradigma dell’intruso (Frearson & Eysenck, 1986) 10. Paradigma del compito duale (Pashler, 1993)

11. Tempo di ispezione (Vickers, Nettelbeck, & Willson, 1979) 12. Test di Stroop (Stroop, 1935)

ORIGINI DELLA CRONOMETRIA MENTALE

Partiamo introducendo una definizione di Cronometria Mentale:

- Disciplina che si occupa di misurare la velocità di elaborazione del sistema cognitivo.

- L’assunto di base è che la velocità di elaborazione sia proporzionale al tempo che il sistema cognitivo impiega ad elaborare differenti tipi di informazione con diversi gradi di complessità.

- La misura di base è il tempo di reazione della persona (Reaction Time, RT) ad uno stimolo visivo o uditivo che richiede una specifica risposta, scelta o decisione.

- I compiti cognitivi elementari utilizzati nella ricerca cronometrica sono molto semplici, raramente richiedono tempi di reazione superiori a uno o due secondi per una popolazione normale.

I metodi cronometrici, in generale, producono misure di ordine diverso rispetto ai test psicometrici.

La ricerca quantitativa nelle scienze del comportamento e sociali si basa, quasi interamente, sul livello più basso della gerarchia di misure che possono essere considerate come quantitative, vale a dire le scale ordinali (la posizione degli item tra loro è relativa e non assoluta).

La cronometria, invece, permette di salire al livello più alto di questa gerarchia di misure, vale a dire la livello di una vera scala a rapporti (il peso di una persona, la sua altezza…).

Le scale: Nominali, ordinali, ad intervalli, a rapporti (http://it.wikiversity.org/wiki/Statistica_descrittiva) A seconda delle caratteristiche dei dati, questi

possono essere riportati su una o più scale di tipo diverso:

1. Scala nominale o classificatoria, è usata per dividere i dati in classi o categorie, la cui unica proprietà è l'equivalenza tra gli elementi di una stessa classe (ad esempio una scala

riportante le varie specie di macro-invertebrati).

2. Scala ordinale o per ranghi, quando oltre all'equivalenza degli elementi all'interno di una stessa classe, è possibile stabilire una relazione di maggiore/minore tra due classi (in pratica è possibile decidere quale viene prima e quale dopo), ma non è ancora possibile determinare l'esatta distanza tra le classi (ad esempio, la scala riportante un ciclo di vita, come uova, larve, adulti)

3. Scala ad intervalli, quando oltre alle caratteristiche delle scale precedenti è possibile determinare la distanza tra le classi, ma sulla scala non è presente un valore 0 corrispondente a una quantità nulla (cioè è possibile determinare la distanza tra i valori ma non il loro rapporto). Esempi sono scale di temperature misurate in gradi Celsius o Farenheit (in cui il valore 0 non corrisponde a una temperatura nulla), o una scala di date.

4. Scala di rapporti, quando oltre alle caratteristiche delle scale precedenti è presente anche uno zero assoluto, tale da permettere di calcolare il rapporto tra i valori (scale di questo tipo sono ad esempio la temperatura misurata in gradi Kelvin, o la portata di un fiume).

La scoperta della forma di una relazione funzionale tra variabili (Y=f(X)), quando misurata su una scala di rapporti rappresenta una verità scientifica, una realtà fisica [non si tratta semplicemente di un artificio relativo a misure meramente ordinali o di una qualche trasformazione matematica applicata ad una scala ordinale.]

Metodo scientifico?

Basato sulla falsificazione di ipotesi. Una affermazione è scientifica se è possibile costruire un esperimento che sia in grado di confutarla.

“A => B (se A allora B)” è falsa quando “A” è vera e “NON B” è vera.

Ad esempio la frase “se piove allora ci sono nuvole in cielo” è una

affermazione scientifica poiché è empiricamente falsificabile. Per falsificarla devo testare “A: piove?” e “Non B= non ci sono nuvole in cielo”?

Se fosse vero che “piove” e nello stesso istante fosse vero che “non ci sono nuvole in cielo” allora “ A => B ” sarebbe falsificata dunque non sarebbe vero che “se piove allora ci sono nuvole in cielo“.

Se fosse vero che “piove ”e NON fosse vero che “non ci sono nuvole in cielo”

allora “ A => B ” non sarebbe falsificata dunque dovremmo assumere, fino a prova contraria, che “se piove allora ci sono nuvole in cielo“ . In ogni caso non potremmo comunque dire che “se piove allora ci sono nuvole in cielo“ è vera in assoluto, ma solo che NON è falsa fino a prova contraria.

Esempio di affermazione scientifica falsificata nel tempo:

“Se X è un cigno allora X è bianco” venne falsificata nel 1697, anno in cui Willem de Vlamingh scoprì che in Australia esistono animali in tutto e per tutto uguali ai ben noti cigni bianchi, fatta eccezione per il colore che è nero.

Si può affermare che le misure cronometriche possono confermare o disconfermare oltre ogni dubbio la loro validità come fatto scientifico, naturalmente all’interno di specifiche condizioni al contorno (contesto).

I dati cronometrici riflettono anche una più profonda base biologica di quanto non facciano i test psicometrici.

La cronometria permette di studiare da vicino e in modo non invasivo come si interfacciano cervello e comportamento: né il cervello, né il comportamento possono essere studiati correttamente se considerati indipendentemente l’uno dall’altro.

La psicologia differenziale, in quanto scienza quantitativa, ha avuto inizio con un interesse pratico: la misura delle differenze individuali nei tempi di reazione.

La psicologia sperimentale, come disciplina distinta dalla fisiologia, ha avuto inizio con lo studio degli effetti indotti dalla manipolazione di diverse condizioni esterne (variabile indipendente, sperimentale) rispetto alla variazione nella misura dei tempi di risposta (variabile dipendente, effetto).

È interessante notare che il filosofo Immanuel Kant (1724–1804) riteneva che NON fosse possibile descrivere la mente mediante attributi misurabili, e che, per questo, non sarebbe mai stato possibile sottoporla a ricerca mediante metodi oggettivi.

Egli riteneva che le proprietà della mente non potessero essere misurate, perché considerava infinita la velocità di conduzione nervosa (NCV, Nerve conduction velocity).

Oggi sappiamo, grazie ad esperimenti di laboratorio, che la velocità di conduzione nervosa non si avvicina neanche lontanamente nemmeno a quella della luce, anzi varia ampiamente tra circa 0.5 (1.8 Km/h) e 90 m/s (324 km/h), in funzione di specifiche condizioni fisiche e chimiche dell’assone.

Per dare concretezza alla nozione di tempo di reazione vale la pena ricordare la vicenda di David Kinnebrook accaduta nel 1796.

L’astronomo inglese Nevil Maskelyne, presso il Greenwich Observatory, scoprì che il suo assistente, David Kinnebrook, cadeva sistematicamente in errore quando effettuava le sue letture del tempo

relativamente al momento in cui una data stella incontrava uno specifico punto di riferimento (una fessura in un muro).

Kinnebrook infatti sembrava registrare sistematicamente tempi in ritardo di circa mezzo secondo rispetto a quelli presi da Maskelyne.

Questo fatto non era tollerabile ai fini della calibrazione del tempo di riferimento considerato essenziale per standardizzare la precisione della misura del tempo per il mondo intero, quello che viene chiamato “tempo medio standard di Greenwich” (GMT, greenwich mean time).

Per questo Maskelyne, supponendo che le proprie rilevazioni fossero assolutamente corrette, licenziò il suo assistente Kinnebrook.

L’attività che Kinnebrook non riusciva, apparentemente, a portare a termine con “successo” era molto simile al paradigma di ricerca per la misura dei tempi di reazione chiamato “tempo di sovrapposizione”

(coincidence timing):

Mentre osserva uno schermo, il partecipante all’esperimento tiene premuto il pulsante di un telegrafo quando un punto luminoso comincia a muoversi orizzontalmente attraverso lo schermo e lo rilascia nel momento in cui il punto viene visto coincidere con una linea verticale posizionata al centro dello schermo.

Siccome la caratteristica del telegrafo è quella di stampare una linea continua su una striscia di carta che si muove a velocità costante, dal momento in cui viene premuto il pulsante, al momento in cui questo viene rilasciato, la misura della lunghezza della riga sarà proporzionale al tempo trascorso (s=v*t) tra la comparsa dello stimolo, il punto, e la richiesta di risposta, coincidenza tra punto e riga verticale.

Dunque il confronto della lunghezza tra linee relative a tracce diverse prodotte dal partecipante rispetto alla traccia teorica (quella tra la comparsa fisica, e non percepita, del punto sullo schermo e il momento in esatto in cui questo incrocia fisicamente la linea) ci dà la misura della discrepanza che esiste tra la comparsa dello stimolo e la sua percezione da parte del partecipante.

Si rilevano consistenti differenze individuali nel grado di precisione con cui i partecipanti stimano il momento della sovrapposizione del punto con la linea.

PSICOLOGIA SPERIMENTALE E TEMPI DI RISPOSTA

La ricerca in psicologia che usa i tempi di risposta diventa vera e propria cronometria mentale con il lavoro di Franciscus Cornelis Donders (1818–1889): “On the speed of mental processes,” (1868; trad. ing. Donders, 1969).

Donders si occupa di rendere più complessa la procedura per la misura del tempo di reazione che inizialmente prevedeva una singola riposta ad un singolo stimolo (simple reaction time, SRT).

Donders infatti decide di misurare i tempi di reazione anche nel caso di risposte che richiedono:

- la scelta tra diverse possibili risposte, usando una interfaccia composta da più pulsanti tra cui scegliere (choice reaction time; CRT)

- la discriminazione tra diversi stimoli, presentando più stimoli tra cui discriminare (discrimination reaction time; DRT).

Donders decide inoltre, incrementando il numero di scelte possibili oppure il numero di stimoli, o entrambi, di sottrarre dalla forma più complessa di RT, i tempi di reazione relativi alla forma più semplice di RT (SRT), pensando di ottenere così una misura netta del tempo richiesto per svolgere elaborazioni mentali più complesse.

Ad esempio, egli riteneva che le componenti sensoriali e motorie, misurate attraverso la somministrazione di una prova di tipo SRT (simple reaction time), potessero essere sottratte dalla misura proveniente da una prova di tipo CRT, facendo emergere così la misura dei tempi impiegati nell’ “operazione mentale pura”

della scelta.

Donders ritiene che gli intervalli di tempo ricavati sperimentalmente in questo modo riflettano i tempi richiesti per svolgere gli ipotizzati processi mentali quali la discriminazione o la scelta.

Successive ricerche empiriche hanno mostrato come il metodo della sottrazione di Donders, benché astuto, fosse e sia empiricamente insostenibile.

L’ipotesi ad esso associata è da ritenersi FALSIFICATA (approfondiremo il discorso più avanti).

Altro contributo fondamentale viene da James McKeen Cattell (1860–1944) che portò a termine il proprio dottorato di ricerca sotto la supervisione di Willelm Wundt (1832-1920), uno dei padri fondatori della psicologia, implementando un progetto di ricerca intitolato “il tempo impiegato dalle operazioni cerebrali”

(1886).

Cattell scoprì che i tempi di risposta (RT, response time) vengono influenzati da:

1. modalità sensoriale dello stimolo (visiva, uditiva, tattile etc.), 2. intensità dello stimolo (bassa, alta etc.),

3. modalità di risposta allo stimolo (motoria, vocale).

4. livello di attenzione del partecipante (alto, basso etc.) 5. affaticamento del partecipante (elevato numero di trial etc.)

6. esercizio del partecipante (possibilità di provare l’attività prima della valutazione vera e propria) A livello operativo ne deriva che, quando si effettua una misura dei tempi di risposta, è necessario tenere sotto controllo almeno queste condizioni, al fine di rendere più attendibili e quindi precisi e confrontabili i dati raccolti.

PSICOLOGIA DIFFERENZIALE E TEMPI DI RISPOSTA

La psicologia sperimentale di Wundt non teneva conto delle differenze individuali, se non per il fatto che venivano considerate una fastidiosa fonte di varianza che doveva essere minimizzata o quantomeno controllata attraverso il calcolo della performance media su un gruppo di individui.

Le ricerche condotte in laboratorio da Wundt si focalizzano interamente sul generale e lecito effetto che qualche variabile stimolo esterna produceva su una specifica risposta comportamentale.

Egli ipotizzava che la relazione funzionale tra lo stimolo (S) e la risposta (R), in simboli R = f(S) (equazione di Wundt), fosse applicabile in modo legittimo a tutti gli esseri umani.

Diverso è il discorso della psicologia differenziale il cui scopo è quello di studiare le differenze significative tra individui a livello di tratti e di capacità.

L’equazione di Wundt viene modificata per includere anche l’Organismo (O): R = f(S, O).

La variabile O rappresenta le differenze di risposta R tra organismi cui viene somministrato il medesimo stimolo S.

Sir Francis Galton (1822–1911) viene solitamente indicato come il fondatore della psicologia differenziale.

Fu il primo a usare misure dei tempi di reazione, assieme a una batteria di differenti test senso-motori, allo scopo di determinare la media e l’estensione delle differenze individuali relativamente a tratti fisici e capacità comportamentali.

Galton sostiene che, nel corso dell’evoluzione umana, l’adeguatezza della capacità di discriminare e la velocità di reazione siano vantaggiose in termini di capacità di sopravvivenza e, per questo, siano soggette al processo di selezione naturale.

Strumenti più precisi e metodi più rigorosi hanno permesso di corroborare l’ipotesi di Galton.

Per completezza vi propongo anche la funzione che per la psicologia sociale descrive la relazione tra risposta e stimolo:

R = f(S, O, C)

C sta ad indicare il contesto, che comprende ad esempio l’ambiente fisico, quello immaginato, la cultura, le credenze …

La risposta oltre che dipendere dallo stimolo e dall’organismo (natura) dipende anche dal contesto (cultura) Questo aprirebbe un dibattito non ancora risolto in psicologia circa il fatto di decidere il primato

dell’influenza sulla reazione tra natura e cultura

STRUTTURA DI UNA PROCEDURA TEMPI DI RISPOSTA GENERICA

Schema rappresentante la sequenza degli eventi in una tipica procedura per la misura dei tempi di reazione.

 PS è lo stimolo preparatorio;

 RS è lo stimolo Reazione;

 R è la risposta.

TERMINOLOGIA DI BASE DEI PARADIGMI RT

• Person (P) [Persona]: Il partecipante all’esperimento. A volte viene chiamato anche Osservatore (O) oppure Soggetto (S), ma quest’ultimo termine è spersonalizzante e quindi è meglio evitarlo.

• Experimenter (E) [Sperimentatore]: l’operatore, spesso un ricercatore, che somministra il test.

• Stimulus (S) [Stimolo]: un cambiamento (da acceso a spento o viceversa) in qualche condizione ambientale (luce, suono etc.) che può essere riconosciuto da un apparato sensoriale ricevente;

viene anche identificato con il termine Segnale.

• Reaction(R) [Reazione, Risposta]: un movimento, un cambiamento fisico, oppure un’azione compiuta da P (ad esempio la pressione ed il rilascio di un pulsante su una tastiera) che può essere rilevato, provocato dall’azione di S; viene anche identificato con il termine Risposta.

• Reaction Stimulus (RS) [Stimolo Reazione]: Stimolo cui P viene istruito a rispondere (luce che si accende o spegne).

• Preparatory Stimulus (PS) [Stimolo Preparatorio]: Stimolo che precede RS e che ha lo scopo di allertare P circa l’imminente manifestazione di RS (i.e. una croce nel mezzo dello schermo). Al fine di evitare confusione tra RS e PS, PS viene talvolta presentato attraverso un differente canale sensoriale rispetto a quello usato per RS.

• Preparatory Interval (PI) [Intervallo preparatorio]: intervallo che intercorre tra PS e RS.

• Warning Interval (WI) [Intervallo di allerta]: intervallo che intercorre tra PI e RS.

• Reaction Time (RT) [Tempo di reazione]: intervallo che intercorre tra RS e R, solitamente misurato in millisecondi, quando P viene allertato che la risposta richiesta è a tempo, che deve essere data rapidamente ma in modo accurato. [Viene anche identificato con Decision Time (DT; tempo di decisione) usata particolarmente (ma non necessariamente) in paradigmi nei quali il tempo totale impiegato da P (partecipante) per rispondere viene diviso tra RT e tempo impiegato per il

movimento (Movement Time; MT).]

• Display. [Schermo] pannello su cui RS viene presentato (i.e. Monitor del PC). Per RS sonori si usa un dispositivo in grado di produrre toni puri collegato allo schermo (Casse audio).

• Response Console. [Pannello di risposta] Strumento per mezzo del quale P comunica le sue risposte (i.e. premendo pulsanti su una tastiera). Può essere una pressione o la rimozione di un dito (spesso il dito indice) da un pulsante.

• Response Time (RT°) [Tempo di risposta]: Luce (1986, p. 2) ha introdotto la distinzione tra tempo di reazione e tempo di risposta; il tempo di reazione si riferisce a condizioni di test in cui la velocità di reazione è di esplicito e maggiore interesse nelle istruzioni; il tempo di risposta riguarda condizioni sperimentali in cui il tempo e la velocità o non vengono menzionati o enfatizzati nelle istruzioni per il partecipante.

• Home Key (HK) [Pulsante origine]: In alcuni dispositivi sperimentali il partecipante tiene premuto un pulsante mentre attende lo stimolo risposta (RS). Quando lo stimolo si manifesta, P lascia HK e preme un altro pulsante chiamato il pulsante scelta (Choice Key; CK) posizionato ad una certa distanza da HK. RT è l’intervallo di tempo che intercorre tra il manifestarsi di RS e il momento in cui P lascia HK.

• Movement Time (MT) [Tempo di movimento]: L’intervallo di tempo che intercorre tra il momento in cui P rilascia HK e preme il momento in cui preme CK.

• Simple Reaction Time (SRT) [Tempo di reazione semplice]: Tempo che intercorre tra la presentazione di RS (i.e. una luce) e una semplice risposta intenzionale (i.e. la pressione di un pulsante).

• Choice Reaction Time (CRT) [Tempo di reazione per la scelta]: intervallo di tempo impiegato per dare una risposta intenzionale ad una scelta tra due o più RS differenti, uno dei quali viene identificato da RS+ e l’altro (altri) da RS-. Viene anche chiamato tempo di risposta disgiunto.

Schema rappresentante il paradigma tempo di reazione per la scelta (CRT); H è il tasto origine (HK);

il ciclo comincia con il partecipante che inizia a premere il pulsante H con il dito indice, quando S1 o S2 appare, P lascia H e preme il pulsante di risposta corrispondente, R1 o R2 il più velocemente possibile.

 Conditional Choice Reaction Time (CCRT). [Tempo di reazione per la scelta condizionale]: come CRT eccetto che per la risposta di P ad RS è condizionale rispetto a qualche caratteristica dello stimolo discriminante. Ad esempio, immaginiamo che i due pulsanti sulla console di risposta siano colorati uno di rosso e l’altro di nero. Verranno presentati quattro diversi stimoli risposta che possono manifestarsi a caso: cerchio rosso su sfondo giallo; cerchio rosso su sfondo blu; un cerchio nero su sfondo giallo; cerchio nero su sfondo blu.

P deve premere il pulsante rosso quando il cerchio rosso compare su sfondo giallo e deve premere il nero quando il cerchio rosso appare su sfondo blu, P deve premere il pulsante nero quando il cerchio nero compare su sfondo giallo e deve premere il rosso quando il cerchio nero appare su sfondo blu.

In questo modo la risposta di P è soggetta a condizioni che devono essere elaborate su entrambi gli stimoli in primo e in secondo piano (Lo stimolo condizionato può anche essere presentato usando differenti modalità sensoriali).

La necessità di tenere a mente la regola condizionale aumenta l’impegno richiesto alla memoria di lavoro di P. Tale fatto rende apprezzabile la differenza tra i tempi registrati in prove CRT e CCRT (più lungo). Altro effetto è l’aumento del numero di errori nelle risposte di P. Sia RT che gli errori di risposta dipendono dal grado in cui lo sperimentatore pone l’accento sulla velocità o l’accuratezza delle risposte.

• Discrimination Reaction Time (DRT). [Tempo di reazione per la discriminazione]: equivalente a CRT eccetto per il fatto che la scelta viene fatta tra due o più stimoli che non sono chiaramente né banalmente differenti tra loro; si richiede a P di discriminare gli stimoli su una particolare dimensione sensoriale o di significato.

• Nondiscriminative Reaction Time (NDRT). [Tempo di reazione per la non discriminazione] Detto anche tempo di risposta congiunto (Conjunctive RT). Vengono presentati due o più stimoli risposta a cui P deve dare risposta senza effettuare discriminazioni.

• Practice Trial (PT) [Evento di prova] and Test Trial (TT) [Evento di esame]. Gli esperimenti RT sono solitamente costituiti da un certo numero di Eventi di prova ed eventi di esame secondo uno schema definito dallo sperimentatore. I PT servono per permettere a P di familiarizzare con la prova, le richieste del compito e la procedura corretta, alo scopo di incrementare la consistenza e l’affidabilità della prestazione di P.

• Interstimulus Interval (ISI) [Intervallo inter-stimolo]. In una sequenza di prove RT, ISI rappresenta l’intervallo di tempo che intercorre tra l’RS presentato in una data prova e lo stimolo presentato nella successiva prova. Può essere uniforme o variabile a seconda delle esigenze.

• Response–Stimulus Interval (RSI). [Intervallo risposta-stimolo] In una sequenza di trial di un esperimento RT, rappresenta l’intervallo di tempo che intercorre tra la risposta data da P e la

presentazione del successivo RS nella sequenza. Può essere costante o variabile a seconda delle esigenze di ricerca.

• Reaction Time mean (RTm). [Media dei tempi di risposta] media aritmetica dei tempi di risposta del partecipante rispetto al numero (n) di trials.

• Reaction Time median (RTmd). [Mediana dei tempi di risposta] la mediana dei temi di risposta del partecipante rispetto al numero (n) di trials. (la mediana di una distribuzione è la più piccola modalità (valore in una distribuzione discreta) che lascia alla sua sinistra e alla sua destra una frequenza relativa minore o uguale a 0.5)

• Reaction Time Standard Deviation (RTSD) (also SDRT). [Deviazione standard dei tempi di reazione]

deviazione standard calcolata sui RT del partecipante P rispetto agli n trials. Una misura della variabilità intra-individuale per P detta anche oscillazione di RT.

• Latency (L). [Latenza]: Il tempo ipotetico e non osservabile durante il quale avviene la reazione di cui il tempo di reazione (RT) osservato è una stima contenente una certa quantità di errore RT = L + e

• Noise (N). [Rumore] o Neural Oscillation [Oscillazione neurale]. Costrutto ipotetico che spiega la variabilità in una risposta comportamentale quando uno stimolo esterno e le condizioni sono uniformi e costanti. Viene indicato dalla variabilità nelle misure di RT i.e RTSD

• Elementary Cognitive Task (ECT). [Compito cognitivo elementare] come definito da J. B. Carroll (1993) compito in cui la persona affronta una prestazione per cui è definita una specifica classe di risposte corrette che possono essere individuate attraverso poche e semplici elaborazioni mentali, e il cui esito positivo dipende dalle istruzioni date o l’insieme dei piani usati dalla persona. Tutti i paradigmi RT descritti in seguito possono essere qualificati come ECT.

CLASSIFICAZIONE DEI PARADIGMI RT

Nella letteratura sui tempi di reazione, un paradigma si riferisce alla particolare disposizione di risposte (R) e stimoli (S) in un test, alle caratteristiche procedurali per effettuare tale test, e, in particolare, ai tempi di intervallo misurati come variabili dipendenti.

La prima classificazione dei paradigmi RT (Reaction Time) è stata proposta da Donders (1868) ed era composta da tre categorie. Wundt successivamente la ampliò aggiungendone una.

Oggi la nomenclatura Donders-Wundt è raramente utilizzata in letteratura, ma i paradigmi che identifica sono generali e ben conosciuti.

• a-reaction [reazione-a]: misura il tempo impiegato dal partecipante per dare una singola risposta ad un singolo stimolo (i.e. SRT).

• b-reaction [reazione-b]: misura il tempo impiegato dal partecipante per scegliere una risposta in reazione a due o più stimoli (i.e. CRT, Choice Reaction Time). La forma più semplice prevede due differenti stimoli risposta (SR) e due pulsanti risposta.

• c-reaction [reazione-c]: misura il tempo impiegato dal partecipante nel rispondere ad uno stimolo reazione positivo (RS+) mentre evita di rispondere ad uno o più stimoli negativi (S-). È la forma più semplice di DRT (Discrimination Reaction Time), per cui si richiede un solo pulsante risposta e due o più stimoli tra cui discriminare (RS+, S-), di cui uno solo attiva la riposta del partecipante.

• d-reaction [reazione-d]: misura il tempo di risposta del partecipante quando esposto a ciascuno di due o più stimoli differenti; non vi è nessuna scelta o discriminazione da effettuare anche se vengono proposti diversi stimoli. Richiede solo un pulsante di risposta e due o più RS.

IL METODO DELLA SOTTRAZIONE DI DONDERS

Donders aveva ipotizzato che in ciascun paradigma RT, la misura del tempo di risposta fosse composta dalla sommatoria dei tempi richiesti per completare la seguente sequenza:

1. Registrazione dello stimolo da parte di un organo di senso 2. Trasduzione in un impulso neurale

3. Trasmissione attraverso un nervo efferente alla corteccia somato-sensoriale 4. Elaborazione da parte del sistema cognitivo dello stimolo per il riconoscimento 5. Trasmissione del riconoscimento dal cervello alla mano

6. Attraversamento della giunzione muscolo-neurale

7. Movimento appropriato attivato dopo un certo tempo di latenza.

La somma dei tempi T1+ .. +T7 determinerebbe RT.

SRT per Donders era prevalentemente spiegato attraverso meccanismi di tipo fisiologico piuttosto che mentali. Studi recenti hanno dimostrato che le SRT è in effetti un fenomeno interamente fisiologico.

Donders generalizzò questo principio sostenendo che sottraendo i tempi di paradigmi semplici a quelli di paradigmi complessi fosse possibile misurare i tempi di elaborazione dei singoli processi mentali.

L’ipotesi, benché attraente, è stata falsificata: gli elementi componenti i paradigmi complessi NON sono indipendenti, ma interagiscono tra loro.

IL METODO DEI FATTORI ADDITIVI [NON COMPARIRÀ NELLA PROVA D’ESAME]

Metodo introdotto da Sternberg (1969).

Si basa su una tecnica matematica nota come analisi della varianza (ANOVA; Fisher, 1890–1962).

In statistica la varianza è un indice di variabilità. Data una distribuzione di un carattere quantitativo su una popolazione di elementi, la varianza è la media quadratica delle distanze dei valori dalla loro media

dove è la media aritmetica di .

In statistica viene molto spesso utilizzata anche la radice quadrata della varianza, vale a dire lo scarto quadratico medio (o deviazione standard o scarto tipo) . Con riferimento a questa notazione la varianza si trova quindi anche indicata come .

ANOVA viene usata quando in un esperimento vi sono effetti simultanei di due o più variabili indipendenti (i fattori) sulla variabile dipendente.

Variabile indipendente: è la variabile sotto il controllo dello sperimentatore (i.e. particolari caratteristiche di un paradigma RT);

Variabile dipendente: è la risposta del partecipante (i.e. la misura del tempo di risposta)

Il calcolo dell’ANOVA separa la varianza totale della variabile dipendente in componenti additive che possono essere imputate a differenti cause:

1. Effetti principali delle variabili indipendenti

2. Effetto di interazione dovuto alla variabile indipendente 3. Differenze individuali

4. Errore di misura.

In un esperimento che coinvolge un numero elevato di partecipanti se:

- la componente di interazione NON è significativa possiamo dedurne che l’effetto delle variabili indipendenti sulla variabile dipendente (RT) risulti solo dagli effetti additivi.

- la componente di interazione è significativa, vuol dire che la variabile dipendente è il risultato sia

dell’effetto principale delle variabili indipendenti che dell’effetto di una qualche combinazione non additiva degli effetti separati riconducibili alle medesime variabili indipendenti.

Il disegno sperimentale più semplice su cui sia possibile applicare il metodo dell’ANOVA richiede due fattori (corrispondente a due differenti paradigmi RT) in cui siano presenti due livelli per ciascun fattore.

Ad esempio i paradigmi C e D nella classificazione di Donders ciascuno corredato da due stimoli risposta, RS+ e RS-:

• reazione-c: il partecipante reagisce quando lo RS+ compare sullo schermo, ma non in presenza di RS- (richiede una discriminazione).

• reazione-d: il partecipante risponde ad entrambi gli stimoli (RS+,RS-) per ogni prova, quindi non vi è discriminazione, ma solo il riconoscimento in seguito alla presentazione di entrambe gli stimoli).

Per poter applicare il metodo di Sternberg ci devono essere almeno due livelli per la variabile discriminante:

- una discriminazione semplice (distinguere tra rosso e verde)

- una discriminazione più complessa (distinguere tra due sfumature di blu).

Servono poi 4 gruppi randomizzati di partecipanti da associare alle 4 condizioni sperimentali:

1. Reazione-c con discriminazione semplice 2. Reazione-c con discriminazione complessa 3. Reazione-d con discriminazione semplice 4. Reazione-d con discriminazione complessa

Grafici rappresentanti il tempo di risposta medio ottenuto per ciascuna delle condizioni:

Il riquadro A mostra un’assenza di interazione tra il paradigma reazione-c e il tempo di risposta rispetto ai livelli di difficoltà del compito di discriminazione: l’incremento di difficoltà provoca un incremento

equivalente nei tempi di reazione registrati.

Il riquadro B mostra un chiaro effetto di interazione.

L’esistenza dell’effetto di interazione è spiegato dal fatto che il paradigma reazione-c è più sensibile alla variazione di difficoltà che non il paradigma reazione-d.

Applicando l’analisi ANOVA ai dati possiamo conoscere la significatività statistica di questi effetti, allo scopo di escludere l’effetto del caso come causa di ciascuna delle configurazioni.

I dati che devono essere elaborati sono i tempi di risposta grezzi oppure le loro medie aritmetiche.

PARADIGMI DI RICERCA BASATI SU RT

Paradigma RT binario

È costituito dalla presentazione di un RS (reaction stimulus) cui P (Partecipante) può dare una risposta binaria come Sì-No, Vero-Falso, Uguale-Diverso, etc.

Offre il vantaggio di mantenere le richieste relative alla riposta da dare semplici lungo tutto il range di variazione della

difficoltà di un compito di discriminazione.

Gli RS utilizzati sono molteplici: Visivi, Uditivi, Lettere, Parole, Numeri, Figure astratte, Volti, Operazioni aritmetiche semplici etc.

Allo scopo di minimizzare RT (tempo di risposta) e ottenere una misura più precisa del tempo di

discriminazione, gli stimoli possono essere presentati in sequenza piuttosto che in un’unica soluzione, in questo modo P (il partecipante) risponde ad RS ad ogni prova (trial).

Il RT (Tempo di reazione) di P (Partecipante) è l’intervallo di tempo che separa la presentazione del RS (Stimolo-Reazione) discriminante e la pressione di P sul pulsante corretto sulla console.

Test di verifica della frase

Sentence Verification Test (Baddeley 1968) Si tratta di un esempio di Paradigma RT binario

Sullo schermo appare una frase che descrive un’immagine.

Trascorso un intervallo di tempo sufficiente per leggere, la frase scompare e appare la figura.

P risponde premendo il pulsante “Sì” se vi è corrispondenza tra la descrizione e la figura, il pulsante “No”

altrimenti.

Questo test è stato chiamato anche test di verifica semantica poiché la frase che descrive la figura è la più semplice possibile.

Test RT che richiedono l’impiego della memoria a lungo termine Test di corrispondenza della lettera di Posner

Posner Letter-Matching Test (Posner, Boies, Eichelman, and Taylor 1969) Un altro esempio di Paradigma RT binario

Il test misura il tempo impiegato da lartecipante nel recuperare codici verbali profondamente appresi che risiedono nella memoria a lungo termine (long-term memory, LTM).

La decisione binaria che P deve effettuare è di tipo Uguale-Differente.

Fisica (Physical, P): si richiede di discriminare tra due lettere dell’alfabeto tenendo conto solo delle proprietà sue “fisiche”: le coppie Aa, Bb, AB, ab sono fisicamente differenti; AA, BB, aa, bb le coppie sono fisicamente uguali.

Nome (Name, N): si richiede di discriminare tra due lettere solo in base al loro “nome”, senza tener conto delle proprietà “fisiche”: AA, BB, Aa, Bb sono coppie semanticamente uguali; AB, ab, Ab, Ba sono

semanticamente differenti.

La capacità di discriminare le differenze fisiche non richiede il recupero di informazioni nella memoria a lungo termine, mentre la discriminazione del nome lo richiede.

La differenza nell’RT medio tra le discriminazioni fisiche e quelle del nome è una misura del tempo di recupero per i nomi delle lettere (Hunt, Lunneborg, & Lewis, 1975).

Variazioni: test dei sinonimi e contrari (Vernon, 1983), Classificazione verbale o corrispondenza tra categorie (Miller & Vernon, 1992).

Paradigma Scansione della memoria a breve termine

The Sternberg Short-Term Memory Scanning Paradigm (Sternberg 1966, 1969) Un terzo esempio di Paradigma RT binario

Consiste nel presentare a P un insieme composto da un set di item in numero compreso tra 1 a 7 (possono essere cifre, lettere o simboli). Questi insiemi vengono estratti da un insieme più ampio di elementi (i.e.

cifre da 1 a 9).

Ogni insieme viene presentato una singola volta e viene chiamato insieme positivo.

Dopo un breve intervallo di tempo (i.e. 2 secondi) l’insieme positivo viene sostituito da una singola cifra di confronto che può essere oppure no membro dell’insieme presentato. P risponde premendo il pulsante Sì o No sulla console in corrispondenza di quanto ricorda.

La dimensione dell’insieme (il numero di item di cui è composto) cambia tra un trial e l’altro.

RT cresce linearmente in funzione della dimensione dell’insieme.

Si ottiene lo stesso risultato usando indifferentemente cifre, lettere o simboli.

Il paradigma della scansione visiva di Neisser

The Neisser Visual Scanning Paradigm (Neisser, 1967) Un quarto esempio di Paradigma RT binario

Per prima cosa una singola cifra (o anche lettera o simbolo) viene mostrata per 2 secondi, dopo 2 secondi viene seguita da un insieme composto ad una serie cifre in numero variabile tra 1 e 7, presentate nello stesso momento.

P effettua una scansione visuale della serie alla ricerca della cifra di confronto e risponde “Sì” o “No” sulla pulsantiera in corrispondenza a quanto ricorda.

Il risultato è simile al paradigma della scansione in memoria, anche se in media i tempi di risposta risultano più lunghi.

Memoria per il riconoscimento continuo Continuous Recognition Memory (Okada, 1971) Un quinto esempio di Paradigma RT binario

A P viene mostrata a video una lista di parole familiari. Le parole vengono presentate una alla volta, sequenzialmente ad un ritmo costante (i.e. una ogni 2 secondi).

P viene istruito a riconoscere se la parola presentata è già stata vista in precedenza nella sequenza.

Se l’ha già vista, la parola viene detta “vecchia”, altrimenti viene detta “nuova”.

Quando la parola appare, P preme uno dei due pulsanti (Sì, No) Identificando al parola:

Risponde Sì se la identifica come “vecchia” e no se la identifica come “nuova”.

Il valore di RT per gli item identificati come vecchi è funzione del “ritardo” (numero di parole che separano le due occorrenze) che intercorre tra la presentazione precedente e quella corrente (i RT in questa prova sono piuttosto lenti 600-800 ms).

Tempo di sovrapposizione

Coincidence timing (CT; Smith and McPhee, 1987) Un esempio di Paradigma SRT

Si richiede a P di premere un pulsante quando il punto luminoso che si muove orizzontalmente sullo schermo si trova a coincidere con la linea verticale posta al suo centro.

Il punto lascia il margine destro o sinistro del monitor ad intervalli di tempo casuali e ci sono tre condizioni che si verificano ogni 30 prove:

1. Il punto si muove lungo un percorso orizzontale dritto alla velocità di 10 cm al secondo.

2. Come il precedente ma ad una velocità di 15 cm al secondo.

3. Il punto si muove lungo un percorso frastagliato casuale alla velocità di 10 cm al secondo.

P risponde alla sovrapposizione linea-punto premendo la barra spaziatrice di una tastiera di PC.

La prestazione in ciascuna delle tre condizioni viene misurata come distanza media assoluta tra la linea (la vera posizione) e la posizione del punto quando P risponde (posizione della risposta).

Una diversa misura che può essere usata è la deviazione standard delle differenze.

Paradigma della rotazione spaziale [ESERCITAZIONE]

Spatial Rotation Paradigm (3D, Shepard & Metzler, 1971; 2D, Cooper & Shepard, 1973; Cooper, 1976) Un esempio di paradigma DRT (discriminazione).

A P vengono mostrate una coppia di figure (o lettere) che appaiono simultaneamente sullo schermo; Il secondo item di ogni coppia è identico al primo ma può essere ruotato nello spazio a 2 dimensioni di un numero predefinito di gradi (tra 0 e 180).

P risponde scegliendo tra due pulsanti “uguale”/”differente” a seconda che percepisca come unica differenza tra le figure, la rotazione attorno all’asse centrale perpendicolare al piano di proiezione della figura.

P risponde che sono differenti in tutti gli altri casi.

Il tempo di reazione è calcolato come la media dei tempi richiesti per discriminare tra le due figure.

In questo caso la figura a sinistra della linea tratteggiata è uguale alle figure “a” e “d” e differente rispetto alle figure “b” e “c”.

Sì è scoperto che DRT è una funzione lineare dei gradi che separano la figura principale da quella ruotata congruente (all’aumentare dell’angolo aumenta il tempo di risposta).

Il paradigma di Hick

The Hick Paradigm (Hick, 1952)

Viene presentata al partecipante (P) una serie di test CRT (tempi di reazione scelta) contenenti da 1 a 10 (n) possibilità di scelta; Il numero di RS è diverso per ogni compito e vi è un corrispondente numero di risposte alternative.

I diversi RS vengono presentati a P a caso.

Hick ha dimostrato come il CRT aumenti di un valore costante in corrispondenza all’aumento di incertezza nella scelta di quale RS sarebbe comparso successivamente.

Il grado di incertezza vien misurato in Bit.

Un BIT, in teoria dell’informazione è definito come la quantità di informazione che riduce l’incertezza della metà. Nell’esperimento di Hick è il logaritmo base 2 del numero di stimoli-risposte alternativi possibili (n):

RT = a + b * log2 (n) (Legge di Hick)

Dove “a” è l’intercetta e “b” è la pendenza della funzione lineare.

L’intercetta (a) viene misurata, in via teorica attraverso la somministrazione di un compito SRT che è intrinsecamente privo di incertezza (ad Uno stimolo corrisponde una ed una sola risposta).

In realtà un minimo di incertezza è sempre presente per questo la legge di Hick viene adattata come segue:

RT = a + b * log2 (n+1) (Legge di Hick)

La pendenza (b) della funzione di Hick viene definita una misura del “grado di guadagno dell’informazione”

Paradigma dell’intruso

Odd-Man-Out Paradigm (Frearson & Eysenck, 1986)

Questo paradigma trasforma il paradigma di Hick da CRT a DRT.

Si utilizza lo stesso apparato in cui sono presenti tutti i pulsanti di scelta fin dall’inizio.

La differenza essenziale è che, ad ogni prova (trial), tre delle 8 luci che indicano i pulsanti da premere vengono accese

simultaneamente.

Due di queste luci sono più vicine tra loro rispetto alla terza che rappresenta l’intruso.

Il compito di P è di premere il pulsante dell’intruso il più velocemente possibile, provocando lo

spegnimento istantaneo delle tre luci. Con 8 pulsanti è possibile generare 44 combinazioni di tipo OMO (Odd-Man-Out).

Paradigma del compito duale Dual Task Paradigms (Pashler, 1993)

Progettato per mettere sotto pressione la capacità della memoria di lavoro del partecipante.

La memoria di lavoro (working memory; WM) è un costrutto ipotetico usato per giustificare la capacità che hanno le persone di mantenere in memoria l’informazione per un breve periodo di tempo mentre sono alle prese con un altro stimolo che richiede attenzione.

Il compito duale combina due distinti paradigmi RT:

1. Scansione della memoria alla ricerca di una serie di numeri 2. Discriminazione tra Sinonimi e contrari

L’effetto del compito duale (mantenere in memoria i numeri mentre si deve portare avanti il compito di discriminazione tra sinonimie contrari) porta ad aumentare sia il RT del compito 1 che quello del compito 2.

Compiti cronometrici senza risposta temporizzata Tempo di ispezione

Inspection Time (Vickers, Nettelbeck, & Willson, 1979)

Lo stimolo da discriminare consiste di due linee verticali parallele collegate da una linea orizzontale sulla sommità. Una gamba è il doppio dell’altra.

Dopo aver fissato un punto che appare sullo schermo, compare la coppia di linee di diversa lunghezza in posizione casuale.

Questa figura viene rapidamente coperta da una maschera, impedendo un ulteriori elaborazioni.

P tiene in ciascuna mano un pulsante e risponde allo stimolo premendo il pulsante corrispondente alla posizione della gamba più lunga presentata nello stimolo (se la gamba più lunga appare a destra allora preme il pulsante che tiene nella mano destra e viceversa).

Le istruzioni impartite dallo sperimentatore enfatizzano il fatto che questo non è un test dove viene misurato il tempo di reazione, ma una misura della velocità di percezione e che P può impiegare a rispondere tutto il tempo che ritiene necessario.

Quando è incerto sulla correttezza della risposta, P deve tirare ad indovinare.

Il test viene eseguito sotto il controllo di un algoritmo che adatta la velocità di presentazione dello stimolo in funzione della precisione di P:

La velocità aumenta per piccoli passi finché P non comincia a compiere errori e diminuisce in caso contrario.

Siccome la probabilità di indovinare per caso la risposta corretta è del 50%, il software mira a raggiungere una durata di presentazione dello stimolo tale per cui P ottiene una precisione pari al 97.5% (chiamato livello Lambda; λ).

Quindi λ è la minima durata dello stimolo che permette una precisione del 97.5%.

I valori di λ sono distribuiti attorno a una media di 100ms.

Altre implementazioni del paradigma non utilizzano un algoritmo adattivo. Questo fatto porta a sacrificare una parte dell’efficienza e della precisione in nome della semplicità.

Lo sperimentatore definisce una serie di prove che variano in velocità all’interno di un intervallo nel range teorico atteso intorno ai 100 ms.

λ viene stimato come il punto medio del tempo di esposizione tale per cui il criterio (19/20) viene raggiunto.

Variazione: Identificazione del cambiamento visivo (Deary, McRimmon, & Bradshaw, 1997); frequenza di maturazione della velocità (Vickers 1995).

Test di Stroop [ESERCITAZIONE]

The Stroop Color/Word Test (Stroop, 1935)

Il test di Stroop è una misura della resistenza individuale all’interferenza nel caso l’interferenza riguardi due risposte in competizione tra loro.

Il test consiste di tre distinti compiti. Per ciascuno la performance di P viene misurata in termini di tempo di reazione.

• Nominare i colori: a P viene mostrata una grafica su cui sono raffigurati numerosi piccoli rettangoli colorati di rosso, verde, giallo, blu in ordine pseudocasuale (casuale per il partecipante ma sempre identico tra partecipanti diversi). Viene chiesto a P di nominare ad alta voce il colore dei rettangoli il più velocemente possibile.

• Lettura delle parole: a P viene chiesto di leggere il più velocemente possibile e a voce alta il contenuto di una grafica in cui sono riportate in ordine pseudocasuale i nomi dei colori rosso, verde, giallo, blu.

• Nominare i colori delle parole: Come il precedete eccetto per il fatto che le parole questa volta sono scritte con colori diversi e non necessariamente corrispondenti a quelli rappresentati dalla scritta. P deve dire a voce alta il colore dell’inchiostro in cui è stampata la parola.

L’effetto Stroop consiste nel fatto che il tempo richiesto per svolgere la prova C è 3 volte superiore a quello richiesto per la prova A.

Alcune persone sono talmente infastidite dalla prova C che perdono momentaneamente il controllo, manifestando anche fisicamente il loro disagio.

Il test può essere implementato anche come paradigma CRT:

Si usa un pulsante casa e due pulsati risposta del tipo “coincide”/”non coincide” riferito al colore dell’inchiostro usato per stampare la parola e al nome del colore scritto con tale inchiostro.

La condizione di controllo misura la stessa cosa ma con rettangoli colorati e nomi di colori stampati in nero.

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