Gli stimoli sensoriali A cura di Eleonora Bilotta

Indice La sensazione La teoria della detenzione del segnale Il problema delle soglie di sensibilità umana Lo stimolo esterno La misura delle capacità sensoriali Il metodo degli stimoli costanti Legge di Weber La psicofisica Legge di Fechner Smith S. Stevens La teoria della detenzione del segnale Gli stimoli uditivi

La sensazione Le sensazioni, come diceva Wundt, possono essere descritte, ma sono eventi esclusivamente soggettivi che noi possiamo partecipare ad altri, ma nessuno, al di fuori di noi stessi, può averne un’esperienza diretta. Se, nonostante quest’ampia variabilità soggettiva e intersoggettiva, un determinato evento dell’ambiente fisico è descritto in modo simile da persone diverse, può essere ragionevole assumere che queste persone possano avere sensazioni simili. Per questo motivo esiste una relazione sistematica tra lo stimolo fisico (o stimolo distale) e la sensazione degli individui. Le relazioni di questo tipo sono dette relazioni psicofisiche, in quanto sono correlate a variabili fisiche e psicologiche (stimoli e sensazioni).

Mappa cerebrale collegata ai diversi canali sensoriali

Il problema delle soglie di sensibilità umana Quando la Psicologia sperimentale nacque, numerose furono le ricerche che avevano come oggetto lo studio dei limiti della sensibilità umana. Tali studi misero in evidenza come, variando l’intensità di uno stimolo, fosse possibile determinare il livello minimo necessario a suscitare una sensazione. Tale livello, noto come soglia assoluta, segna il confine tra i livelli d’energia sufficienti per suscitare una sensazione avvertibile e quelli troppo deboli per farlo. Un altro tipo di limite della sensibilità si ha nell’avvertire una variazione nell’intensità dell’energia. Per esempio, è necessario che una fonte di luce aumenti notevolmente o diminuisca di una certa quantità affinché il soggetto avverta il cambiamento dello stimolo. Gli psicologi cercarono di stabilire esattamente quanto una differenza nello stimolo debba grande per essere avvertita dai soggetti e arrivarono determinare il concetto di soglia differenziale.

Lo stimolo esterno Ogni sistema sensoriale è sensibile ad una determinata forma d’energia fisica. Per cui, per esempio, il sistema uditivo risponde a variazione della pressione dell’aria (che costituiscono il suono); il sistema visivo risponde a specifiche forme d’energia elettromagnetica (la luce). L’essere umano non risponde a tutte le stimolazioni ambientali: la nostra sensibilità ha dei limiti. Siamo sensibili solo alle forme d’energia per la quale abbiamo appositi ricevitori: gli organi recettori o gli organi di senso. Inoltre, l’energia deve essere abbastanza intensa perché produca una sensazione avvertibile da un soggetto umano: una luce può essere vista solo se intensa, un suono può essere udito solo se abbastanza forte.

La misura delle capacità sensoriali Soglia assoluta e soglia differenziale Per ottenere una misura della soglia assoluta è utilizzato il metodo dell’aggiustamento. Con tale metodo è chiesto al soggetto sperimentale di aggiustare il livello d’intensità di uno stimolo in modo tale che esso cominci a suscitare in lui una sensazione. In genere tale procedura è efficace. Se si vuole arrivare ad una misura più precisa nascono problemi. I soggetti sperimentali forniscono risposte con valori lievemente differenti se rilevati in tempi diversi. Notevoli differenze si riscontrano pure quando ai soggetti si chiede di cominciare con uno stimolo presentato ad un’intensità elevata, riducendola poi lentamente finché la sensazione non scompaia.

Il metodo degli stimoli costanti Il metodo degli stimoli costanti è stato elaborato per ottenere misure più coerenti. Un certo numero di stimoli di differente intensità è presentato ai soggetti più volte, in ordine casuale. In ogni prova è presentato uno stimolo di una certa intensità e il soggetto deve riferire se ha avvertito o no la sensazione. Si considera come soglia assoluta il valore dello stimolo che nel 50 per cento dei casi ha la probabilità di suscitare la sensazione corrispondente (valore liminare). Anche la misura della soglia differenziale segue un procedimento analogo. In questo caso, al posto di un singolo segnale di una certa intensità, in ogni prova è presentata al soggetto una coppia di segnali d’intensità differente (lo stimolo standard è tenuto costante, mentre lo stimolo di paragone è variabile).

Mappa sensoriale di Wilder Perifild

Ancora sul metodo degli stimoli costanti Il soggetto deve riferire se è in grado di cogliere una differenza fra i due stimoli. Le risposte sono organizzate su tre livelli: una gamma di risposte che riferiscono di differenze d’intensità così piccole da non suscitare quasi mai un giudizio di differenza; una gamma di differenze d’intensità abbastanza grandi da far notare ai soggetti la differenza d’intensità; una gamma di differenze intermedie in cui l’entità delle differenze a volte è percepita e altre volte no. Il valore della soglia differenziale è il valore della differenza che è rilevata nel 50% delle volte. Questa differenza è nota come differenza appena percepibile.

Legge di Weber Nel 1834, un medico tedesco, Weber verificò che la soglia differenziale (DeltaR) di ciascun tipo di stimolo è una frazione (o proporzione) costante (K) dell’intensità dello stimolo (R) iniziale, esprimibile secondo la seguente formula: K = Delta R R

La psicofisica Determinare le soglie sensoriali è solo uno dei modi attraverso i quali é possibile misurare le nostre capacità sensoriali. Un'altra strada è stabilire come la forza o la qualità di una sensazione vari al variare dello stimolo fisico. La Psicofisica s’interessa delle relazioni che intercorrono fra gli attributi soggettivamente definibili di una data sensazione e gli attributi fisici controllabili dello stimolo corrispondente.

Cellule sensoriali

Legge di Fechner Nel 1860, Fechner concepì la sensazione come una variabile continua e si propose di esaminare in che modo potesse variare la sensazione S al variare continuo dell’intensità della stimolazione R. Fechner si rese conto che la sensazione è direttamente proporzionale al logaritmo dell’intensità dello stimolo secondo la legge di Fechner: S = c log R + C dove c è la costante di proporzionalità di Weber e C una costante di integrazione. In altre parole, all’aumento in progressione geometrica dello stimolo corrisponde un aumento in progressione aritmetica della sensazione. Numerose ricerche, condotte per le varie modalità sensoriali, hanno dimostrato la validità della legge di Fechner a un livello di approssimazione decisamente buono, salvo per i valori più alti e più bassi delle scale di intensità.

Smith S. Stevens Smith S. Stevens, in alcuni esperimenti da lui condotti, mostrò che i soggetti potevano definire più proficuamente l’intensità di una sensazione semplicemente associandola ad un numero. Egli chiamò questo metodo stima di grandezza. Secondo tale metodo è possibile presentare come stimolo una certa intensità di luce e dire ai soggetti che essa ha una chiarezza pari a 10, in seguito presentare un’altra intensità di luce e chiedere ai soggetti di associarla ad un numero che ne rappresenti la chiarezza relativa. Se i soggetti credono che la seconda luce sia due volte più luminosa della prima, assegneranno un punteggio pari a 20, se pensano che la chiarezza dello stimolo sia inferiore, assegneranno un punteggio pari a 5, ecc. Questo procedimento può essere ripetuto con stimoli differenti, fino a quando non si abbia un’indicazione precisa del valore medio assegnato ad ogni stimolo.

La teoria della detenzione del segnale Le tecniche per misurare le soglie sensoriali e la sensibilità alle variazioni nella sensazione, benché siano generalmente efficaci, non sono prive di difetti. I concetti di soglia assoluta e differenziale sono basati sull’assunto che, quando è presentato uno stimolo ad un soggetto, quest’ultimo o lo rileva o non lo rileva. Non si è tenuto conto che tale rilevazione di solito è associata con processi di decisione, perché il soggetto deve decidere la presenza o l’assenza di uno stimolo, rispetto ad un rumore di fondo.

Trasmissione processi sensoriali

Le possibilità di rilevazione dello stimolo Esistono quattro possibilità di rilevazione dello stimolo: dire di si (il segnale esiste quando questo esiste realmente); dire si (il segnale esiste quando vi è solo rumore di fondo, in questo caso ci possono essere dei falsi allarmi); dire no (il segnale non esiste quando questo esiste davvero, omissione); dire no (il segnale non esiste quando non esiste davvero, rifiuto corretto). Inoltre, la teoria della detenzione del segnale ha posto in evidenza altri due fattori: la sensibilità dell’organismo e il criterio soggettivo di decisione. Vi può essere nei soggetti un atteggiamento d’azzardo o più prudente.

L’udito Lo stimolo ambientale che produce la sensazione sonora è una rapida variazione della pressione dell’aria che giunge all’organo dell’udito. Tali variazioni di pressione dell’aria sono causate dalla vibrazione della superficie di un oggetto e si propagano ad una velocità di circa 330 metri il secondo, in modo tale che una configurazione di variazione simile, ma più debole, si produca in prossimità degli organi recettori uditivi.

Anatomia orecchio

Anatomia 1

Anatomia 2

Anatomia 3

Anatomia 4

Anatomia 5

L’onda sonora Il suono è una variazione della pressione atmosferica registrata dall’organo dell’udito. Queste variazioni hanno la forma d’onde che, di solito, si propagano nell’aria. Un oggetto, passando da uno stato di quiete ad uno stato di vibrazione, produce una serie di compressione (quando l’oggetto si muove verso l’esterno) e rarefazioni (quando l’oggetto si muove verso l’interno). Per vibrazione s’intende il passaggio dallo stato di quiete ad un’estremità e poi all’altra dell’oscillazione, per giungere infine al punto di partenza. Essa è detta periodo e si caratterizza principalmente in base alla frequenza e l’ampiezza. La frequenza è il numero di periodi per secondi o hertz (Hz) e determina la tonalità o altezza (il suono appare grave se la frequenza è bassa, acuto se è alta).

Esempi di propagazione del suono

Esempi

Onda sonora

Variabili fisiche L’ampiezza (la grandezza delle vibrazioni), dipende dall’energia che mette in moto il corpo stesso e determina l’attributo dell’intensità (il suono appare debole o forte). Più le vibrazioni si allontanano dalla sorgente, maggiore sarà la superficie che coprono e minore sarà la loro ampiezza. L’intensità di un suono è inversamente proporzionale al quadrato della distanza dalla sorgente.

Soglie di udibilità umana La maggior parte delle persone può sentire toni di frequenza variabile fra i 20 e i 20.000 Hz, e la sensibilità ai toni compresi entro questa gamma può differire da un individuo ad un altro. La scrittura delle rilevazioni della gamma di toni che normalmente siamo in grado di udire è nota come funzione audiometrica. Tale funzione mostra i valori liminari (soglia assoluta inferiore) dell’energia udibile in funzione d’ogni frequenza. La curva superiore mostra i valori massimi d’energia sonora tollerabile (valori superiori provocano dolore e danneggiano l’orecchio). L’energia sonora è espressa in decibel (dB). Per un tono di 20 Hz il valore liminare dell’energia sonora supera gli 80 dB. L’esposizione prolungata a suoni superiori a 80 o 90 dB può produrre danni permanenti all’udito.

Vibrazioni semplici e composte Esistono vibrazioni semplici e composte. Quelle di cui abbiamo parlato precedentemente sono vibrazioni che producono i toni puri. Nell’ambiente che ci circonda abbiamo a che fare con vibrazioni composte che possono avere un’identica fase, avere una fase opposta o essere fra loro sfasate. I suoni composti da strumenti musicali in genere producono vibrazioni composte. In essi è possibile distinguere la frequenza fondamentale (ovvero, la frequenza più bassa corrispondente alla vibrazione dell’oggetto nel suo insieme), le armoniche che sono multiple della frequenza fondamentale e che sono prodotte dalle vibrazioni parziali delle diverse parti dell’oggetto o dello strumento musicale. Il timbro, a sua volta, è determinato dalla combinazione fra la frequenza fondamentale e le armoniche. I suoni devono essere distinti dai rumori. I rumori sono composti da vibrazioni aperiodiche irregolari.

Vibrazione cellulare in risposta ad una emissione sonora