Umbral absoluto

En neurociencia y psicofísica, un umbral absoluto se definió originalmente como el nivel más bajo de un estímulo (luz, sonido, tacto, etc.) que un organismo podía detectar. Bajo la influencia de la teoría de detección de señales, el umbral absoluto se ha redefinido como el nivel en el que se detectará un estímulo durante un porcentaje específico (a menudo el 50%) del tiempo. El umbral absoluto puede verse influenciado por varios factores diferentes, como las motivaciones y expectativas del sujeto, los procesos cognitivos y si el sujeto está adaptado al estímulo.
El umbral absoluto se puede comparar con el umbral de diferencia, que es la medida de cuán diferentes deben ser dos estímulos para que el sujeto note que no son iguales.

Visión

Un experimento histórico realizado en 1942 por Hecht, Shlaer y Pirenne evaluó el umbral absoluto de la visión. Intentaron medir la cantidad mínima de fotones que el ojo humano puede detectar el 60% del tiempo, utilizando los siguientes controles:

1. Adaptación oscura – los participantes fueron completamente oscuros adaptados (un proceso que duró cuarenta minutos) para optimizar su sensibilidad visual.
2. Ubicación – el estímulo se presentó a un área del ojo derecho donde hay una alta densidad de células de varilla, 20 grados a la izquierda del punto de foco (es decir, 20 grados a la derecha de la fovea). Aproximadamente este grado de excentricidad (unos 20 grados) tiene la densidad de varilla más alta en toda la retina. Sin embargo, la ubicación correspondiente en la retina derecha, 20 grados a la izquierda, está muy cerca del punto ciego.
3. Tamaño del estímulo: el estímulo tenía un diámetro de 10 minutos de arco (1 minuto = 1/60 de grado). Aunque no se menciona explícitamente en el documento de investigación original, esto aseguraba que el estímulo de la luz cayó sólo en las células de varilla conectadas a la misma fibra nerviosa (esto se llama el area of spatial summation).
4. Wavelength – la longitud de onda de estímulo coincidió con la máxima sensibilidad de las células de varilla (510 nm).
5. Duración del estímulo – 0.001 segundo (1 ms).

Los investigadores descubrieron que la emisión de sólo 5 a 14 fotones podría provocar una experiencia visual. Sin embargo, sólo aproximadamente la mitad de ellos entraron en la retina, debido a la reflexión (de la córnea), la absorción y otros factores relacionados con la transmitancia de los medios oculares. Los investigadores estimaron que de 5 a 14 de las 500 barras estimadas en el área de prueba absorberían cada una un fotón, con un 4% de probabilidad de que una barra absorbiera dos fotones.

Un segundo umbral absoluto para la visión implica el flujo mínimo de fotones (fotones por segundo por unidad de área). En este caso, la luz cubre un campo amplio durante un período prolongado de tiempo en lugar de concentrarse en un punto de la retina en un breve estallido. Conociendo el diámetro de la pupila y la longitud de onda de la luz, el resultado se puede describir en términos de luminancia (~0,000001 candelas por metro cuadrado o 10⁻⁶ cd/m²) o iluminancia de la retina (~0,00002 Trolands). Al incluir estimaciones de la probabilidad de que un fotón promedio sea absorbido por una celda de bastón promedio, el umbral de estimulación para los bastones es aproximadamente una absorción de fotón por segundo por cada 5000 bastones.

En términos de sensibilidad de potencia absoluta total, Denton y Pirenne en el Journal of Physiology en 1954 encontraron que para fuentes difusas y extendidas, es decir, una apertura de vidrio esmerilado relativamente grande (~ 45 grados de ancho, según lo ve el sujeto), y un largo tiempo de observación y decisión (5 segundos), el ojo humano podría comenzar a distinguir de manera confiable el vidrio iluminado del no iluminado a un nivel de potencia de aproximadamente 7,6 × 10⁻¹⁴ vatios/estereorradián-cm² en el ojo para luz verde (510 nm). Este nivel de potencia dependía de la longitud de onda de la luz utilizada según la curva de luminosidad habitual. Para la luz blanca, la sensibilidad absoluta encontrada fue de 5,9 × 10⁻¹⁴ vatios/estereorradián-cm². Esta sensibilidad base varió sólo alrededor de 0,03 pasos logarítmicos entre la visión monocular (de un solo ojo) o binocular (de dos ojos).

En 1972, Sakitt llevó a cabo un experimento que combinaba elementos de detección de señales y teoría de umbrales. Dos elementos clave del estudio fueron una alta tolerancia a los falsos positivos y una opción de opción múltiple para decidir si se veía o no una luz. En los estudios clásicos descritos anteriormente, la tolerancia a los falsos positivos era tan baja que el umbral estaba sesgado hacia arriba. Según el análisis estadístico de un gran número de pruebas, 6 fotones cada uno absorbido por una varilla casi simultáneamente parecían "muy brillantes", 5 fotones parecían "brillantes" y 4 fotones "muy brillantes". una luz moderada", 3 fotones "una luz tenue". Dos observadores pudieron ver 2 fotones como "ligeramente dudosos" si se hubiera visto luz. Un observador vio un solo fotón como "muy dudoso" si se veía luz. Los fotones cero fueron vistos como "no vieron nada".

Audiencia

El umbral absoluto de audición es el nivel mínimo de sonido de un tono puro que un oído promedio con audición normal puede oír sin ningún otro sonido presente. El umbral absoluto se relaciona con el sonido que el organismo puede escuchar.
Un ejemplo de umbral absoluto de audición sería escuchar el tictac de un reloj a veinte pies (seis metros) de distancia de un sujeto en una habitación silenciosa. El umbral de audición generalmente se expresa como la presión sonora RMS de 20 μPa (micropascales) = 2×10⁻⁵ pascal (Pa). Es aproximadamente el sonido más silencioso que un humano joven con una audición intacta puede detectar a 1000 Hz. El umbral de audición depende de la frecuencia y se ha demostrado que la sensibilidad del oído es mejor en frecuencias entre 1 kHz y 5 kHz. Los seres humanos suelen tener un umbral de audición más bajo para sus propios nombres. Dennis P. Carmody y Michael Lewis estudiaron este fenómeno en 2006 y descubrieron que las regiones del cerebro responden al nombre de la persona de manera diferente que a un nombre aleatorio.

Olor

El umbral de detección de olores es la concentración más baja de un determinado compuesto olfativo perceptible por el sentido del olfato humano. El umbral de un compuesto químico está determinado en parte por su forma, polaridad, cargas parciales y masa molecular. Los mecanismos olfativos responsables del umbral de detección de cada compuesto no se comprenden bien; por lo tanto, estos umbrales aún no pueden predecirse con precisión. Más bien, deben medirse mediante pruebas exhaustivas con sujetos humanos en entornos de laboratorio.

Tocar

El umbral absoluto para el tacto es el ala de una abeja que cae sobre la mejilla de una persona desde un centímetro (0,4 pulgadas) de distancia. Diferentes partes del cuerpo son más sensibles al tacto, por lo que esto varía de una parte del cuerpo a otra (20).

A medida que las personas envejecen, el umbral absoluto para el tacto aumenta, especialmente después de los 65 años. En general, las mujeres tienen un umbral absoluto más bajo y son más sensibles al tacto que los hombres. Sin embargo, también parece variar de persona a persona. Incluso los individuos experimentan variaciones a largo plazo dentro de su propio umbral absoluto de tacto. Esto podría afectar potencialmente la forma en que los profesionales médicos evalúan los trastornos sensoriales.

En 1974, Ulf Lindblom estudió cómo la velocidad de un estímulo afecta el umbral absoluto. Se utilizó un estimulador WaveTek para medir el umbral absoluto del tacto al "tocar" el brazo. la yema del dedo de un participante con una sonda de 2 mm de diámetro. Lindblom descubrió que, en promedio, había una diferencia del 27% en el nivel de umbral entre los pulsos mecánicos lentos y rápidos en la yema del dedo de un participante. El umbral para pulsos rápidos fue de 5 μm y de 80 μm para pulsos lentos. El estudio de Lindblom muestra que los humanos son más sensibles a la estimulación rápida que a la estimulación lenta, al menos en el caso del tacto.

Sabor

En 1999, J. A. Stillman, R. P. Morton y D. Goldsmith realizaron un estudio que probó el umbral absoluto del gusto y descubrieron que las pruebas automatizadas del gusto eran tan confiables como las pruebas tradicionales. Además, encontraron significación estadística en que el lado derecho de la lengua tenía un umbral absoluto más bajo que el lado izquierdo. Este hallazgo lleva a la posibilidad de que el hemisferio derecho del cerebro procese mejor los estímulos gustativos que el izquierdo. La privación de calorías durante un período breve aumenta la sensibilidad y disminuye el umbral absoluto para los alimentos dulces y salados. Otros factores, como el embarazo y el tabaquismo, pueden influir en la sensibilidad gustativa.

Trastorno del procesamiento sensorial

Artículo principal: Trastorno del procesamiento sensorial

Algunas personas tienen un umbral absoluto anormalmente alto o bajo para uno o más sentidos que interfiere con su calidad de vida. Suelen evitar la estimulación, buscarla o tal vez no notarla en absoluto. Este es un síntoma que puede diagnosticarse como un trastorno del procesamiento sensorial, también conocido como disfunción de integración sensorial, que es común en personas con autismo.