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Methoden II: Signalentdeckungstheorie

Schwellenmessung

Um bei der Schwellenmessung Unterschiede zwischen Menschen ausmachen zu können müssen zunächst die Einflussfaktoren bekannt sein. Dazu gehören sowohl äußere Faktoren (z.B. Versuchsaufbau, Licht, etc.), als auch innere Faktoren (Leistungskomponente und Persönlichkeitskomponente):

Die Leistungskomponente unterteilt sich in das Instruktionsverständnis, Konzentration, Übung, etc. auf der einen und die Empfindlichkeit des Sinnessystems auf der anderen Seite.

Die Persönlichkeitskomponente setzt sich zusammen aus Motivation, Einstellung, etc. und dem Entscheidungsverhalten (Reaktionsneigung, Antworttendenz).

Aufgabe der Signaldetektionstheorie ist es die Empfindlichkeit des Sinnessystems vom Entscheiungsverhalten, also die sensorische von der strategischen Komponente zu trennen.

Signaldetektionstheorie (SDT)

Allgemeine Theorie zur Analyse von Entscheidungsverhalten unter unsicheren Voraussetzungen.

Um eine Reaktionsneigung oder einer Strategie zu erkennen wird zwischen den Reizen (z.B. bei der Konstanzmethode) ein Rauschen eingefügt, bei welchem kein Reiz erkennbar ist. Die Voraussetzung ist, dass die Entscheidungssituation als Ja/Nein funktioniert und objektiv erkennbar ist, was richtig un falsch ist. Die SDT ist auf sensorische Experimente anwendbar.

Rauschen und Signal

Auf ein Rauschen und ein echtes Signal gibt es die zwei Verhaltensweisen der Erkennung und der Nicht-Erkennung. Es gibt also zwei richtige Fälle: Rauschen und deren Erkennung und echtes Signal und dessen Erkennung.

Reiz / Reaktion Nichts erkannt Etwas erkannt
Signal + Rauschen Auslasser
(miss)
Treffer
(hit)
Rauschen Korrekte Zurückweisung
(correct rejection)
Falscher Alarm
(false alarm)

Rauschen

Das Rauschen kann unterteilt werden in externes Rauschen (Umgebungseinflüsse, Fehler im Abbildungsprozess), bei dem eine Reduzierung möglich ist und in internes Rauschen (Spontanaktivität des Probanden), bei welchem eine Reduzierung kaum möglich ist.

Entscheidungsprozess

Um eine Entscheidung zu treffen, müssen zunächst Informationen erworben werden (Informationserwerb). Diese werden aus dem Sinnessystem z.B. mit technischen Hilfsmitteln gemessen. Wobei dir Qualität der Information sowohl von der Güte des Messinstrumentes, als auch vom Probanden selbst (Erfahrung, Übung) abhängig ist.

⇒ Je genauer der Informationserwerb, desto eher kommen Treffer und korrekte Zurückweisungen vor.

Nachdem die Informationen aufgenommen sind, muss zwischen ihnen eine Entscheidung getroffen werden. Diese findet nach einem Entscheidungskriterium statt, welches je nach der Person, welche auswertet, unterschiedlich ausfallen kann.

⇒ Das Entscheidungskriterium ist Grundlage für die Interpretation der Daten.

Entscheidungskriterien

Es gibt zwei grobe Richtungen bei den Entscheidungskriterien, welche sich in der Gewichtung der Fehlertypen unterscheiden:

  • Liberales Antwortkriterium: Auslasser sind schlimmer, im Zweifelsfall korrekt
  • Konservatives Antwortkriterium: Falsche Alarme sind schlimmer, im Zweifelsfall nicht korrekt

Verteilung

Die Wahrscheinlichkeiten für die Wahrnehmung von Signalen (S+R) bzw. Rauschen (R) sind zunächst normalverteilt. Beide Kurven schneiden sich jedoch:

Verteilung

Die Reize, welche im Schnittbereich liegen sind sehr schwierig zu trennen und liegen in der Nähe der Wahrnehmungsschwelle. Das Kriterium ist so zu wählen, dass möglichst wenige Auslasser und falsche Alarme vorkommen.

Das liberale Kriterium würde in diesem Fall in der Mitte der R-Verteilung liegen, während das konservative Kriterium in der Mitte der S+R-Verteilung liegen würde. Diese beiden Kriterien stellen somit zwei Extreme dar.

Wichtig: Eine Erhöhung der Sicherheit ist immer durch eine Erhöhung der Qualität des Informationsgewinnes möglich! Die beiden Verteilungen rutschen im Fall eines deutlicheren Signalunterschiedes weiter auseinander und der Schnittbereich wird geringer.

Sensitivitätsindex d' (d-prime)

Unter Sensitivität wird die perzeptuelle oder kognitive Fähigkeit verstanden bestimmte Reize zu unterscheiden.

Um ein Signal unterscheiden zu können sind zwei Wertes zu beachten:

  • Stärke des Signals: Abstand der zwei Kurven (bzw. deren Mittelwerte)
  • Stärke des Rauschens: Breite der zwei Kurven

Der Sensitivitätsindex d' ergibt sich nun aus dem Abstand (d) und der Breite (w):

tex:d' = {d \over w}

d' lässt sich aus den Wahrscheinlichkeiten (→ z-transformiert) der Treffer p(t) und den falschen Alarmen p(fa) berechnen. Die Wahrscheinlichkeiten ergeben sich aus den Häufigkeiten der falschen Alarme N(fa), der korrekten Zurückweisung N(kz), der Treffer N(t) und der Auslasser N(a).

tex:p(fa) = { N(fa) \over { N(kz) + N(fa) }}

tex:p(t) = { N(t) \over { N(t) + N(a) }}

Sensitivitätsindex ⇒ tex:d' = z[p(t)] - z[p(fa)]

Entscheidungskriterium k

Das Entscheidungskriterium k wird abhängig von der Reaktionsneigung bzw. der Antworttendenz (response bias) des Probanden gewählt. Die Antworttendenz ist u.a. abhängig von Persönlichkeitsfaktoren, der Erwartung (z.B. Wissen um Wahrscheinlichkeit) und der Konsequenz der Entscheidung (Kosten-Nutzen-Abwägung).

tex:c = -0,5 \cdot [z[p(t)] + z[p(fa)]]

Ist tex:c = 0, so liegt das Kriterium genau zwischen den beiden Verteilungen. Ist tex:c < 0 handelt es sich um ein liberales Kriterium. Ein konservatives Kriterium wird bei tex:c > 0 erreicht.

Receiver Operating Characteristic (ROC-Kurve)

Die ROC-Kurve zeigt die Qualität der Antworten. Auf der x-Achse liegt der Anteil der falschen Alarme, während auf der y-Achse der Anteil der Treffer abgebildet wird.

  • Die Gerade vom Ursprung zum Punkt (1|1) bildet eine absolut zufällige Zuweisung ab. Der Abstand der Kurve zur Gerade ist d'.
  • Je mehr die Kurve sich in die linke obere Ecke verschiebt, desto stärker ist das Signal, bzw. desto sensitiver ist der Proband.
  • Das gewählte Kriterium kann ebenfalls auf der Kurve abgelesen werden. Je konservativer es ist, desto näher liegt es bei der y-Achse. Je liberaler, desto weiter ist es entfernt. Genau bei der Hälfte der Kurve liegt es bei 0.
  • Wenn sich die Punkte auf der Verteilung der Häufigkeiten unterscheiden, kann das Verhältnis der Falsche Alarme / Treffer trotzdem gleich bleiben. Für unterschiedliche Häufigkeitsverteilungen kann die Sensitivität (ROC-Kurve) identisch bzw. sehr ähnlich bleiben.

 
uni-leipzig/psychologie/module/kognitiv1/methoden2.txt · Zuletzt geändert: 2011/08/01 19:01 (Externe Bearbeitung)
 
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