Psychologie de la Perception 2763720641, 9782763720647

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Simon Grondin

de la

Psychologie

perception

PSYCHOLOGIE DE LA PERCEPTION

PSYCHOLOGIE DE LA PERCEPTION Simon Grondin

Les Presses de l’Université Laval reçoivent chaque année du Conseil des Arts du Canada et de la Société de développement des entreprises culturelles du Québec une aide financière pour l’ensemble de leur programme de publication. Nous reconnaissons l’aide financière du gouvernement du Canada par l’entremise du Fonds du livre du Canada pour nos activités d’édition.

Mise en pages : Diane Trottier Maquette de couverture : Laurie Patry

© Presses de l’Université Laval. Tous droits réservés. Dépôt légal 4e trimestre 2013

ISBN 978-2-7637-2064-7 PDF 9782763720654

Les Presses de l’Université Laval www.pulaval.com

Toute reproduction ou diffusion en tout ou en partie de ce livre par quelque moyen que ce soit est interdite sans l’autorisation écrite des Presses de l’Université Laval.

Table des matières

Avant-propos............................................................................................ IX 1 – PSYCHOPHYSIQUE................................................................................ 1

1.1 Détection................................................................................... 1 Seuil absolu et méthode des stimuli constants........................ 2 Théorie sur la détection du signal........................................... 4 1.2 Discrimination........................................................................... 7 Seuil différentiel et méthode des stimuli constants................. 7 La loi de discrimination de Weber et sa forme généralisée...... 9 1.3 Autres méthodes d’estimation des seuils..................................... 11 La méthode de l’ajustement................................................... 11 La méthode des limites.......................................................... 12 Les méthodes adaptatives....................................................... 14 1.4 Échelonnage.............................................................................. 16 Méthodes............................................................................... 17 Loi de Stevens........................................................................ 18 Autres contributions de Stevens............................................. 19 2 – BASES PHYSIQUES ET BIOLOGIQUES DE L’AUDITION................... 21

2.1 Caractéristiques physiques d’une onde sonore simple................. 21 La fréquence et la phase......................................................... 22 L’amplitude............................................................................ 24 2.2 Caractéristiques physiques d’une onde sonore complexe............ 26 2.3 Caractéristiques subjectives du son............................................. 28 Tonie, sonie et timbre............................................................ 28 Autres caractéristiques subjectives.......................................... 30

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2.4 Bases biologiques....................................................................... 31 Oreille externe, moyenne et interne....................................... 31 La cochlée.............................................................................. 34 Mécanismes centraux............................................................. 35 2.5 Théories de l’audition................................................................. 36 Théorie de la fréquence.......................................................... 36 Théories basées sur l’emplacement.......................................... 38 2.6 Aspects cliniques........................................................................ 40 3 – ENTENDRE.............................................................................................. 43

3.1 Organisation perceptive............................................................. 43 Notion de stream................................................................... 44 Illusion de continuité et la mutation d’interruption............... 46 3.2 Localisation sonore.................................................................... 48 Localisation de la direction ................................................... 49 Localisation de la distance...................................................... 50 3.3 Entendre la musique.................................................................. 52 Description technique............................................................ 52 Expérience subjective............................................................. 55 3.4 Entendre la parole...................................................................... 56 Description linguistique......................................................... 56 Analyse technique.................................................................. 57 Perspectives théoriques........................................................... 59 Intermodalité......................................................................... 61 4 – BASES BIOLOGIQUES DE LA PERCEPTION VISUELLE.................... 63

1. L’œil............................................................................................... 63 Le globe oculaire.................................................................... 63 La rétine................................................................................ 66 4.2 Notions de champs récepteurs.................................................... 68 4.3 Mécanismes centraux................................................................. 70 Le cortex visuel...................................................................... 71 Les voies visuelles................................................................... 74 4.4 Aspects cliniques........................................................................ 76



Table des matières

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5 – PERCEPTION DES COULEURS............................................................. 79

5.1 Description de la lumière........................................................... 79 Intensité................................................................................. 80 Longueur d’onde et composition spectrale............................. 81 5.2 Dimensions perceptives de la couleur......................................... 82 5.3 Mélanges chromatiques.............................................................. 84 Couleurs primaires................................................................. 84 Additionner vs soustraire........................................................ 85 5.4 Théories de la vision des couleurs............................................... 88 5.5 Effets chromatiques ................................................................... 91 5.6 Aspects cliniques........................................................................ 94 6 – PERCEPTION DE LA FORME................................................................ 97

6.1 Perception des contours............................................................. 97 Bordures et contours subjectifs............................................... 98 Inhibition latérale.................................................................. 99 Les bandes de Mach............................................................... 101 Facteurs influençant la perception des contours...................... 103 6.2 Gestalt : organisation perceptive................................................. 105 Distinction figure/fond.......................................................... 105 Groupement perceptif............................................................ 108 6.3 Théorie des canaux spatiaux multiples........................................ 110 Concepts de base................................................................... 110 Fonction de la sensibilité aux contrastes................................. 113 6.4 Reconnaissance de la forme........................................................ 115 Exemplaires ou caractéristiques ?............................................ 116 Une approche computationnelle............................................ 117 Un modèle structurel............................................................. 118 Les agnosies........................................................................... 119 7 – PERCEPTION DE LA PROFONDEUR................................................... 121

7.1 Indices de perception d’une troisième dimension....................... 121 Indices binoculaires................................................................ 122 Indices monoculaires.............................................................. 124

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7.2 La constance perceptive.............................................................. 131 Types de constance................................................................. 132 Interprétations et investigations............................................. 133 Point de vue de Gibson.......................................................... 135 7.3 Les illusions............................................................................... 136 Variété d’illusions................................................................... 137 L’illusion de la lune................................................................ 143 8 – PERCEPTION ET ATTENTION.............................................................. 147

8.1 Qu’est-ce que l’attention ?.......................................................... 148 Cécités................................................................................... 149 8.2 Préparation et orientation.......................................................... 150 Préparation spatiale................................................................ 150 Préparation temporelle........................................................... 151 8.3 Sélectivité................................................................................... 153 Sélectivité visuelle.................................................................. 154 Sélectivité auditive................................................................. 156 8.4 Recherche visuelle ..................................................................... 159 8.5 Aspects cliniques........................................................................ 162 Appendice A COURBES ROC..................................................................................... 165 Appendice B LOI DE FECHNER................................................................................ 167 Appendice C LE SYSTÈME NERVEUX...................................................................... 171 BIBLIOGRAPHIE.................................................................................. 179

Avant-propos Ce livre porte le même nom qu’un cours offert à l’École de psychologie de l’Université Laval. En fait, il est écrit pour les étudiants de ce cours et conçu de manière à fournir des explications sur une bonne partie de la matière couverte en classe. Au fil des ans, j’ai beaucoup appris des étudiants qui, en classe, que ce soit à l’Université Laurentienne autrefois ou à l’Université Laval depuis 1996, posaient des questions afin de mieux comprendre. Ces questions m’ont permis de réaliser à quel point il y avait dans mon enseignement de nombreuses notions que je tenais pour acquises, mais qui, en les rendant explicites, permettaient à tous de mieux comprendre les phénomènes, les techniques ou les principes propres au domaine de la perception. J’espère que ce livre est à la hauteur des plus éveillés d’entre les étudiants qui ont assisté et qui assisteront à mon cours, des étudiants qui comprennent rapidement combien les mécanismes de la perception sont fascinants et à la base d’une pleine compréhension de l’adaptation à l’environnement. Par ailleurs, j’aimerais remercier Tsuyoshi Kuroda, spécialiste de psychoacoustique, qui a fourni de nombreux conseils et quelques figures lors de la préparation des chapitres 2 et 3. J’aimerais aussi exprimer ma gratitude à Anne-Marie Grondin pour sa précieuse contribution à la production de nombreuses illustrations contenues dans le présent ouvrage, à Daniel Voyer pour son efficacité lors du travail de révision du contenu et à Carole Pâquet pour son travail minutieux lors de la révision linguistique. Simon Grondin, professeur École de psychologie Université Laval

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PSYCHOPHYSIQUE Un champ de la psychologie, la psychophysique, a pour principale préoccupation de comprendre le passage d’un événement physique à une réalité psychologique. On y étudie le lien entre la mesure physique d’une stimulation et la mesure psychologique de cette stimulation. Les psychophysiciens s’intéressent essentiellement à trois types de capacités : la détection des stimuli, la discrimination de ceux-ci et l’estimation (l’échelonnage) de leur valeur. Les deux premiers types sont associés aux notions fondamentales de seuil absolu et de seuil différentiel, respectivement.

1.1 Détection Les différents systèmes sensoriels renseignent sur les changements physiques ou chimiques pouvant survenir dans l’environnement. Un objectif fondamental de la psychophysique consiste à évaluer l’amplitude minimale que doivent avoir ces changements afin qu’un individu puisse en être averti. Cette amplitude minimale, c’est-à-dire la plus petite quantité d’énergie pouvant être détectée en l’absence de toute autre stimulation, est appelée seuil absolu. Sous ce seuil, la sensation n’est pas possible. Cependant, ce seuil est un point dont l’identification correspond à une définition opérationnelle pour une méthode donnée. La psychophysique traditionnelle offre de nombreuses méthodes d’estimation d’un seuil. Les plus conventionnelles sont celles des stimuli constants, des limites et de l’ajustement. Pour l’instant, seule la méthode des stimuli constants est présentée.

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Psychologie de la perception GUSTAV FECHNER On pourrait dire que la psychophysique a pris son envol en 1860 avec la parution du livre Éléments de psychophysique de l’Allemand Gustav Theodor Fechner (1801-1887). Philosophe et physicien, cet auteur désirait étudier les liens entre le monde interne et le monde externe. Aussi connu sous le pseudonyme « Dr Mise », Fechner, qui a travaillé à Leipzig, avait un esprit particulier. On lui doit notamment différentes méthodes expérimentales toujours utilisées en psychophysique, mais il s’est également intéressé, par exemple, aux propriétés du courant électrique, à l’esthétique expérimentale et même à la vie après la mort. Notons qu’il existe un congrès annuel de psychophysique, tenu généralement en octobre, appelé Fechner Day (Fechner est décédé le 22 octobre 1887). Ce congrès se tient à différents endroits dans le monde sous la supervision de l’International Society for Psychophysics (http ://www.ispsychophysics.org/), société fondée en 1985 dans le sud de la France.

Seuil absolu et méthode des stimuli constants Pour mesurer un seuil absolu avec la méthode des stimuli constants, aussi appelée la méthode constante, il faut d’abord déterminer le seuil de façon grossière en déterminant une région pour laquelle il n’y a presque jamais de perception et une pour laquelle il y a presque toujours perception. On retient alors généralement de 5 à 9 stimuli situés entre ces régions, stimuli ensuite présentés plusieurs fois dans un ordre aléatoire. La méthode nécessite qu’un observateur rende au moins une centaine de jugements, mais bien entendu, plus il y a d’essais pour estimer un seuil, plus on minimise le risque que la valeur estimée soit éloignée de ce qu’est le seuil réel. À chaque présentation, un observateur dit si oui ou non il perçoit le stimulus. On obtient une distribution discrète (non continue) de fréquences ; pour chaque stimulus on dit détecter le stimulus un certain de nombre de fois. On doit transformer ces fréquences en probabilités et c’est sur la base de celles-ci que la valeur du seuil sera éventuellement estimée. Après avoir calculé les probabilités pour chaque stimulus, on peut rapporter celles-ci sur une figure. Comme l’indique la figure 1.1, il faut placer le pourcentage de fois où le stimulus est détecté sur l’axe des y en fonction de la magnitude des stimuli, placés sur l’axe des x en ordre croissant. La fonction qui relie la probabilité sur l’axe des y à la magnitude d’un continuum physique, sur l’axe des x, est appelée fonction psychométrique. Une telle fonction a généralement la forme d’une ogive – une espèce de S – et le seuil est défini opérationnellement comme étant le point qui



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correspond à une capacité de percevoir lors de 50 % des essais. Cette valeur, 50 %, représente le point à partir duquel un observateur réussit à détecter le stimulus à un niveau supérieur à celui que leur auraient procuré, avec une procédure où deux réponses (oui ou non) sont possibles, des réponses rendues au hasard.

Figure 1.1 – Illustration (cas fictif) d’une fonction psychométrique pour le seuil absolu pour le son. Sur l’axe des y, il y a le pourcentage de fois où l’observateur dit percevoir le son. La ligne verticale pointillée arrivant sur l’axe des x indique le seuil absolu.

Pour tracer une fonction sur la base d’une série de points, il faut poser certaines hypothèses. Une première hypothèse est celle selon laquelle le phénomène étudié soit une variable aléatoire continue. Ainsi croironsnous que la distribution discrète obtenue (série de points) est une approximation d’une fonction continue. Aussi, il faudra poser une hypothèse sur la forme de cette fonction. Les mathématiques offrent plusieurs possibilités, mais une fonction souvent retenue en psychologie est la distribution normale. Le lecteur est probablement déjà familier avec la notion de distribution normale (courbe normale, ou courbe de Gauss, en forme de cloche). La fonction utilisée pour tracer une fonction psychométrique est dérivée de la fonction en forme de cloche (fonction de densité de probabilités) et est appelée fonction normale cumulée. C’est après avoir tracé cette fonction qu’il sera possible d’estimer précisément la valeur du seuil. Outre la fonction gaussienne cumulée, les fonctions Weibull et logistiques, qui ont des formes semblables, sont probablement les plus susceptibles d’être utilisées (Macmillan et Creelman, 1991).

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Théorie sur la détection du signal Malgré toute la rigueur utilisée pour estimer la capacité de détecter un stimulus avec la méthode des stimuli constants, un problème majeur risque de se poser. La capacité estimée pourrait dépendre non seulement de la sensibilité d’un observateur, mais aussi de la manière avec laquelle celui-ci rend ses décisions. Un observateur pourrait très bien attendre d’être sûr avant de rendre une décision, avant de déclarer percevoir le stimulus tandis qu’un autre, en situation de doute, aurait plutôt tendance à dire « oui, je perçois ». Il existe une méthode, élaborée dans les années 1940, pour déterminer la sensibilité de l’observateur à détecter un stimulus tout en corrigeant le problème que pose le rôle des processus décisionnels. C’est ainsi que la théorie sur la détection du signal (TDS), également appelée la théorie sur la décision sensorielle, utilise deux paramètres pour décrire la performance : l’un relié à la sensibilité et l’autre à la manière de décider de l’observateur (Macmillan et Creelman, 1991). Notions de base

Pour comprendre la TDS, il faut d’abord connaître deux concepts fondamentaux : le signal et le bruit. Le signal (S) et le bruit (B) sont à la base de tout message sensoriel. Le stimulus que l’on tente de détecter, appelé signal, a des caractéristiques précises et stables. Le bruit peut être défini comme une variable aléatoire et il varie constamment. Cette variable prend différentes valeurs qui se distribuent, assume-t-on le plus souvent, selon les caractéristiques de la courbe normale. Le bruit est une toile de fond à laquelle s’ajoute parfois un signal à détecter. Ce bruit comprend une activité externe (contrôlée par l’expérimentateur) et l’activité physiologique interne (générée par le système nerveux). Dans une tâche propre à la TDS, un observateur doit rendre la décision suivante à propos de ce qui a été présenté : était-ce le bruit seul ou le bruit à travers lequel un signal était ajouté (S+B) ? Pour une quantité de bruit donnée, plus le signal génère d’activité interne (plus il est fort) plus facilement il peut être détecté. Ces deux concepts, B et S+B, sont généralement présentés à l’aide de deux distributions de fréquences normales (figure 1.2). Un observateur soumis à une tâche de détection de signal doit adopter un critère de décision. Ce critère est appelé bêta (ß). L’adoption d’un critère de décision détermine quatre situations (tableau 1.1). Des



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quatre situations, deux sont reliées à la présence du signal et deux à l’absence du signal. Lorsque le signal est présent et qu’un observateur déclare l’avoir perçu, il s’agit d’une identification correcte appelée détection correcte. Si l’observateur ne détecte pas la présence d’un signal lorsque celui-ci est présenté, il commet une omission. Si le signal n’est pas présenté et que l’observateur déclare l’avoir perçu, il s’agit d’une fausse alarme. Enfin, ne pas percevoir un signal alors qu’il n’y a effectivement que le bruit qui est présenté constitue un cas de rejet correct. Tableau 1.1

Les quatre situations typiques de la théorie sur la détection du signal Signal Présent Réponse

Absent

Présent

Détection correcte

Fausse alarme

Absent

Omission

Rejet correct

Certaines personnes attendent plus que d’autres d’être sûres avant de prétendre percevoir un signal. Ainsi peut-on parler d’observateurs conservateurs, par opposition à des observateurs audacieux. Deux observateurs pourront donc avoir des sensibilités semblables, mais adopter des stratégies décisionnelles différentes. Par rapport à un observateur audacieux, le nombre de détections correctes d’un observateur conservateur pourrait être plus faible, mais ce dernier commettrait moins de fausses alarmes. Bref, pour un niveau de sensibilité donné, le nombre de fausses alarmes et le taux de détections correctes pourra varier, et ce, en fonction du style décisionnel de l’observateur (voir Appendice A). Unités de mesure

Il existe différents indices associés à la TDS qui permettent de quantifier la sensibilité d’un observateur et le critère décisionnel qu’il adopte. Parmi les indices de performance utilisés pour mesurer la sensibilité, le plus conventionnel est probablement d' (on prononce d prime). On peut définir d' comme la différence entre les moyennes des distributions B et SB, divisée par l’écart-type de la distribution bruit ; d' est un indice pur de détectabilité en ce sens qu’il n’est pas influencé par le critère décisionnel.

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On peut calculer facilement d' sur la base des détections correctes et des fausses alarmes obtenues empiriquement. On obtiendra une évaluation de d' en transformant en scores Z les probabilités d’obtenir une détection correcte et une fausse alarme. Ainsi : d' = Z(détection correcte) – Z(fausse alarme) Soit l’exemple suivant : Un observateur détecte correctement la présence d’un signal lors de 90 % des essais, mais on compte 25 % de fausses alarmes. Puisque la valeur de 90 % en score Z = 1,28 et celle de 25 % = - 0,67, sa sensibilité est estimée à une valeur de d' égale à 1,95 (c’est-à-dire 1,28 – (- 0,67)).

Figure 1.2 – Distributions Bruit et Signal + Bruit de la théorie sur la détection du signal (TDS). La ligne verticale continue représente ß, le critère décisionnel. La distance entre les lignes pointillées représente d', l’indice de sensibilité.

Il importe de souligner que cette transformation de pourcentages en scores Z est rendue légitime an posant l’hypothèse que les distributions B et S+B sont normales. Or, il existe d’autres indices comme Dm ou d'e pour estimer la sensibilité. Un autre indice, A', est particulièrement intéressant, car il permet d’estimer la sensibilité sans avoir à poser l’hypothèse de la normalité des distributions. On obtient A' à l’aide de l’équation suivante : A' = ½ + (p(DC) – p(FA)) × (1 + p(DC) – p(FA)) (4(p(DC)) × (1 – p(FA)) où p(DC) est la probabilité de faire une détection correcte et p(FA) la probabilité d’une fausse alarme.



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En ce qui concerne le critère décisionnel, il peut être estimé à l’aide de ß. Cet indice consiste en un rapport des ordonnées correspondant à l’emplacement du critère décisionnel pour chaque distribution (B et S+B). Ainsi, le calcul du critère décisionnel ß va comme suit : ordonnée de la distribution S+B ordonnée de la distribution B Ainsi, dans l’exemple précédent, le critère ß aurait une valeur de 0,552 : ordonnée de 90 % = 0,176 et l’ordonnée de 25 % = 0,319 ; donc, ß = 0,176/0,319 = 0,552 Une valeur élevée de l’indicateur ß signifie que l’observateur est très conservateur dans sa prise de décision et à l’inverse, une valeur basse de ß (< 1), comme c’est le cas dans le présent exemple, indique que l’observateur tend à être audacieux. Enfin, notez qu’il existe aussi d’autres indices pour exprimer le critère décisionnel, notamment c (Macmillan et Creelman, 1991).

1.2 Discrimination Une autre capacité sensorielle fondamentale consiste à essayer de savoir si deux stimuli sont différents l’un de l’autre. La différence d’intensité minimale nécessaire pour que deux stimuli puissent être différenciés est appelée seuil différentiel. Ce seuil différentiel est défini, comme c’était le cas pour le seuil absolu, de façon arbitraire en fonction de la méthode utilisée, c.-à-d. sur la base d’une définition opérationnelle. Ce seuil, qui est le point à partir duquel un observateur devient capable de faire la différence entre deux stimuli, est parfois aussi appelé la « différence juste perceptible » (DJP, ou JND en anglais, just noticeable difference).

Seuil différentiel et méthode des stimuli constants Afin d’estimer un seuil différentiel avec la méthode des stimuli constants, un observateur se voit présenter deux stimuli et doit déterminer lequel des deux stimuli est de plus grande magnitude. La méthode comprend la présentation à chaque essai d’un stimulus standard et d’un stimulus de comparaison. Ce dernier peut prendre l’une de 7 à 9 valeurs réparties autour de la valeur standard. Le standard et un des stimuli de

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comparaison sont présentés à de nombreuses reprises conjointement ou successivement, selon la nature du continuum sensoriel à l’étude (Grondin, 2008). Dans l’exemple suivant, on tente de déterminer le seuil différentiel pour un poids standard de 250 g à l’aide de présentations successives du standard et d’un stimulus de comparaison. Ce dernier peut prendre l’une des valeurs suivantes : 230, 235, 240, 245, 250, 255, 260, 265 et 270 g. Un observateur doit dire à chaque essai si le stimulus de comparaison est plus léger ou plus lourd que le standard. Après que de nombreux jugements ont été rendus, on peut construire une fonction psychométrique (figure 1.3). Sur l’axe des x de cette fonction, on place en ordre croissant les différentes valeurs des stimuli de comparaison. Sur l’axe des y, il y a la probabilité de trouver que le stimulus de comparaison est plus lourd que le standard.

Figure 1.3 – Illustration (cas fictif) d’une fonction psychométrique pour le seuil différentiel concernant le poids. Sur l’axe des y, il y a le pourcentage de fois où l’observateur dit que le comparateur (Co) est plus grand (plus lourd) que le standard (St). La ligne verticale pointillée indique sur l’axe des x le point d’égalité subjective. Les deux autres lignes indiquent les valeurs qui peuvent être utilisées pour calculer le seuil différentiel (voir texte).

Cette fonction permet d’identifier deux variables qui peuvent être importantes lorsqu’on étudie la sensation : le point d’égalité subjective (PES) et le seuil différentiel. Le PES est le point sur l’axe des x qui correspond à



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0,50 sur l’axe des y : la probabilité de répondre que le standard est plus long que le stimulus de comparaison est la même que la probabilité de répondre que le stimulus de comparaison est plus long que le standard. Par ailleurs, on appelle erreur constante la différence entre le PES et la valeur du standard. Pour ce qui est du seuil différentiel, on peut en extraire deux, un supérieur et un inférieur, sur cette fonction. Pour obtenir le premier, il faut soustraire les points sur l’axe des x qui, sur la fonction, correspondent à 0,75 et 0,50 sur l’axe des y. Le raisonnement est le suivant : cette valeur, 0,75, est le point milieu entre une parfaite discrimination (100 %) et la totale incapacité de discriminer (50 %). Dans le même esprit, on obtient le seuil différentiel inférieur : les points sur l’axe des x qui, sur la fonction, correspondent à 0,50 et 0,25 sur l’axe des y. Le 0,25 se trouve au milieu, entre l’incapacité de discriminer (50 %) et une parfaite discrimination (0 %). On obtient une valeur unique du seuil différentiel en faisant la moyenne des deux seuils calculés. On peut aussi calculer directement ce seuil différentiel en soustrayant les points sur l’axe des x correspondant à 0,75 et 0,25 sur l’axe des y, puis en divisant cette valeur par deux. Enfin, il faut noter que des erreurs classiques peuvent survenir lors de la détermination de seuils différentiels avec la méthode des stimuli constants. Quand les stimuli sont présentés conjointement, c’est-à-dire en même temps, il faut varier de manière aléatoire l’endroit, à gauche ou à droite, où est présenté le standard. Cette variation vise à contrer le cas où il y aura une nette préférence pour un côté ou l’autre. Cette préférence cause ce qu’il est convenu d’appeler des erreurs spatiales. Lorsque les stimuli à discriminer sont comparés successivement, plutôt que simultanément, il risque de se produire un type d’erreur systématique appelé erreur d’ordre temporel. Dans pareil cas, on aura une tendance plus ou moins marquée à juger que le premier ou que le deuxième stimulus est de plus grande magnitude. On assiste souvent à une sous-estimation de la valeur du premier stimulus, ce qui pourrait être interprété comme une diminution de la trace laissée en mémoire par celui-ci (Hellström, 1985).

La loi de discrimination de Weber et sa forme généralisée Il n’existe pas une seule valeur de seuil différentiel pour une modalité sensorielle donnée. En fait, cette valeur varie en fonction de la magnitude des stimuli soumis à une investigation (Grondin, 2001, 2010, 2012). Selon la loi de Weber, parfois appelée aussi  la Loi de BouguerWeber (Bonnet, 1986), le seuil différentiel augmente en fonction de

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l’intensité des stimuli à l’étude. Cette loi stipule que la différence de magnitude minimale, ou seuil différentiel (Df), nécessaire pour distinguer deux stimuli, dépend de leur magnitude (f). En d’autres termes, selon cette loi, la relation entre Df et f est proportionnelle : Df = Kf (ou Df/f = K) où K, la fraction de Weber, est une constante. Cette loi de Weber est en fait un principe qui fournit un outil pour regarder les mécanismes impliqués lors de la discrimination de quantités sensorielles dans une modalité sensorielle donnée. Un exemple permettra de saisir pleinement cette loi qui, du reste, est toute simple. Dans la section précédente, un standard de 250 g était utilisé. Si l’on sait que le seuil différentiel pour un poids de 250 g est de 25 g, on peut prédire sur la base de la loi de Weber que la différence minimale pour distinguer deux poids sera de 50 g si le standard est de 500 g. Autrement dit, le ratio entre le seuil différentiel et le standard demeurera le même, soit 10 % (50/500 ou 25/250) dans le présent exemple. Bien que la loi de Weber puisse être exacte pour une certaine étendue d’un continuum sensoriel donné, elle se révèle inexacte pour certaines valeurs de ce continuum. Cet échec de la forme stricte de la loi de Weber a mené à une nouvelle formulation de la relation entre le seuil différentiel et la magnitude du stimulus. En fait, la fraction de Weber n’est valide que pour une gamme limitée sur un continuum sensoriel. Pour des valeurs très basses ou très élevées, la fraction de Weber est plus élevée. Pour des valeurs basses, cette augmentation de la fraction peut être décrite facilement sur la base d’une transformation de la loi de Weber. Il s’agit simplement d’ajouter une constante, a, interprétée comme le résultat d’un bruit sensoriel : Df = Kf + a Si nous reprenons l’exemple ci-dessus, on comprend facilement que, pour des valeurs faibles, a a beaucoup de poids, ce qui n’est pas le cas pour des valeurs plus grandes. Si a prend une valeur de 10, le seuil calculé pour un standard f, de 250 g est de 35, plutôt que de 25 comme ça aurait été le cas sans le bruit additionnel (a). La fraction de Weber passe donc de 10 % à 14 %. Par contre, pour un standard f, de 2500 g le seuil calculé est de 260 plutôt que de 250. La fraction de Weber passe donc de 10 % à 10,4 %.



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1.3 Autres méthodes d’estimation des seuils Il existe de nombreuses autres méthodes pour estimer la valeur des seuils, absolu et différentiel. Nous ne décrirons que deux de celles-ci, la méthode de l’ajustement et celle des limites.

La méthode de l’ajustement Avec la méthode de l’ajustement, l’observateur a une participation active. À chaque essai, il procède à un changement. Lorsqu’il s’agit de déterminer le seuil absolu, l’observateur se voit présenter un stimulus dont l’intensité se situe loin au-dessous ou au-dessus du niveau du seuil. Sa tâche consiste à ajuster l’intensité du stimulus, soit en l’augmentant ou en la diminuant, de telle manière que celui-ci se trouve tout juste à la limite de ce qui est perceptible. Cette méthode comporte une série d’essais ascendants et descendants. C’est la moyenne de tous les points de transition observés, entre ce qui est perceptible et ce qui ne l’est pas, qui constitue la valeur estimée du seuil absolu. Cette méthode est aussi appelée la « méthode des erreurs moyennes ». Cette méthode de l’ajustement n’est pas vraiment utilisée pour déterminer un seuil absolu ; elle est plutôt utile pour la détermination d’un seuil différentiel. Dans ce dernier cas, un observateur doit ajuster un stimulus de comparaison de telle manière que celui-ci paraisse égal à un stimulus standard. Pour utiliser cette méthode, il est impératif que les stimuli à l’étude puissent varier de façon continue (pour les seuils absolu et différentiel) et puissent être présentés simultanément (pour le seuil différentiel). Le choix de la méthode de l’ajustement ne serait pas indiqué, par exemple, pour tenter d’estimer le seuil différentiel pour l’intensité auditive. Ainsi, au bout d’un grand nombre d’essais, on pourra tirer deux informations essentielles en faisant la moyenne des points d’égalité et en calculant l’écart-type de cette distribution de points. En soustrayant la valeur du stimulus standard de la moyenne, l’on obtient l’erreur constante ; et le seuil différentiel sera révélé par l’écart-type. On comprend bien l’esprit de cette définition opérationnelle du seuil : plus l’écart-type est grand, plus élevé est le seuil (moins bonne est la discrimination, et moins sensible est l’organisme). Autrement dit, cela signifie que deux stimuli paraîtront égaux sur une grande étendue. Soit l’exemple suivant où deux observateurs, A et B, essayent d’ajuster l’intensité lumineuse d’une source lumineuse au même niveau qu’une autre source ayant une valeur fictive de 100. L’ajustement de

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chaque observateur à chaque essai est rapporté au tableau 1.2. On peut voir qu’en moyenne il y a peu de différence entre eux, mais on comprend qu’il y a beaucoup plus de variabilité dans les scores de l’observateur B. C’est l’estimation de cette variabilité qui sert à établir le niveau de sensibilité, c’est-à-dire, le seuil différentiel. Tableau 1.2

Valeur d’ajustement d’un stimulus de comparaison obtenue à chaque essai pour un standard de valeur 100 Observateur/ Essai

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3

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A :

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102

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B :

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111

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93

108

95

100

Point d’égalité subjective de l’observateur A : 99,6 ; celui de l’observateur B : 99,1 Seuil différentiel de l’observateur A : 3,41 ; celui de l’observateur B : 7,65

La méthode des limites On peut tout aussi bien mesurer un seuil absolu qu’un seuil différentiel avec la méthode des limites. Dans chaque cas, on prévoit la présentation de deux types de séries de stimuli, une dite ascendante et l’autre descendante. Cependant, en plus de présenter un seul stimulus à la fois (seuil absolu) plutôt que deux (seuil différentiel), le moment de cesser la montée ou la descente change en fonction du type de seuil. Ainsi, pour estimer un seuil absolu spécifiquement, il faut identifier d’avance une série de stimuli plus ou moins rapprochés de ce que l’on croit être le seuil. Ces stimuli seront présentés un à la fois, tantôt dans un ordre croissant, tantôt dans un ordre décroissant, en alternant d’un ordre à l’autre. Dans une série de présentations ascendantes, le premier stimulus présenté est nettement sous le seuil absolu ; on augmente ensuite graduellement l’intensité d’un essai à l’autre, jusqu’à ce que l’observateur rapporte avoir perçu le stimulus. Dans la même veine, lors d’une série d’essais descendants, on utilise d’abord un stimulus qui peut être perçu facilement et l’on diminue peu à peu son intensité, et ce, jusqu’au moment de faire la transition entre un essai où le stimulus est perçu et celui où il ne l’est pas. Il faut noter que les séries ascendantes et les séries descendantes ne commencent pas toutes au même point (tableau 1.3). Cela a pour but de contourner le problème que pose la possibilité de commettre des erreurs dites d’anticipation et d’habituation. Pour déterminer le seuil absolu, il



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faut faire la moyenne des points de transition, de non perçu à perçu dans les séries ascendantes, et de perçu à non perçu dans les séries descendantes. On commet une erreur d’habituation quand on prend l’habitude de répondre « non » lors d’une série ascendante ou « oui » lors d’une série descendante. Un tel type d’erreur entraînera dans le premier cas une surestimation de la valeur réelle du seuil absolu et dans le second cas une sous-estimation. Une erreur d’anticipation survient lorsqu’un observateur, sachant qu’il y aura un point de transition, passe trop rapidement de « oui » à « non » (série descendante) ou de « non » à « oui » (série ascendante). Dans le premier cas, l’erreur d’anticipation aura pour effet de surestimer la valeur du seuil par rapport à ce qu’est le seuil réel, et à la sous-estimer dans le deuxième cas. Lorsqu’il s’agit d’estimer un seuil différentiel à l’aide de la méthode des limites, on utilise deux stimuli, un standard et un stimulus de comparaison (tableau 1.4). Ces stimuli sont donc présentés par paires, soit simultanément, soit successivement. C’est la nature du continuum sensoriel évalué qui détermine la pertinence du mode de présentation. Pour le son, par exemple, mieux vaut présenter les stimuli successivement. Après la présentation des deux stimuli, l’observateur doit déterminer si tel stimulus est plus petit ou plus grand que l’autre, ou si ces stimuli apparaissent comme étant égaux. Les stimuli de comparaison varient d’un essai à l’autre de telle façon que la difficulté de discrimination soit peu à peu augmentée. S’il s’agit d’une série ascendante, la magnitude de ces derniers est augmentée ; pour une série descendante, la magnitude est diminuée. Lors de la détermination du seuil différentiel avec la méthode des limites, la méthode a la particularité de ne pas voir une série, descendante ou ascendante, s’arrêter lorsqu’un point de transition est observé. En fait, dans le cas d’une série ascendante par exemple, la première transition que rencontre l’observateur est celle où le stimulus de comparaison apparaît être plus petit que le standard puis, l’essai suivant, les stimuli apparaissent égaux. Il faut continuer à augmenter la valeur des stimuli de comparaison jusqu’à ce que les stimuli, standard et de comparaison, cessent de sembler égaux. Il faut atteindre la transition qui mène à l’impression que le stimulus de comparaison est plus grand que le standard. Dès que cette réponse est rendue une première fois, la série s’arrête (tableau 1.4). Le même processus est respecté avec les séries descendantes. Aussi, tout comme c’était le cas pour le seuil absolu, on alterne les séries ascendantes et descendantes et le point à partir duquel une série varie d’une fois à l’autre pour les séries ascendantes et d’une fois à l’autre pour les séries descendantes.

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Psychologie de la perception Tableau 1.3

Détermination d’un seuil absolu avec la méthode des limites (valeurs fictives) où l’observateur indique si oui ou non un stimulus est perçu Intensité/Série Ascendante

Descendante

Ascendante

Descendante

16

Oui

14

Oui

Ascendante

Oui

12

Oui

10

Oui

Oui

Oui

Oui

Non

Oui

Oui

Non

Oui

8

Oui

6

Non

Oui

Non

Non

4

Non

Non

Non

Non

2

Non

Non

Non

Non

Non

0

Descendante

0

Non

Non

Points de transition 7

5

9

11

7

9

Valeur du seuil : (7 + 5 + 9 + 11 + 7 + 9)/6 = 8

Pour chaque série, il y a donc deux points de transition. Ces points permettent d’identifier une limite supérieure (Ls) et une limite inférieure (Li). Par exemple, dans le cas d’une série descendante, on atteint la Ls au moment où, après que le stimulus de comparaison a été perçu comme étant plus grand que le standard, ces stimuli sont maintenant perçus comme étant égaux. De même, on atteint une Li lorsque, après avoir été perçu comme étant égal au standard lors d’un essai ou de plusieurs essais, le stimulus de comparaison est maintenant perçu comme étant plus petit que le standard. On peut calculer un intervalle d’incertitude en soustrayant la moyenne des Ls de la moyenne des Li, le seuil différentiel étant ensuite obtenu en divisant cet intervalle par 2. Un point d’égalité subjective est estimé comme suit : (Ls + Li)/2.

Les méthodes adaptatives Même si nous ne ferons qu’effleurer le sujet, il convient de signaler qu’il existe toute une série de procédures dites adaptatives qui permettent d’estimer les seuils. En général, ces méthodes permettent de faire une bonne



1 – Psychophysique

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estimation des seuils en un nombre moindre d’essais, notamment en diminuant le nombre de ceux-ci dans une région plutôt éloignée du seuil. Une de ces procédures est dite de l’escalier (Bonnet, 1986). Pour l’utiliser, il faut choisir un niveau de départ (plus ou moins loin du seuil) ; il faut choisir un cran (step) qui permet de faire un changement du niveau de difficulté, en diminuant ou en augmentant la magnitude du stimulus, selon qu’on passe de l’état « je ne perçois pas » à « je perçois », ou de « je perçois » à « je ne perçois pas » ; il faut décider si l’on change ou non la magnitude dès qu’une réponse indique le passage d’un état à un autre ; et enfin, il faut décider à quel moment s’arrête la procédure, par exemple après un certain nombre de changements d’état ou après un nombre fixe d’essais. Avec la procédure de l’escalier, on peut utiliser un escalier simple qui ne compte qu’une seule série de variations, ou un escalier double comportant deux séries indépendantes, une série partant bien au-dessus du seuil, l’autre bien au-dessous. Une autre méthode adaptative bien connue est appelée PEST (pour les termes anglais « parameter estimation by sequential testing »). De façon générale, avec cette procédure, à chaque inversion dans une direction opposée, le cran retenu au départ est diminué de moitié ; aussi, ce cran reste le même lors d’un changement dans la même direction, ou peut même augmenter (être doublé) si, par exemple, on reste dans la même direction lors de trois essais consécutifs (Macmillan et Creelman, 1991). Enfin, il faut noter l’existence d’autres méthodes adaptatives comme celles basées sur une procédure bayesienne ou sur un maximum de vraisemblance (Shen, 2013 ; Shen et Richards, 2012).

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Psychologie de la perception Tableau 1.4

Détermination d’un seuil différentiel avec la méthode des limites (valeurs fictives) où l’observateur indique si un stimulus de comparaison est plus petit (P) ou plus grand (G) qu’un standard de 10, ou si les stimuli sont égaux (E) Intensité/Série Ascendante 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2

G E E E E E E P P P P

Descendante

Ascendante

G G G G E E E E E P

G E E E E E E P P P P P P P

Descendante G G G E E E E E E P

Ascendante

G E E E E P P P

Descendante G G G E E E E E E P

Limite supérieure

13,5 12,5 14,5 15,5 13,5 14,5 (M = 14)

Limite inférieure

7,5

7,5

8,5

9,5

9,5

8,5 (M =8,5)

Point d’égalité subjective : (14 + 8,5)/2 = 11,25 Intervalle d’incertitude : 14-8.5 = 6,5 Seuil différentiel : 6,5/2 = 3,25

1.4 Échelonnage Une troisième question fondamentale en psychophysique est celle de la relation entre la magnitude d’un stimulus physique et la magnitude psychologique. Une telle question diffère nettement de celle qui est posée dans le cadre de la loi de Weber qui met en relation deux quantités physiques. Les présents travaux sont dans la foulée de ceux de Fechner qui avait proposé, à l’aide d’une méthode indirecte, que cette relation entre la



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magnitude d’un stimulus physique et la magnitude psychologique est nécessairement logarithmique (Appendice B). Afin de procéder à une vérification empirique d’une loi sur la relation entre les quantités physiques, pour un continuum sensoriel donné, et l’expérience sensorielle qu’on en fait, il faut tenter de quantifier cette expérience. Stanley Smith Stevens propose d’adopter différentes méthodes afin de mesurer le plus directement possible cette expérience. L’Américain Stanley Smith Stevens (1906 – 1973) est une figure marquante de la psychophysique. Il a obtenu un doctorat de l’Université Harvard où il a longtemps travaillé. Il est bien entendu connu pour la loi de Stevens et pour l’élaboration de méthodes permettant d’étudier le lien entre la magnitude d’un stimulus physique et sa magnitude sur le plan psychologique. Ce qui est moins connu, c’est que sa contribution s’étend à d’autres champs, en particulier dans le domaine de l’audition. Nous lui devons notamment l’identification de différentes échelles de mesure. 

Méthodes Les démonstrations empiriques de Stevens reposent sur de nombreuses méthodes d’échelonnage. On distingue essentiellement les « échelles de partition » des « échelles de rapport ». Parmi les échelles de partition, il existe notamment les échelles de cotation et les échelles d’équisection. Dans le premier cas, un observateur doit coter chacun des stimuli d’un ensemble dans certaines catégories (par exemple de 1 à 5). Le nombre de stimuli de l’ensemble et le nombre de catégories sont déterminés d’avance. Par ailleurs, avec les échelles d’équisection, un observateur doit diviser son continuum psychologique en une série de distances considérées comme égales. Par exemple, l’observateur pourrait être amené à déterminer que la distance entre les sensations créées par les stimuli A et B sur un continuum sensoriel est plus petite que, égale à, ou plus grande que la distance entre les sensations produites entre les stimuli C et D, ailleurs sur ce continuum. Parmi les méthodes propres aux échelles d’équisection, on note la bissection. Dans un tel cas, l’observateur est appelé à choisir un stimulus dont l’intensité se trouve à mi-chemin entre les intensités de deux autres stimuli. Pour ce qui est des échelles de rapport, on distingue les tâches d’estimation des tâches de production. Une procédure souvent utilisée est appelée « l’estimation de la magnitude ». Quand cette procédure est utilisée, un observateur se voit exposer à un stimulus standard, aussi appelé modulus, auquel on assigne une valeur numérique. Ensuite, à chaque

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Psychologie de la perception

présentation d’un stimulus, l’observateur doit lui attribuer une valeur numérique relativement au standard. L’observateur établit lui-même son barème autour de la valeur du modulus, tout en prenant soin de ne jamais choisir zéro. Si un stimulus apparaît être deux fois plus intense (plus grand) qu’un modulus de 50, l’observateur lui attribuera une valeur de 100. Ainsi devient-il possible d’établir une correspondance des différentes valeurs assignées (la magnitude psychologique sur l’axe des y), en fonction de la magnitude sur le plan physique (sur l’axe des x). Parmi les variantes dans la catégorie des échelles de rapport, on note la production de rapport (ou fractionnement). Par exemple, un observateur peut être appelé à produire l’intensité d’un stimulus de telle manière qu’il corresponde à un pourcentage (par exemple, la moitié ou le tiers) donné d’un autre stimulus.

Loi de Stevens Ainsi, une autre question fondamentale en psychophysique consiste à identifier et quantifier la relation entre la magnitude de la sensation et la magnitude d’un stimulus sur le plan physique. On parle parfois de la loi psychophysique pour évoquer cette relation. Bien entendu, on peut s’attendre à ce que la relation entre la magnitude de la sensation et la magnitude d’un stimulus sur le plan physique soit monotone, c’est-à-dire que la magnitude psychologique s’accroisse de façon continue avec l’accroissement de la magnitude physique. La question reste à savoir quelle est la nature exacte de cet accroissement : est-il rapide au début, pour des stimuli de faible amplitude et plus lent lorsque les stimuli sont de plus grande magnitude ? En fait, cet accroissement dépend de la nature du stimulus à l’étude. Essentiellement, comme l’indique la figure 1.4 et comme le rapporte Stevens à la suite d’un très grand nombre de travaux, on observe trois types d’accroissement : exponentiel, linéaire ou logarithmique. Ainsi, Stevens a établi que la meilleure expression de la relation entre l’ampleur d’une sensation perçue et l’intensité d’un stimulus est exprimée à l’aide d’une fonction de puissance : S = K fb où S est la sensation, K est une constante dont la valeur dépend des unités de mesure utilisées et b est l’exposant propre à une dimension sensorielle



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donnée. Cette loi est appelée la loi de puissance ou la loi de Stevens, et parfois aussi la loi de puissance de Stevens. L’exposant b constitue en quelque sorte la principale caractéristique ou, comme on le dit parfois, la signature d’un continuum sensoriel. Sa valeur égale 1 si la relation est linéaire, est plus petite que 1 si la relation est logarithmique et est plus grande que 1 si la relation est exponentielle. Les valeurs de b rapportées par Stevens (1961) sont par exemple de 0,55 pour l’odorat, de 0,60 pour l’intensité sonore, de 1,00 pour la température, et de 3,50 pour les décharges électriques. Il faut bien comprendre que ces valeurs sont susceptibles de fluctuer d’une expérience à l’autre. Par exemple, Stevens (1961) rapporte une valeur de b de 1,0 pour la durée, mais au terme d’une longue recension des écrits sur la question, Eisler (1976) en est venu à la conclusion que 0,90 est probablement une meilleure approximation.

Autres contributions de Stevens Stevens (1975) apporte une nuance fondamentale à propos des différents types d’expériences sensorielles. Celles-ci s’inscrivent dans l’un des deux continuums sensoriels suivants appelés prothétique et métathétique. Dans le cas d’un continuum prothétique, il s’agit d’expériences qui reposent sur un processus physiologique additif, c’est-à-dire un processus où l’augmentation de l’intensité physique d’un stimulus entraîne une augmentation de la fréquence des potentiels d’action par les neurones responsables de la réception de ces stimuli. Par opposition, un continuum métathétique ne repose pas sur cette idée d’addition, mais plutôt sur celle de substitution.

Figure 1.4 – Trois types de relation, exponentielle (N > 1), linéaire (N = 1) ou logarithmique (N