Umbral absoluto

En neurociencia y psicofísica , el 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 un estímulo se detectará un porcentaje específico (a menudo el 50%) del tiempo. ^{[ 1 ]} El umbral absoluto puede verse influenciado por diversos factores, como las motivaciones y expectativas del sujeto, los procesos cognitivos y si el sujeto está adaptado al estímulo. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

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. ^{[ 2 ]}

Un experimento histórico de 1942 realizado por Hecht , Shlaer y Pirenne evaluó el umbral absoluto de la visión. Intentaron medir el número mínimo de fotones que el ojo humano puede detectar el 60% del tiempo, utilizando los siguientes controles: ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

1. Adaptación a la oscuridad: los participantes fueron sometidos a un proceso de adaptación completa a la oscuridad (que duró cuarenta minutos) para optimizar su sensibilidad visual.
2. Ubicación: el estímulo se presentó en un área del ojo derecho con alta densidad de bastones , a 20 grados a la izquierda del punto focal (es decir, a 20 grados a la derecha de la fóvea ). Aproximadamente a esta excentricidad (unos 20 grados) se encuentra la mayor densidad de bastones en toda la retina . Sin embargo, la ubicación correspondiente en la retina derecha, a 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 artículo de investigación original, esto garantizaba que el estímulo luminoso incidiera únicamente en las células fotorreceptoras conectadas a la misma fibra nerviosa (esto se denomina área de sumación espacial ).
4. Longitud de onda: la longitud de onda del estímulo coincidió con la sensibilidad máxima de las células fotorreceptoras (510  nm).
5. Duración del estímulo: 0,001 segundos (1 ms).

Los investigadores descubrieron que la emisión de tan solo 5 a 14 fotones podía provocar percepción visual. Sin embargo, solo alrededor de la mitad de estos fotones llegaban a 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 entre 5 y 14 de los aproximadamente 500 bastones en el área de prueba absorberían un fotón cada uno, con una probabilidad del 4 % de que un bastón 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 en lugar de concentrarse en un punto de la retina en un breve destello. 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 retiniana (~0,00002 Trolands ). Al incluir estimaciones de la probabilidad de que un fotón promedio sea absorbido por una célula bastón promedio, la estimulación umbral para los bastones es aproximadamente una absorción de fotón por segundo por cada 5000 bastones. ^{[ 7 ]}

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 (una fuente de aproximadamente 45 grados de ancho, vista por el sujeto) y un tiempo de observación y decisión prolongado (5 segundos), el ojo humano podía 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 luz blanca, la sensibilidad absoluta encontrada fue de 5,9 × 10⁻¹⁴ ^vatios / estereorradián-cm² ^. Esta sensibilidad base variaba solo alrededor de 0,03 pasos logarítmicos entre la visión monocular (de un ojo) o binocular (de dos ojos). ^{[ 8 ]}

En 1972, Sakitt realizó un experimento que combinaba elementos de detección de señales y teoría del umbral. Dos elementos clave del estudio fueron una alta tolerancia a los falsos positivos y una opción de elección 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 al alza. Basándose en el análisis estadístico de un gran número de ensayos, 6 fotones absorbidos cada uno por una varilla parecían casi simultáneamente "muy brillantes", 5 fotones parecían "brillantes", 4 fotones "una luz moderada", 3 fotones "una luz tenue". Dos observadores pudieron ver 2 fotones como " ligeramente dudosos si se veía una luz". Un observador vio un solo fotón como " muy dudoso si se veía una luz". Cero fotones se vieron como "no se vio nada". ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}

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 la presencia de ningún otro sonido. El umbral absoluto se relaciona con el sonido que el organismo puede oír. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Un ejemplo de umbral absoluto de audición sería oír el tictac de un reloj a veinte pies (seis metros) de distancia de un sujeto en una habitación silenciosa. ^{[ 14 ]} El umbral de audición generalmente se informa como la presión sonora RMS de 20 μPa (micropascales) = 2×10 ⁻⁵ pascal (Pa). Es aproximadamente el sonido más bajo que un ser humano joven con audición intacta puede detectar a 1000 Hz . ^{[ 15 ]} 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. ^{[ 15 ]} Los 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 a como lo hacen a un nombre aleatorio. ^{[ 16 ]}  

El umbral de detección de olores es la concentración más baja de un compuesto odorífero determinado que puede ser percibida 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 . ^{[ 17 ]} Los mecanismos olfativos responsables del umbral de detección de cada compuesto no se comprenden del todo; por lo tanto, estos umbrales aún no pueden predecirse con precisión. En cambio, deben medirse mediante pruebas exhaustivas con sujetos humanos en entornos de laboratorio. ^{[ 18 ]}

El umbral absoluto de sensibilidad al tacto es el roce del ala de una abeja 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).

Con la edad, el umbral absoluto de sensibilidad táctil 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. ^{[ 19 ]} Sin embargo, también parece variar de persona a persona. Incluso los individuos experimentan variaciones a largo plazo en su propio umbral absoluto de sensibilidad táctil. Esto podría afectar la forma en que los profesionales médicos evalúan los trastornos sensoriales. ^{[ 20 ]}

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 mediante la aplicación de una  sonda de 2 mm de diámetro en la yema del dedo del participante. Lindblom descubrió que, en promedio, existía una diferencia del 27 % en el nivel de umbral entre pulsos mecánicos lentos y rápidos en la yema del dedo del participante. ^{[ 21 ]} El umbral para pulsos rápidos fue de 5  μm y de 80  μm para pulsos lentos. El estudio de Lindblom demuestra que los humanos son más sensibles a la estimulación rápida que a la lenta, al menos en lo que respecta al tacto.

En 1999, JA Stillman, RP Morton y D. Goldsmith realizaron un estudio para evaluar el umbral absoluto del gusto y encontraron que las pruebas automatizadas del gusto eran tan fiables como las pruebas tradicionales. Además, hallaron una significación estadística de que el lado derecho de la lengua tenía un umbral absoluto menor que el lado izquierdo. Este hallazgo sugiere la posibilidad de que el hemisferio derecho del cerebro procese mejor los estímulos gustativos que el izquierdo. ^{[ 22 ]} La privación de calorías durante un corto período de tiempo aumenta la sensibilidad y disminuye el umbral absoluto para los alimentos dulces y salados. ^{[ 23 ]} Otros factores, como el embarazo y el tabaquismo, pueden influir en la sensibilidad del gusto. ^{[ 24 ] [ 25 ]}

Algunas personas tienen un umbral absoluto anormalmente alto o bajo para uno o más sentidos, lo que interfiere con su calidad de vida. Tienden a evitar la estimulación, a buscarla o, simplemente, a no percibirla. Esto puede diagnosticarse como un trastorno del procesamiento sensorial, también conocido como disfunción de la integración sensorial, que es común en personas con autismo. ^{[ 26 ]}

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