Ein psychophysikalisches Paradigma zur Sammlung und Analyse von Ähnlichkeitsurteilen

Menschen verarbeiten und repräsentieren geistig eingehende sensorische Informationen, um eine Vielzahl von Aufgaben auszuführen, wie Objekterkennung, Navigation, Rückschlüsse auf die Umwelt und viele andere. Ähnlichkeitsurteile werden häufig verwendet, um diese mentalen Repräsentationen zu ^{untersuchen1.} Das Verständnis der Struktur mentaler Repräsentationen kann einen Einblick in die Organisation des konzeptionellen Wissens ^geben2. Es ist auch möglich, Einblicke in neuronale Berechnungen zu gewinnen, indem Ähnlichkeitsurteile mit Gehirnaktivierungsmustern in Beziehung gesetzt ^werden3. Darüber hinaus zeigen Ähnlichkeitsurteile Merkmale auf, die in der Wahrnehmung ^{hervorstechen4.} Zu untersuchen, wie sich mentale Repräsentationen während der Entwicklung verändern, kann Aufschluss darüber geben, wie sie erlernt ^werden5. So liefern Ähnlichkeitsurteile wertvolle Einblicke in die Informationsverarbeitung im Gehirn.

Ein gängiges Modell für mentale Repräsentationen, die Ähnlichkeiten verwenden, ist ein geometrisches ^{Raummodell6,7,8}. Auf sensorische Domänen angewendet, wird diese Art von Modell oft als Wahrnehmungsraum ^bezeichnet9. Punkte im Raum stellen Reize dar und Abstände zwischen Punkten entsprechen der wahrgenommenen Unähnlichkeit zwischen ihnen. Aus Ähnlichkeitsurteilen kann man quantitative Schätzungen von Unähnlichkeiten erhalten. Diese paarweisen Unähnlichkeiten (oder Wahrnehmungsabstände) können dann verwendet werden, um den Wahrnehmungsraum über mehrdimensionale Skalierung zu ^{modellieren10}.

Es gibt viele Methoden, um Ähnlichkeitsurteile zu sammeln, jede mit ihren Vor- und Nachteilen. Der einfachste Weg, quantitative Messungen der Unähnlichkeit zu erhalten, besteht darin, die Probanden zu bitten, auf einer Skala den Grad der Unähnlichkeit zwischen jedem Reizpaar zu bewerten. Während dies relativ schnell ist, neigen die Schätzungen dazu, über lange Sitzungen hinweg instabil zu sein, da die Probanden nicht zu früheren Urteilen zurückkehren können und Kontexteffekte, falls vorhanden, nicht erkannt werden können. (Hier wird ein Kontexteffekt als eine Veränderung der beurteilten Ähnlichkeit zwischen zwei Reizen definiert, basierend auf dem Vorhandensein anderer Reize, die nicht verglichen werden.) Alternativ können Probanden gebeten werden, alle Reizpaare mit allen anderen Reizpaaren zu vergleichen. Während dies zu einer zuverlässigeren Rangfolge von Unähnlichkeiten führen würde, erforderte die Anzahl der Vergleiche Skalen mit der vierten Potenz der Anzahl der Reize, was es nur für kleine Stimulussätze machbar machte. Schnellere Alternativen, wie das Sortieren in eine vordefinierte Anzahl von ^Clustern11 oder das freie Sortieren, haben ihre eigenen Einschränkungen. Die freie Sortierung (in eine beliebige Anzahl von Stapeln) ist intuitiv, zwingt das Subjekt jedoch, die Reize zu kategorisieren, auch wenn sich die Reize nicht leicht für eine Kategorisierung eignen. Die neuere Multi-Arrangement-Methode, das inverse MDS, umgeht viele dieser Einschränkungen und ist sehr ^effizient12. Diese Methode erfordert jedoch, dass die Probanden ihre mentalen Repräsentationen auf eine euklidische 2D-Ebene projizieren und Ähnlichkeiten auf eine bestimmte geometrische Weise berücksichtigen, wobei davon ausgegangen wird, dass die Ähnlichkeitsstruktur aus euklidischen Entfernungen auf einer Ebene wiederhergestellt werden kann. Daher besteht nach wie vor Bedarf an einer effizienten Methode, um große Mengen von Ähnlichkeitsurteilen zu sammeln, ohne Annahmen über die den Urteilen zugrunde liegende Geometrie zu treffen.

Beschrieben wird hier eine Methode, die sowohl einigermaßen effizient ist als auch die oben genannten potenziellen Fallstricke vermeidet. Indem die Probanden gebeten werden, die Reize in der Reihenfolge ihrer Ähnlichkeit mit einer zentralen Referenz in jeder Studie zu ^ordnen13, kann die relative Ähnlichkeit direkt untersucht werden, ohne etwas über die geometrische Struktur der Antworten der Probanden anzunehmen. Das Paradigma wiederholt eine Teilmenge von Vergleichen mit identischen und unterschiedlichen Kontexten, was eine direkte Bewertung von Kontexteffekten sowie die Erfassung von abgestuften Antworten in Bezug auf Auswahlwahrscheinlichkeiten ermöglicht. Das Analyseverfahren zerlegt diese Rangurteile in mehrere paarweise Vergleiche und verwendet sie, um euklidische Modelle von Wahrnehmungsräumen zu erstellen und zu suchen, die die Urteile erklären. Die Methode eignet sich, um die Darstellung von Reizsätzen mittlerer Größe (z. B. 19 bis 49) detailliert zu beschreiben.

Um die Machbarkeit des Ansatzes zu demonstrieren, wurde ein Experiment durchgeführt, bei dem ein Satz von 37 Tieren als Stimuli verwendet wurde. Die Daten wurden im Laufe von 10 einstündigen Sitzungen gesammelt und dann für jedes Fach separat analysiert. Die Analyse ergab Konsistenz zwischen den Themen und vernachlässigbare Kontexteffekte. Es bewertete auch die Konsistenz der wahrgenommenen Unähnlichkeiten zwischen Reizen mit euklidischen Modellen ihrer Wahrnehmungsräume. Die in diesem Papier beschriebenen Paradigmen- und Analyseverfahren sind flexibel und werden voraussichtlich für Forscher von Nutzen sein, die daran interessiert sind, die geometrischen Eigenschaften einer Reihe von Wahrnehmungsräumen zu charakterisieren.