Mukautuvan koeasetelman soveltaminen kategorisen havaitsemisen tutkimiseen neuropsykologiassa

Abstract

Tässä tutkielmassa tutkitaan kognitiiviseen neuropsykologiaan kuuluvaa ilmiötä, nimeltään äänteiden kategorinen havaitseminen, käyttämällä mukautuvaa koeasetelmaa. Tarkoituksena on ollut kehittää ohjelma, jonka avulla pystyttäisiin mahdollisimman nopeasti ja tehokkaasti (optimaalisesti) määrittämään jokaiselle koehenkilölle yksilöllinen malli, jota havainnot noudattavat.

Äänteiden kategorinen havaitseminen tarkoittaa, että ihminen pyrkii luokittelemaan äänteet kategorioihin niiden akustisten ominaisuuksien perusteella ilman, että hän erottaisi kahden eri äänteen välimuotoja. Esimerkiksi kuullessaan äänteen, joka on puoliksi /ba/ ja puoliksi /pa/, ihminen ei erota kuultua äännettä välimuodoksi vaan tulkitsee sen joko äänteeksi /ba/ tai /pa/.

Tässä tutkielmassa tarkoituksena on mallintaa, miten koehenkilöt kuulevat äänteet /ba/ ja /pa/ sekä näiden välimuodot ja mitata aivosähkökäyrässä (EEG) tapahtuvia muutoksia koe- ja kontrollitilanteessa. Koetilanne suoritetaan toistamalla koehenkilöille useita kertoja 9 erilaista ääntä ja mittaamalla, kumpi äänne oli koehenkilön mielestä kyseessä. Vasteen (koehenkilön vastausten) oletetaan noudattavan logistista regressiomallia. Kontrollitilanteessa puolestaan koehenkilö pelkästään passiivisesti kuuntelee ääniä. Koetta varten on tehty MATLAB-ohjelma, joka pyrkii valitsemaan kolme niin sanottua ”kiinnostavaa ääntä”, joiden kohdalla koehenkilö on epävarmin, kummasta äänteestä on kyse. Näiden kiinnostavien äänten määrää painotetaan toistamalla yksittäistä kiinnostavaa ääntä kaksinkertainen määrä verrattuna yksittäiseen ”ei-kiinnostavaan ääneen”, jolloin kolmea kiinnostavaa ääntä toistetaan yhteensä saman verran kuin kuutta ei-kiinnostavaa ääntä. Apuna kiinnostavien äänten valitsemisessa on binäärinen etsintäalgoritmi, joka pyrkii puolitushaulla löytämään kaksi kiinnostavaa ääntä. Kun kaksi ääntä on löydetty, algoritmi jatkaa mallin estimoimista suurimman uskottavuuden menetelmällä kaikesta kerätystä aineistosta.

Tätä tutkielmaa varten on suoritettu mittauksia koehenkilöillä, joiden perusteella ohjelman toimintaa ja kehittämiskohtia on analysoitu. Samalla on kerätty EEG-dataa psykologian laitoksen analysoitavaksi. Suoritettujen mittausten perusteella ohjelma näyttäisi toimivan melko hyvin ja on hyvä pohja koetilanteen kehittämiseksi vielä optimaalisemmaksi.