精神物理学（Psychophysics）

精神物理学（Psychophysics）とは、刺激の物理的な強さと、それによって生じる感覚の強さとの量的な関係を調べる学問です。「心は測れるのか」という問いに実験で答えようとした、実験心理学の出発点の一つとされます。

精神物理学の定義と、物理の目盛り（刺激の強さ）がもと・10倍・100倍とかけ算で増えても、心の目盛り（感覚の強さ）は1目盛り・2目盛りとたし算でしか増えないこと（S＝k log R、フェヒナーの法則）を示した図、3つのポイント（感覚の境目「閾」を測る、法則で物理と心の目盛りをつなぐ、実験心理学の出発点の一つ）をまとめた図 — ひと目でわかる精神物理学

簡単な説明

暗い部屋でスマホの画面を少し明るくすると、すぐにわかります。でも昼の屋外で同じだけ明るくしても、ほとんど気づきません。光の量（物理）は同じだけ増えたのに、感じ方（心理）は違うのです。

精神物理学は、このような「物理の目盛り」と「心の目盛り」の対応を、実験と数式で調べます。「どれくらい弱い音なら聞こえるか」「どれくらい重さが違えば気づくか」といった感覚の境目を測ります。

由来

精神物理学を打ち立てたのは、ドイツのライプツィヒで研究したGustav Theodor Fechner（1801〜1887）です。1860年の2巻本『精神物理学要綱（Elemente der Psychophysik）』で、心と物の関係を正確な法則で表そうとしました。

土台になったのは、Fechnerが講義を聴いた生理学者Ernst Heinrich Weberの「違いへの気づきやすさは差の量ではなく割合で決まる」という発見です。この流れは、1879年のライプツィヒでの心理学実験室の誕生へとつながります（→ 実験心理学の誕生）。

具体的な説明

2つの閾（いき）：絶対閾と弁別閾

基本になる考え方が閾（threshold）、つまり感覚の「境目」です。

用語	意味	例
絶対閾（刺激閾、absolute threshold）	刺激があることに気づける最小の強さ	静かな部屋で、かすかな音が聞こえるかどうかの境目
弁別閾（丁度可知差異、JND：just noticeable difference）	2つの刺激の違いに気づける最小の差	100gと何gのおもりなら「重さが違う」とわかるか

同じ強さでも、気づくときと気づかないときがあります。そのため実際には、試行の50％で「わかった」と答える強さを絶対閾とすることが多いです。

ウェーバーの法則からフェヒナーの法則へ

ウェーバーの法則は、弁別閾（ΔI）が基準の刺激の強さ（I）に比例し、ΔI／I＝一定になるという法則です（くわしくは「ウェーバーの法則」）。

Fechnerはここから一歩進みました。教科書では、「弁別閾1つ分は、感覚の上ではいつも同じ1目盛り」とみなして目盛りを積み上げた、と説明されます。すると、感覚の大きさは刺激の強さの対数に比例するという式になります。これがフェヒナーの法則です。

S＝k log R（S：感覚の大きさ、R：刺激の強さ、k：感覚ごとの定数）

刺激が10倍、100倍とかけ算で増えても、感覚は1目盛り、2目盛りとたし算でしか増えません。ウェーバーは「違いに気づく境目」、フェヒナーは「感じる大きさ」の法則です。式の取り違えは定番のひっかけです。

3つの測定法（精神物理学的測定法）

閾を測るために、Fechnerは『精神物理学要綱』で3つの測定法を整えました。誰が刺激を動かすかと順番が読めるかに注目すると区別できます。

閾を測る3つの測定法を比較した図。極限法は実験者が刺激を順に上げ下げし（上昇系列・下降系列）、恒常法より効率がよいが慣れの誤差・期待の誤差が入りやすい。調整法は参加者自身が刺激を動かして合わせ、最も手軽で早い。恒常法は実験者が決めた数段階の刺激をランダムな順序で示し、最も信頼できる推定値が得られるが時間と手間がかかる — 3つの測定法：極限法・調整法・恒常法のちがい（誰が刺激を動かすか、順番が読めるか）

方法	手続き	長所と短所
極限法（method of limits）	実験者が刺激を少しずつ強くする上昇系列と弱くする下降系列をくり返し、答えが切り替わる点を平均する	2回目以降の系列では閾から遠い刺激を省けるので、恒常法より効率がよい。一方、次の刺激が予測できるため、慣れの誤差や期待の誤差が入りやすい
調整法（method of adjustment／平均誤差法）	参加者自身が刺激を動かし、「ちょうど見える」「基準と同じ」に合わせる。その値を平均する	閾を求める方法として、最も手軽で早いとされる
恒常法（method of constant stimuli）	決めておいた数段階の刺激をランダムな順序でくり返し示し、各段階の「わかった」の割合を求める	次の刺激が予測できないので慣れや期待の誤差が入りにくく、最も信頼できる推定値が得られるとされる。一方、試行数が多く、時間と手間がかかる

恒常法の結果を、横軸に刺激の強さ、縦軸に「わかった」の割合をとって描くと、S字型の曲線（精神測定関数、psychometric function）になります。曲線が50％を通る点が、絶対閾の推定値です。

スティーヴンスのべき法則

Fechnerは閾を積み上げて、感覚を間接的に測りました。これに対しStanley Smith Stevensは、感覚の大きさを参加者に直接数で答えてもらう方法を用いました。これがマグニチュード推定法（magnitude estimation）です。基準の刺激を「10」とし、「2倍に感じたら20」のように答えてもらいます。

その結果、感覚の大きさは刺激の強さのべき乗に比例するとまとめられました（ψ＝kφⁿ、Stevens, 1957）。指数nは感覚ごとに違い、1より小さい感覚（強くしても感じ方はゆるやかにしか増えない）も、1より大きい感覚（少し強くなるだけで急に強く感じる）もあります。

信号検出理論

信号検出理論（signal detection theory）は、「気づいたかどうか」を、感覚の鋭さ（感度 d′）と、どのくらい確信すれば「ある」と答えるかという判断基準に分けて考える理論です（Tanner & Swets, 1954）。答えは次の4つに分けます。

	「ある」と答えた	「ない」と答えた
信号あり	ヒット	ミス
信号なし	誤警報（フォールス・アラーム）	正棄却

判断基準をゆるめて「ある」と答えやすくすると、ヒットは増えますが、誤警報も増えます。このとき感度そのものは変わっていません。

実験や観察の方法と結論

弁別閾を恒常法で測る手順の例です（数値は説明用）。

方法：100gの標準刺激と、92g〜108gの数段階の比較刺激を用意します。参加者は2つを持ち上げ、「比較刺激のほうが重いか」を答えます。比較刺激はランダムな順序でくり返します。

結論：比較刺激が重くなるほど「重い」と答える割合は増え、S字型の精神測定関数になります。「重い」が50％になる点は、標準刺激と同じ重さに感じる点（主観的等価点、PSE）です。曲線の傾きからは弁別閾を推定します。曲線が急なほど、少しの差で答えが変わるので、弁別閾は小さい（敏感）ということです。

例文

「暗い部屋だとスマホの明るさの変化にすぐ気づくのは、弁別閾が基準の明るさによって変わるからです。」

「慣れや期待の誤差を減らすため、極限法ではなく恒常法で絶対閾を測定しました。」

疑問

Q: 「精神」とつきますが、精神医学と関係があるのですか？

A: 直接の関係はありません。ここでの「精神」は、こころの側の量、つまり感覚の大きさのことです。実験心理学の一分野です。

Q: フェヒナーの法則とスティーヴンスのべき法則は、どちらが正しいのですか？

A: どちらか一方が完全に正しい、とは言いきれません。2つは測り方の違い（間接と直接）から生まれた法則です。試験では、フェヒナー＝対数、スティーヴンス＝べき乗・マグニチュード推定法、という組み合わせを押さえましょう。

Q: 絶対閾は、その人ごとにいつも決まった値なのですか？

A: いいえ。同じ人でも、注意や「見落としたくない」という気持ちで答えは変わります。信号検出理論は、この変動を感度と判断基準に分けて考えます。

理解度を確認する問題

問題1. 実験者が音を少しずつ強くして「聞こえる」に変わる点と、少しずつ弱くして「聞こえない」に変わる点を記録し、くり返して平均した。この測定法と、その問題点の組み合わせとして、最も適切なものはどれか。

A. 恒常法 ― 試行数が多く、時間がかかる
B. 極限法 ― 慣れの誤差や期待の誤差が入りやすい
C. 調整法 ― 慣れの誤差や期待の誤差が入りやすい
D. 極限法 ― 刺激がランダムなので結果が安定しない

正解：B 実験者が刺激を順に上げ下げしているので極限法です。次の刺激が予測できるため、同じ答えを続けてしまう慣れの誤差や、そろそろ変わると先回りする期待の誤差が入りやすくなります。Aの恒常法は刺激をランダムに示す方法、Cの調整法は参加者自身が刺激を動かす方法で、手続きが合いません。Dはまぎらわしいですが、極限法の刺激は順番どおりで、ランダムではありません。

問題2. 精神物理学の法則に関する説明として、最も適切なものはどれか。

A. ウェーバーの法則は、感覚の大きさが刺激の強さの対数に比例することを示した
B. フェヒナーの法則は、弁別閾1つ分を感覚の等しい単位とみなすことで導かれた
C. スティーヴンスのべき法則では、指数はすべての感覚で1より小さい
D. スティーヴンスは、極限法を用いて感覚の大きさを間接的に測定した

正解：B Fechnerは弁別閾を感覚の「1目盛り」とみなして積み上げ、対数の法則を導いたと説明されます。Aは誤りで、対数で表したのはフェヒナーの法則です。ウェーバーの法則は「弁別閾÷基準の強さ＝一定」です。Cは誤りで、指数は感覚ごとに違い、1より大きい感覚もあります。Dは誤りで、スティーヴンスはマグニチュード推定法で感覚を直接数で答えてもらいました。

問題3. 手荷物検査員が見落としを恐れ、少しでも怪しければ「ある」と答えるようにした。見分ける力は変わらないとき、信号検出理論で予測される変化として、最も適切なものはどれか。

A. 感度（d′）が高くなる
B. ヒットが増え、誤警報も増える
C. ミスも誤警報も減る
D. 正棄却が増える

正解：B 変わったのは判断基準（ゆるめた）だけです。「ある」と答えやすくなるのでヒットも誤警報も増えます。Aは誤りで、見分ける力（感度）は変わらないという設定です。Cはまぎらわしいですが誤りで、ミスは減っても誤警報は増えます。基準を動かすだけでは両方は減りません。Dは誤りで、正棄却は減ります。