Cours : Psychophysiologie cognitive de la perception



La psychophysique est une discipline initiée par Ernst Weber (1795-1878) ayant pour objet d'étude les relations quantitatives entre stimulus physique et sensation (psychologique). Cette approche se fonde sur le fait que des mesures objectives peuvent être mises en relation avec un ressenti psychologique, lié à la réaction à ce stimulus. A l'instar du mouvement béhavioriste en naissance à l'époque de Weber, ce chercheur tente d'objectiver les processus psychique par l'étude des sens (signaux et organes sensoriels).


Mesure de seuils absolus

Un seuil absolu est la valeur d'un stimulus pour laquelle cette stimulation a plus d'une chance sur deux d'être perçue (50% correspond au hasard). Le principe consiste à appliquer de faibles stimulations à un sujet et lui demander d'en informer l'expérimentateur (cela peut être de façon orale, mais plus tard, on préfèrera des mesures plus rigoureuses comme la pression sur un bouton, dès que l'on perçoit le signal). dès que les réponses du sujet comporte un nombre d'erreur significativement moins grande que 50%, on peut en déduire que le sujet est effectivement capable de détecter le signal. En affinant les expérimentations, il est alors possible de déterminer certaines caractéristiques des organes sensoriels, telles que discrimination (par exemple, pour les contrastes - voir seuils différentiels) ou vitesse de traitement.

Il existe deux méthodes principales pour déterminer la valeur su seuil absolu :
- La méthode d'ajustement : l'expérimentateur règle le stimulus jusqu'à la perception par le sujet. Réalisée avec plusieurs sujets, elle donne une moyenne correspondant au seuil absolu.
- La méthode des stimuli constants : Le sujet règle li même l'intensité de la stimulation jusqu'à ce qu'il la perçoive : on obtient un tableau présentant pour chaque valeur du stimulus, le nombre de sujets le percevant et la proportion que cela représente. Au delà de 50%, le stimulus est en moyenne perçu.
 
Cette méthode permet d'apporter quelques réponses quant aux capacités sensorielles des hommes. Elle permet par exemple de dire que les hommes considèrent l'eau sucrée à partir d'une cuiller à café de sucre dans 7,5 litres d'eau. Elle permet également d'affirmer que contrairement à la légende, il est impossible de voir la Grande muraille de Chine depuis l'espace!

Mesure de seuils différentiels

Un seuil différentiel est l'écart détectable entre deux valeurs d'un stimulus, qui a plus d'une chance sur deux d'être perçu. Ce concept originaire de Fechner a permi d'établir une loi de sensation connue sous le nom de Loi de Weber-Fechner (du point de vue mathématique et sémantique, il s'agit davantage d'une fonction que d'une loi). La loi de Weber-Fechner définit une fonction qui permet de savoir le seuil à partir duquel on détecte une différence. Elle précise que la sensation perçue est égale au produit du logarithme de l'intensité d'une stimulation par une constante k. 

Sensation perçue = k*log(Intensité) 

Remaniant ce résultat, Fechner en déduit que la détection de variation d'intensité d'un stimulus par rapport à l'intensité (étalon) d'un stimulus, est constante : 

Seuil différentiel/Intensité du stimulus = K

Il apparait que K vaut en gros 0,02 : une variation correspondant à 2% de l'intensité d'un stimulus est donc détectable par les organes sensoriels. Par exemple, si l'on peut discriminer 15kg de 15,31kg, on ne peut par contre pas discriminer 20kg de 20,31kg.

Théorie de la détection du signal (TDS)

Détecter un signal peut avoir un impact énorme sur la façon dont on va appréhender l'environnement : quel niveau sonore faut-il absolument qu'une voiture émettent pour être sûr qu'un passant la détecte? Quel niveau d'intensité lumineuse faut il pour qu'un automobiliste réagisse correctement aux feux de signalisation?

Toutefois, si la mesure des seuils suffit à caractériser en moyenne les seuils de détection et de discrimination, elle n'a pas suffit à déterminer de telles caractéristiques chez l'homme : il manquait un organe essentiel qui influe notablement sur la détection et la discrimination : le cerveau.

C'est avec l'apparition des radars, pendant la seconde guerre mondiale, que l'on 'est rendu compte que le signal perçu par l'homme était parfois très difficile à détecter, et que la stratégie humaine intervenait fortement. Plusieurs hypothèses expliquant ce phénomène virent le jour, dont la fameuse théorie de la détection du signal.

Rôle de la stratégie du sujet

Lorsque l'on essaie de détecter un signal faible, il arrive qu'on se trompe, mais pas toujours de la même façon : on peut soit ne pas percevoir un véritable signal (omission), soit affirmer avoir perçu un signal inexistant (fausse alarme). A partir de cette typologie d'erreur, on peut en déduire deux profils de personnes : 

- un sujet X est désigné téméraire s'il répond qu'il a vu un signal alors qu'il a un doute.
- un sujet Y est désigné prudent, si lorsqu'il doute, répondra qu'il n'a rien vu. 

Ils ont pourtant tous deux la même sensibilité! On peut ainsi analyser les réponses des sujets en quantifiant : les rejets corrects, les détection correctes, les omissions, les fausses alarmes. Selon les besoins (radar, automobile, etc...), on pourra affiner la détection d'un signal en privilégiant certains types d'erreurs plutôt que d'autres : lorsqu'on marche dans la rue, mieux vaut trop percevoir de fausses alarmes, plutôt que d'omission - car seules les omissions vous amènent à mettre le pas devant une voiture qui risque de vous écraser!

Courbe de ROC (Receiver operating characteristic)

Si la sensibilité d'un sujet est invariable, le facteur stratégique peut donc être modifié. On peut optimiser un test présentant un seuil de détection à l'aide de l'outil mathématique statistique que représentent les courbes de Roc (voir Wikipédia, courbes de ROC.), afin d'améliorer en fonction des besoins la qualité du récepteur (en psychologie, les récepteurs sont les organes sensoriels!) ou à l'inverse, les caractéristiques du signal pour que celui-ci soit plus aisément détectable ou discriminable par les sens humains!