Akademik

PSYCHOPHYSIQUE

La psychophysique peut être définie en première approche comme l’étude des relations entre les stimuli (ou excitants) et les sensations. L’origine de cette discipline, qui est une branche de la psychologie expérimentale, remonte à la publication du livre de G. T. Fechner Elemente der Psychophysik (1860). Ce physicien brillant avait des ambitions philosophiques et religieuses. Convaincu que la matière et l’esprit ne sont qu’une même réalité, il ne s’est pas contenté de développer cette conception panpsychique: il a voulu la fonder scientifiquement. Il a cru trouver ce fondement dans la découverte d’une loi générale entre excitants et sensations en laquelle il voyait l’expression de la relation entre les énergies physiques et les énergies psychiques. Il appelle la psychophysique la «science exacte des relations fonctionnelles ou relations de dépendance entre le corps et l’esprit». Si son projet philosophique est aujourd’hui bien oublié, Fechner a ouvert un domaine de recherche qui est resté depuis lors extrêmement fécond. Il a, ce faisant, abordé un problème fondamental en psychologie, celui de la mesure: il a donné des solutions et développé des méthodes qui ont une très grande importance dans l’évolution de la psychologie expérimentale.

Mesure de sensation et notion de seuil chez Fechner

La psychophysique a soulevé immédiatement l’objection, développée par Bergson, James, Külpe, que la sensation, pas plus que n’importe quel autre élément de la vie psychologique, n’est quantifiable, mesurable. Cette dernière est un flux continu, indivis: quand on croit pouvoir le dissocier, c’est qu’en réalité on substitue au monde interne de la conscience le monde externe qui, lui, est analysable, décomposable. Dans cette perspective, la psychophysique n’est pas une mesure de la sensation, mais seulement une mesure du stimulus.

Fechner croit en la validité de l’introspection comme méthode d’étude des phénomènes psychologiques. Il ne pense certes pas, lui non plus, que l’on puisse mesurer directement l’intensité de la sensation, qui est une grandeur mentale. Mais il croit que l’on peut mesurer indirectement cette intensité. Nous pouvons observer en nous si une sensation est présente ou absente, si une sensation est plus grande, plus petite ou égale à une autre sensation (ce que refusera d’admettre Bergson). Nous pouvons, d’autre part, mesurer le stimulus et donc déterminer quelle augmentation d’intensité est nécessaire pour engendrer une différence juste perceptible au niveau de la sensation. Cela est suffisant pour développer une mesure indirecte de la sensation.

La psychophysique de Fechner est très pénétrée d’introspection. Quand le sujet répond «plus grand» ou «plus petit», cela traduit son état de conscience au moment présent. Dans la conception béhavioriste, ce jugement prend un sens différent: il est considéré comme une réponse du sujet et, à ce titre, il ne résulte pas seulement de l’excitation produite par le stimulus, mais également de tous les facteurs dont peut dépendre l’émission d’une réponse, en particulier sa fréquence qui est liée à la fréquence avec laquelle est présenté le stimulus, son coût si elle est incorrecte, le gain qu’elle apporte si elle est correcte. Dans cette perspective, la sensation est un événement hypothétique qui n’a pas nécessairement de corrélat conscient chez le sujet, mais qui a un sens dans un modèle défini. Ce modèle appliqué à une situation expérimentale permet une mesure de l’excitation engendrée par le stimulus qui prenne en compte les particularités de la réponse.

La notion de seuil est pour Fechner, comme pour J. F. Herbart, liée à celle d’attention: quand la conscience est occupée par une sensation, toute sensation nouvelle doit vaincre une certaine résistance pour entrer dans le champ de la conscience. Le seuil est la quantité d’énergie physique nécessaire pour produire une différence juste perceptible entre deux sensations. Fechner distingue deux types de seuil: le seuil absolu, qui est la plus petite quantité d’énergie susceptible de produire une sensation (passage de l’absence de sensation à la sensation) et le seuil différentiel, qui est l’augmentation d’intensité physique juste nécessaire pour provoquer une impression nouvelle.

Fechner a mis au point trois méthodes de mesure des seuils, qui sont toujours utilisées. La méthode des limites consiste à augmenter progressivement un stimulus ou à le faire décroître pas à pas et à noter l’intensité à partir de laquelle il commence à être perçu ou cesse d’être perçu. La méthode dite des stimuli constants consiste à présenter aléatoirement un certain nombre de stimuli d’intensité différente et à demander à chaque présentation un jugement: par exemple «perçu», «non perçu» ou «douteux». Dans la méthode de l’ajustement, le sujet doit ajuster le stimulus de manière qu’il lui paraisse égal à un étalon.

Le seuil ainsi mesuré pour une dimension physique donnée présente d’assez notables variations chez un même sujet. Fechner a reconnu cette variabilité et proposé des méthodes probabilistes de détermination du seuil. On considère, comme pour l’erreur de mesure en physique, que chaque mesure est entachée d’une erreur et que ces erreurs sont aléatoires et réparties autour de la valeur vraie selon une distribution gaussienne. La variabilité est accidentelle, elle résulte des imperfections de l’expérimentation, comme le souligne Marcel Foucault dans La Psychophysique (1902): «La loi de Weber est une loi profonde: elle est le fait primaire, tandis que les écarts sont des faits secondaires; elle exprime une disposition générale de l’esprit, mais cette disposition est cachée par les additions de l’expérience et les complications qui résultent de l’adaptation au milieu [...]. On est donc fondé à croire que ces écarts disparaîtraient complètement si l’on pouvait établir des conditions absolument égales pour la perception.» Les principales sources de variation qui ont été mises en évidence sont, outre celles qui sont propres au sujet: l’ordre dans lequel sont comparés les stimuli, la suite des stimuli qui ont précédé le stimulus à juger, la fréquence de présentation des stimuli, le type de réponse demandée (en particulier, le fait de permettre l’utilisation de la catégorie de réponse «douteux» ou «je ne sais pas»).

Un des principaux résultats de la psychophysique classique est celui qui est connu sous le nom de loi de Weber. Cette loi énonce que l’accroissement d’intensité du stimulus nécessaire pour avoir une différence juste perceptible de sensation est une fraction constante de ce stimulus. Par exemple, si pour un sujet donné le seuil différentiel est de 10 grammes pour un poids de 200 grammes, il sera de 50 grammes pour un poids de 1 kilogramme. Cette loi se trouve généralement vérifiée, si l’on excepte les intensités très faibles proches du seuil absolu ainsi que les intensités très fortes: dans les deux cas, il y a une élévation du rapport.

Fechner eut l’idée de prendre l’échelon différentiel (ou différence juste perceptible) comme unité de mesure de la sensation, ce qui revient à considérer que deux couples de stimuli séparés par le même nombre d’échelons différentiels correspondent à des différences égales de sensation. Il considéra que la constance du rapport proportionnel mise en évidence par Weber pour les seuils différentiels valait pour n’importe quel accroissement si petit fût-il. Cela lui permettait d’exprimer l’intensité de la sensation par le moyen d’une intégrale. Le résultat de l’intégration prend alors, étant donné la loi de Weber, une forme extrêmement simple: l’intensité de la sensation est proportionnelle au logarithme de l’excitation.

La psychophysique de l’estimation directe des sensations

J. Plateau et, après lui, J. Delbœuf avaient utilisé une méthode directe d’estimation en vue de tester la validité du postulat de Fechner. Si l’on choisit trois stimuli A, B et C tels qu’il y ait entre A et B le même nombre d’échelons différentiels qu’entre B et C, on s’attend, en vertu de ce postulat, à ce que la différence entre A et B soit perçue comme égale à la différence entre B et C. Cela n’a pas été vérifié en général, mais l’interprétation à en tirer n’est pas claire: on peut incriminer soit le postulat, soit la validité de la méthode d’estimation directe. Cette méthode d’estimation directe a été reprise et étendue par S. S. Stevens qui a proposé sur la base des résultats qu’il a obtenus une «nouvelle psychophysique».

Stevens utilise deux types de méthodes: les échelles de catégories, analogues à celles qui sont décrites ci-dessus, consistent à intercaler entre deux stimuli un stimulus intermédiaire tel que les différences paraissent égales. Les échelles d’estimation directe des grandeurs exigent du sujet une estimation du rapport entre deux stimuli présentés: un nombre est associé arbitrairement au premier stimulus, 10 par exemple, et le sujet doit fournir un nombre exprimant, relativement à 10, le rapport qu’a pour lui l’intensité du second stimulus par rapport à celle du premier.

Pour diverses dimensions sensorielles, l’échelle obtenue par la méthode des catégories ne coïncide pas avec l’échelle fournie par l’estimation directe, et ces deux échelles diffèrent elles-mêmes de celles que l’on obtient en cumulant les échelons différentiels selon la méthode de Fechner. La figure 1 le montre pour la dimension d’intensité d’un son. Les deux premières échelles ont une pente moins forte que la dernière pour les sons peu intenses et une pente plus forte pour les sons plus intenses.

À partir des estimations directes de grandeurs, Stevens développe une conception qui repose sur la distinction entre deux types de dimensions sensorielles. Les dimensions pour lesquelles les différences perçues comportent un changement du siège de l’excitation au niveau physiologique (comme la hauteur d’un son, la tonalité chromatique) obéiraient au postulat de Fechner: les échelons différentiels sont subjectivement égaux et la sensation est une fonction logarithmique de l’excitation. Les dimensions pour lesquelles les différences perçues relèvent d’une modification additive de l’excitation (comme l’intensité sonore) obéiraient à une fonction puissance de la forme 切 = k Sⁿ , où 切 est la sensation, S le stimulus, k une constante qui dépend de l’unité de mesure et n l’exposant qui varie selon la dimension considérée et donne la pente de la courbe. Stevens et ses collaborateurs ont estimé expérimentalement la valeur de l’exposant pour un grand nombre de dimensions.

La prise en considération du mécanisme de réponse

Dans la perspective de la psychophysique classique comme dans celle de la psychophysique de Stevens, la réponse du sujet est supposée traduire directement l’intensité de l’excitation: aucune place n’est faite dans la théorie aux particularités de la réponse ni aux conditions dans lesquelles elle est fournie. Or, on a constaté, dans la mesure des seuils absolus, que, si par la consigne on invite le sujet à répondre positivement, même lorsqu’il est peu sûr de l’exactitude de sa réponse, on obtient des seuils plus bas. On peut supposer que le fait de donner une réponse indiquant la présence du stimulus représente pour le sujet un certain coût et qu’il ne la donnera que s’il a un niveau de certitude suffisant. Dans cette perspective, le fait que le sujet n’ait pas donné une réponse positive ne signifie pas nécessairement qu’il n’a rien perçu du stimulus. On est alors amené à essayer de faire la part de ce qui relève de l’excitation et de ce qui relève de l’émission de la réponse. Pour cela, il est nécessaire d’avoir un modèle explicite de la production de la réponse.

Un tel modèle a été proposé dans leur «théorie de la détection du signal» par W. P. Tanner et J. A. Swets. Considérons une situation dans laquelle on peut avoir soit un bruit blanc seul (bruit), soit ce même bruit blanc accompagné d’un signal sonore (signal bruit). À chaque stimulation par le bruit blanc correspond une excitation qui peut varier d’un essai à l’autre et que l’on suppose répartie suivant une distribution déterminée (gaussienne, par exemple). De la même façon, à chaque stimulation engendrée par la condition «signal et bruit» correspond une excitation variable des récepteurs qui suit également une distribution gaussienne. La moyenne de cette dernière distribution est supérieure à celle de la première.

Le sujet doit dire à chaque essai si c’est le cas B ou le cas S qui s’est réalisé. Il dispose d’une matrice de coûts et de gains: il gagne une somme G¹ s’il a dit B, alors que c’était B; il gagne une somme G² s’il a dit S, alors que c’était S; il perd une somme C¹ s’il a dit B, alors que c’était S; il perd une somme C² s’il a dit S, alors que c’était B. Il est supposé être dans la situation d’un statisticien qui reçoit une certaine valeur (celle de l’excitation à l’essai en question) et qui doit décider si cette valeur appartient à la distribution B ou à la distribution S. La bonne stratégie consiste à se fixer un critère sur l’abscisse: si la valeur est supérieure au critère, on répond S; si elle est inférieure, on répond B. Si l’on connaît la forme des distributions, on peut déterminer où situer le critère de manière à obtenir le gain maximal. On peut voir intuitivement que, s’il est très coûteux de ne pas détecter un signal et pas trop coûteux de dire qu’il y avait un signal alors qu’il n’y en avait pas, il vaut mieux placer le critère assez bas, comme sur la figure 2. Un ensemble de résultats expérimentaux a montré que ce modèle fournit une assez bonne approximation du comportement des sujets quand on fait varier les coûts et les gains des deux types de réponses. Dans le cadre de ce modèle, on peut estimer la différence entre les moyennes des deux distributions (qui représente la différence d’intensité perçue) indépendamment des paramètres de la réponse.

Cette théorie fait intervenir explicitement l’évaluation d’un coût et d’un gain de la réponse, dont on peut supposer raisonnablement qu’elle intervient également dans les situations classiques de mesure de seuil, où il n’y a pas de pertes ni de gains objectifs.

Psychophysique et théorie de la mesure

La théorie de la mesure appliquée à la psychologie consiste à se demander à quelles conditions des données (telles que des comparaisons de grandeurs, des comparaisons de différences, etc.) peuvent être représentées par des nombres (appartenant à l’ensemble R), à une transformation (linéaire ou affine) près. Ces nombres constituent une représentation résumée mais fidèle des données initiales. Ainsi, l’on a demandé à un certain nombre de sujets de comparer 2 à 2 n objets en indiquant chaque fois leur préférence; on peut représenter ces choix par n valeurs numériques, à condition que les choix des sujets satisfassent certaines contraintes impliquées par le modèle mathématique que l’on utilise pour cette représentation.

De nombreuses recherches visent à élaborer des modèles précisant à quelles conditions des données non numériques peuvent être représentées par des valeurs numériques.

Dans cette perspective, on n’a pas besoin d’une mesure indépendante de ce qui sert de stimulus à ces choix et l’on serait, en vérité, bien en peine de le faire lorsqu’il s’agit de préférence ou d’attitudes. On a parlé de psychophysique subjective pour désigner cette orientation. Quelle que soit l’appellation, l’important est que la psychophysique devienne un cas particulier du problème de la mesure, un cas privilégié, certes – puisque l’on peut avoir une mesure indépendante du stimulus et ainsi étudier la relation entre l’échelle objective et l’échelle subjective –, mais non le cas unique. La possibilité d’une mesure subjective ne dépend pas, comme la psychophysique de Fechner peut le laisser penser, de l’existence d’une mesure objective.

L’histoire de la psychophysique, par les critiques qu’elle a suscitées, par les révolutions qu’elle a connues, est une source privilégiée pour qui veut étudier l’évolution d’une problématique fondamentale en psychologie, celle des conditions de possibilité de la mesure et des conditions expérimentales de sa réalisation.

• 1864; 1754 adj.; de psycho- et 1. physique

⇒PSYCHOPHYSIQUE, PSYCHO-PHYSIQUE, subst. fém. et adj.

1. Subst. fém. Synon. de psychophysiologie. La psychophysique de l'âme (GUÉRIN 1892).

2. Adj. Synon. de psychophysiologique. La parole est (...) un acte individuel de volonté et d'intelligence, dans lequel il convient de distinguer : 1 les combinaisons par lesquelles le sujet parlant utilise le code de la langue en vue d'exprimer sa pensée personnelle; 2 le mécanisme psycho-physique qui lui permet d'extérioriser ces combinaisons (SAUSS. 1916, p. 31). Une femme pleure de joie ou de douleur : réaction psychophysique (LIFAR, Traité chorégr., 1952, p. 150).

B.— [Sans trait d'union]

1. Subst. fém. Étude expérimentale, mesure des rapports entre les phénomènes physiques (en particulier les stimuli nerveux) et les réactions, les sensations qu'ils provoquent. Synon. sensorimétrie. La psychophysique (...) est une interprétation symbolique de la qualité en quantité, une évaluation plus ou moins grossière du nombre des sensations qui se pourraient intercaler entre deux sensations données (BERGSON, Essai donn. imm., 1889, p. 62). La psychophysique s'est surtout attachée à mesurer les seuils absolus de sensation (...) et les seuils différentiels (SILL. 1965).

2. Adj. Qui relève d'une telle étude expérimentale. Méthodes psychophysiques. La « loi psychophysique » est la formule par laquelle il [Fechner] pensait pouvoir résumer le résultat de ses expériences : « La sensation varie comme le logarithme de l'excitation » (LAL. 1968).

Prononc. et Orth. :[psikofizik]. Ac. 1935 : psycho-physique. Étymol. et Hist. A. Adj. 1. 1754 « relatif à la physique de l'intelligence animale » la constitution psychophysique des abeilles (BONNET, Cause[s sic!] prem., V, 8 ds LITTRÉ); 2. 1869 « qui a rapport à la physique de l'âme » (LITTRÉ); en partic. a) 1889 « qui concerne la correspondance entre les phénomènes psychologiques et les phénomènes du système nerveux » une formule psychophysique (BERGSON, op. cit., p. 51); b) 1920 loi psychophysique ou loi de Fechner (GOBLOT). B. Subst. 1. 1869 « physique de l'âme » (LITTRÉ); 2. 1889 « étude scientifique des rapports entre les faits physiques et psychiques » la psychophysique de Fechner (BERGSON, op. cit., p. 63). Comp. de l'élém. formant psycho- et de physique. Fréq. abs. littér. :44.

psychophysique [psikofizik] adj. et n. f.

ÉTYM. 1754, Bonnet; de psycho-, et physique.

❖

♦ Didactique.

1 Adj. Vx. Psychophysiologique. — N. f. (1875). Psychophysiologie.

2 (1864, Rev. des cours sc., t. I, p. 342; en all., 1860). N. f. Mod. Étude scientifique des rapports entre les faits physiques (stimuli) et les sensations qui en résultent.

3 Adj. (1875). || Méthodes psychophysiques. ⇒ Sensorimétrie.