Модель «стимул – реакция» - Stimulus–response model

В модель стимул-реакция является характеристикой статистическая единица (например, нейрон ). Модель позволяет прогнозировать количественный ответ на количественный стимул, например, управляемый исследователем. В психологии теория стимульного ответа касается форм классическое кондиционирование в котором стимул становится парным ответом в уме субъекта.^[1]

Сферы применения

Модели «стимул – реакция» применяются в международных отношениях,^[2] психология,^[3] оценка рисков,^[4] нейробиология,^[5]дизайн системы, вдохновленный нейронами,^[6]и многие другие области.

Фармакологический отношения доза-реакция представляют собой приложение моделей "стимул-реакция".

Математическая формулировка

Задача модели «стимул – реакция» - установить математическую функцию, описывающую соотношение ж между стимулом Икс и ожидаемое значение (или другое измерение местоположения) ответа Y:^[7]

${displaystyle E(Y)=f(x)}$

Обычное упрощение, предполагаемое для таких функций, является линейным, поэтому мы ожидаем увидеть такую ​​связь, как

${displaystyle E(Y)=alpha +eta x.}$

Статистическая теория за линейные модели была хорошо разработана более пятидесяти лет, и стандартная форма анализа, называемая линейная регрессия была разработана.

Функции ограниченного отклика

Поскольку многим типам реакции присущи физические ограничения (например, минимальное максимальное сокращение мышц), часто применимо использование ограниченной функции (например, логистическая функция ), чтобы смоделировать ответ. Точно так же функция линейного отклика может быть нереалистичной, поскольку она подразумевает произвольно большие отклики. Для двоичных зависимых переменных статистический анализ с помощью методов регрессии, таких как пробит модель или же логит модель или другие методы, такие как метод Спирмена-Карбера.^[8] Эмпирические модели, основанные на нелинейной регрессии, обычно предпочтительнее использования некоторого преобразования данных, которое линеаризует взаимосвязь «стимул-ответ».^[9]

Один пример логит-модели для вероятности ответа на реальный вход (стимул) ${displaystyle x}$, (${displaystyle xin mathbb {R} }$) является

${displaystyle p(x)={frac {1}{1+e^{-(eta _{0}+eta _{1}x)}}}}$

куда ${displaystyle eta _{0},eta _{1}}$ - параметры функции.

И наоборот, a Пробит модель будет иметь форму

${displaystyle p(x)=Phi (eta _{0}+eta _{1}x)}$

куда ${displaystyle Phi (x)}$ это кумулятивная функция распределения из нормальное распределение.

Уравнение Хилла

В биохимия и фармакология, то Уравнение Хилла относится к двум тесно связанным уравнениям, одно из которых описывает реакцию (физиологический результат системы, такой как сокращение мышц) на Препарат, средство, медикамент или же Токсин, в зависимости от концентрация.^[10] Уравнение Хилла важно при построении кривые доза-реакция. Уравнение Хилла представляет собой следующую формулу, где ${displaystyle E}$ величина отклика, ${displaystyle {ce {[A]}}}$ концентрация препарата (или, что то же самое, интенсивность стимула), ${displaystyle mathrm {EC} _{50}}$ - это концентрация препарата, при которой наблюдается полумаксимальный ответ, и ${displaystyle n}$ это Коэффициент Хилла.

${displaystyle {frac {E}{E_{mathrm {max} }}}={frac {1}{1+left({frac {mathrm {EC} _{50}}{[A]}}ight)^{n}}}}$^[10]

Обратите внимание, что уравнение Хилла преобразуется в логистическую функцию относительно логарифма дозы (аналогично модели логита).

Рекомендации

1. Бисконтини, Тайлер Дж. "Что такое теория стимула-реакции в психологии?".
2. Грег Кэшман (2000). «Международное взаимодействие: теория стимула – реакции и гонка вооружений». Что вызывает войну?: Введение в теории международного конфликта. Lexington Books. С. 160–192. ISBN  978-0-7391-0112-4.
3. Стивен П. Качмар и Кимберли Блэр (2007). «Консультирование на протяжении всей жизни». В Джоселин Грегуар и Кристин Юнгерс (ред.). Спутник советника: что нужно знать каждому начинающему советнику. Рутледж. п. 143. ISBN  978-0-8058-5684-2.
4. Уолтер В. Пигорш и А. Джон Бейлер (2005). «Количественная оценка рисков с использованием данных стимула – реакции». Анализ экологических данных. Джон Уайли и сыновья. С. 171–214. ISBN  978-0-470-84836-4.
5. Джеффри В. Хоффманн (1988). "Нейроны с гистерезисом?". В Родни Коттерилле (ред.). Компьютерное моделирование в науке о мозге. Издательство Кембриджского университета. С. 74–87. ISBN  978-0-521-34179-0.
6. Теодор Русь (1993). Системная методология для программного обеспечения. World Scientific. п. 12. ISBN  978-981-02-1254-4.
7. Мейер, А. Ф., Уильямсон, Р. С., Линден, Дж. Ф. и Сахани, М. (2017). Модели нейронных функций стимул-ответ: разработка, оценка и оценка. Границы системной нейробиологии, 10, 109.
8. Гамильтон, Массачусетс; Руссо, RC; Терстон, Р.В. (1977). «Обрезанный метод Спирмена-Карбера для оценки средних летальных концентраций в биопробах токсичности». Экологические науки и технологии. 11 (7): 714–9. Bibcode:1977EnST ... 11..714H. Дои:10.1021 / es60130a004.
9. Бейтс, Дуглас М .; Уоттс, Дональд Г. (1988). Нелинейный регрессионный анализ и его приложения. Wiley. п. 365. ISBN  9780471816430.
10. Нойбиг, Ричард Р. (2003). «Комитет Международного союза фармакологии по номенклатуре рецепторов и классификации лекарственных средств. XXXVIII. Обновление терминов и символов в количественной фармакологии» (PDF). Фармакологические обзоры. 55 (4): 597–606. Дои:10.1124 / пр.55.4.4. PMID  14657418. S2CID  1729572.

дальнейшее чтение

• Голландия, Питер С. (2008). «Когнитивная теория обучения в сравнении с теорией стимула-реакции». Обучение и поведение. 36 (3): 227–241. Дои:10,3758 / фунт 36,3,227. ЧВК  3065938. PMID  18683467.