Automatische Verfahren zur Bestimmung der Hörschwelle
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Automatische Verfahren zur Bestimmung der Hörschwelle
Christian KaernbachInstitut für Allgemeine Psychologie
Universität Leipzig
klassische Audiometrie
• bewährtes Diagnostikon• preiswert, unaufwendig• flexibel einsetzbar, auch bei Patienten
mit Kommunikationsproblemen und motorischen Störungen
• Versuchsleitereffekte, Kriterienproblem
Versuchsleitereffekte
• bewährtes Diagnostikon• preiswert, unaufwendig• flexibel einsetzbar, auch bei Patienten
mit Kommunikationsproblemen und motorischen Störungen
• Versuchsleitereffekte, Kriterienproblem
• Der „kluge Hans“ bei einer VorführungDer Besitzer, Wilhelm von Osten war fest von der Leistung des Pferdes überzeugt.
• Oskar Pfungst löste 1907 das Rätsel:das Pferd reagierte auf unwillentlich gegebene nonverbale Signale
Kriterienproblem
• bewährtes Diagnostikon• preiswert, unaufwendig• flexibel einsetzbar, auch bei Patienten
mit Kommunikationsproblemen und motorischen Störungen
• Versuchsleitereffekte, Kriterienproblem
0
1
0 1p(Ja|Rauschen)
p(Ja
|Sig
nal)• Bei Ja/Nein-Aufgaben ist die Wahr-
scheinlichkeit für die Antwort „Ja“ vom Kriterium abhängig
Automatische VerfahrenGustav Theodor Fechner (1801-1887)
3 Verfahren zur Schwellenmessung (1860)– Herstellungsverfahren– Konstanzverfahren– Grenzverfahren
Signal-stärke
Wahrnehm-barkeit
20 Versuche20 Versuche20 Versuche20 Versuche
20 Versuche20 Versuche
10 Versuche20 Versuche30 Versuche30 Versuche20 Versuche10 Versuche
Zeit
++++
++++
++++
++++
++
++
++
Georg von Békésy (1899-1972)– simple up-down (1946) erstes adaptives Verfahren
p(+) = 50%
++++
++++
++
++++
++++
++
++
++
100%
0%
Kriterienfreie Verfahren
• Problem mit Ja/Nein-Aufgaben: (Békésy, Herstellung, manuell, z.T. auch Konstanz- und Grenzverfahren)Kriterium für Antwort „Ja“ variabel
„kriterienfreie“ Aufgabenz.B. 2IFC (2-Intervals Forced-Choice, Paarvergleich)
Treffer: 50% (Zufall) – 100% (perfekt)
2AFC: „kurzer oder langer Ton?“(2-Alternatives Forced-Choice)
Kriterienfreie adaptive VerfahrenGustav Theodor Fechner (1801-1887)
3 Verfahren zur Schwellenmessung (1860)– Herstellungsverfahren– Konstanzverfahren– Grenzverfahren
Signal-stärke
Wahrnehm-barkeit
Zeit
Georg von Békésy (1899-1972)– simple up-down (1946) erstes adaptives Verfahren
p(+) = 50%
Lösbarkeit(Paarvergleich)
p(+) = 75%
100%
0%50%
p(+) = 71%++ ++ ++ ++ ++++2-down 1-up, 2-step
p(+) = 79%++ ++ ++ ++++++3-down 1-up, 3-step
– weighted up-down (Kaernbach, 1991)
Verfahren für forced-choice Aufgaben– parameter estimation by sequential testing (Taylor, 1967)– maximum likelihood Methoden– transformed up-down (Levitt, 1971)
++++
++++
++++
++
++++
??
++++
++
++++
????
++++
Verfahren für forced-choice Aufgaben
– unforced weighted up-down (Kaernbach, 2001)
? timeout
weighted up-downunforced weighted up-down
Kriterienfreie adaptive Verfahrensimple up-down
richtig: ???: falsch:
Ja/Nein-Aufgaben: Paarvergleiche:
ja: nein: richtig: falsch:
0
2
4
6
8
0 10 20 30 40 50Versuche pro Schwelle
Stre
ung
[dB
]
SUDWUDuWUD
0
2
4
6
8
0 10 20 30 40 50Versuche pro Schwelle
Stre
ung
[dB
]
0
2
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0 10 20 30 40 50Versuche pro Schwelle
Stre
ung
[dB
]
0
2
4
0 10 20 30 40 50Versuche pro Schwelle
Stre
ung
[dB
]6 Versuchspersonen
4 VPn (2+2)nach Training
3 „gute“
3 „schlechte“
weighted up-downunforced weighted up-down
Kriterienfreie adaptive Verfahrensimple up-down
richtig: ???: falsch:
Ja/Nein-Aufgaben: Paarvergleiche:
ja: nein: richtig: falsch:
Wiederholte Schwellenmessungen mit Versuchspersonen:
• simple up-down ist nicht reliabel. Bestenfalls geeignet für trainierte/begabte VPn.
• Beide weighted up-down Verfahren sind reliabel.
• unforced weighted up-down ist etwas genauer, und deutlich komfortabler als (forced) weighted up-down.
• Der Vorteil (Genauigkeit, Komfort)von unforced weighted up-down ist besonders deutlich bei untrainierten VPn.
Vergleich verschiedener Methoden
• manuelle Audiometrie– 2 stud. Versuchsleiter, je 1 Woche Instruktion BWK Leipzig
• autom. Grenzverfahren– wie implementiert im von Auritec gestellten Audiometer
• unforced weighted up-down– 2 Alternativen: kurzer oder langer Ton?– mit Heuristiken
WS 98/99: 88 Studenten absolvieren in 6 Wochen je 6 Audiogramme (3 Methoden je 2-mal).(1 Audiogramm = 14 Meßwerte)
Vergleich verschiedener Methoden
• manuelle Audiometrie
• autom. Grenzverfahren
• unforced weighted up-down
WS 98/99: 88 Studenten absolvieren in 6 Wochen je 6 Audiogramme (3 Methoden je 2-mal).(1 Audiogramm = 14 Meßwerte)
5.88
5.97
5.25
Fehler[dB]
Abbrüchevon 176
Dauer[min]
0
22
2
5
5
12+3
Zeit - Fehler - AusgleichWS 99/00
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 5 10 15 20 25
Zeit [Minuten}
Fehl
er [d
B]
mit Heuristikohne Heuristik
• Automatische adaptive Verfahren sind geeignet, zuverlässig Audiogramme zu ermitteln. Heuristiken können dabei unplausible Meßwerte detektieren.
Schlußfolgerungen
weitere Arbeiten• Heuristiken optimieren• Zeitaufwand reduzieren < 10 min• Test mit Patienten
• Vorteile: kriterienfrei unabhängig vom Versuchsleiterspart Versuchsleiterzeit
• Nachteil: erhöhter Zeitaufwand für Patienten
Dank
• Raphael Hüfner• Susanne Lamm• Frank Neutzler• Thomas Rigotti
• Auritec Hamburg GmbH