Die Informationen auf dieser Seite basieren weitestgehend auf Kapitel 5 Grundlagen der Psychophysik der Dissertation von Dr.-Ing. Manuel Kühner und dem Artikel Adaptive Verfahren in der Psychophysik: Effiziente Bestimmung von Absolut- und Unterschiedsschwellen der in der Ergonomie aktuell Ausgabe 13 (2012) erschien.

Staircase-Verfahren allgemein

In der Arbeit von Dr.-Ing. Manuel Kühner kommen sogenannte adaptive Verfahren bzw. moderne Methoden der Psychophysik zum Einsatz. Im allgemeinen spricht man dabei von Staricase-Verfahren.

Visualisierung des Simple-Staircase-Verfahren (erstellt mit dem LaTeX-Paket pgfplots, siehe Dissertation S. 48)

Im Grunde handelt es sich dabei um eine Abwandlung der klassischen Grenzmethode (auch Grenzverfahren oder Methode der eben merklichen Unterschiede genannt). Es gibt mehrere Varianten der Staricase-Verfahren – nachfolgend eine unvollständige Liste:

Simple-Staricase-Verfahren (auch Up/Down-Verfahren genannt)
Transformed-Up/Down-Verfahren
- Hierbei gibt es verschiedene Varianten (Regeln), die sich in ihrem Konvergenzniveau unterscheiden, z. B.
- die 1-Up/2-Down-Regel oder
- 1-Up/3-Down-Regel
Verschachtelte Staircase-Verfahren (engl. auch Interleaved Adaptive Methods oder Interleaved Staircases genannt)

Details und genaue Quellenangaben finden sich in Kapitel 5 der Dissertation von Dr.-Ing. Manuel Kühner.

Animation eines Staricase-Verfahrens

Man findet zu dem Thema wenig anschauliche Inhalte, daher gibt es hier ein animiertes Beispiel (Transformed-Up/Down-Verfahrens nach der 1Up/2Down-Regel) im mehreren Dateiformaten zum Download.

Animation eines Staircase-Verfahrens (Achtung – nur Vorschauqualität)

Animiertes PDF: deutsch / englisch
- Funktioniert nicht in allen PDF-Betrachtern
- Funktioniert sicher im Adobe Reader (funktioniert meiner Erfahrung nach nicht auf Smartphones, Tablets oder in Browser integrierte PDF-Betrachtern)
- Verwendet in PDF eingebettetes JavaScript
Animiertes GIF in voller Auflösung: deutsch / englisch
PDF-Dokument als „Daumenkino“: deutsch / englisch
Einzelne PDF-Seiten (ZIP-Archiv): deutsch / englisch
Einzelne Grafik-Dateien (PNG-Format, ZIP-Archiv): deutsch / englisch

Staircase_Animation_Animated_GIF_English_Small — Animated Staircase Procedure (low quality/resolution) showing the Transformed Up-Down Method

Literaturtipps

Es gibt wenig aktuelle und deutschsprachige Literatur zu dem Thema Psychophysik und adaptive Methoden. Oftmals finden sich Unterkapitel zu dem Thema in medizinischen Werken wie z. B. dem Kapitel Allgemeine Sinnesphsychologie in dem Werk Neuro- und Sinnesphysiologie (SpringerLink). Ein viel zitierter Klassiker im Bereich Psychophysik ist das Werk Psychophysics: The Fundamentals in der dritten Auflage (1997) von George A. Gescheider – allerdings findet der Autor dieses Werk für den Einstieg ungeeignet. Ein relativ aktuelles Werk ist Psychophysics: A Practical Introduction von den Autoren Frederick A. A. Kingdom und Nicolaas Prins – es beschreibt u. a. die verschiedenen Staircase-Verfahren ausführlich. Für Nutzer des Software-Paketes Matlab bieten die Autoren mit der sogenannten Palmedes-Toolbox ein Werkzeug zur Implementierung verschiedener Staircase-Verfahren. Eine zweite Auflage ist auf Amazon.de für den 26. November 2015 angekündigt.

Für den deutschsprachigen Einstieg empfehlenswert sind, wie bereits oben erwähnt, das Kapitel Grundlagen der Psychophysik der Dissertation von Dr.-Ing. Manuel Kühner und der Artikel Adaptive Verfahren in der Psychophysik: Effiziente Bestimmung von Absolut- und Unterschiedsschwellen der in der Ergonomie aktuell Ausgabe 13 (2012).

Von der Fachzeitschrift Attention, Perception, & Psychophysics gibt es eine Sonderausgabe (Jahrgang /Volume 63, Ausgabe/Issue 8, November 2001) zu dem Thema Psychometrische Funktionen und Adaptive Methoden (Psychometric Functions and Adaptive Methods). In dieser sind viele Fachartikel namhafter Autoren wie z. B. Hans Strasburger, Christian Kaernbach und Marjorie R. Leek zu dem Thema zu finden.

Vergleiche zwischen den verschiedenen adaptiven Verfahren (Staircase-Verfahren)

Es gibt einige Untersuchungen, in denen die Leistungsfähigkeit bzw. die Eignung der verschieden adaptiven Verfahren (Staircase-Verfahren) verglichen wird. Die Vergleiche erfolgen meistens anhand von rechnergestützten Simulationen und seltener anhand realer Probandenversuche. Fußnote 12 auf Seite 49 der Dissertation von Dr.-Ing. Manuel Kühner listet viele Vergleiche auf. Die meisten Untersuchungen kommen aus dem Bereich der auditiven und visuellen Psychophysik. Dem Autor ist nur eine derartige Untersuchung von Morioka und Griffin bekannt, die sich mit der haptischen Wahrnehmung befasst:

@ARTICLE{MoriokaGriffin2002_01,
  author = {Miyuki Morioka AND Michael J. Griffin},
  title = {Dependence of vibrotactile thresholds on the psychophysical measurement method},
  year = {2002},
  volume = {75},
  number = {1},
  pages = {78--84},
  issn = {0340-0131},
  doi = {10.1007/s004200100280},
  address = {Berlin and Heidelberg},
  annotation = {Eine der wenigen Studien, die den Einfluss der psychophysischen
     Methode auf die Schwellwerte im Bereich Haptik untersucht.},
  journal = {International Archives of Occupational and Environmental Health},
  publisher = {Springer}
}

Gelfand fasst die Studienlage in seinem Buch Hearing: An Introduction to Psychological and Physiological Acoustics wie folgt zusammen:

Many studies have compared the various adaptive methods and between adaptive
and more traditional approaches [. . .]. Generally speaking, thresholds obtained
with the various adaptive approaches tend to be relatively close to each other.
[. . .] However, it does appear that somewhat better performance is obtained with
forced choice compared to nonforced choice paradigms [. . .]. (Gelfand, 2009,
S. 155)

Hinweis: Die in dem Zitat von Gelfand genannten Paradigmen forced choice und nonforced choice sind auf dieser Seite bisher nicht erwähnt oder erläutert.