Stimulus-responsmodell

Stimulus -responsmodellen är en karakterisering av en statistisk enhet (som en neuron ). Modellen tillåter förutsägelse av ett kvantitativt svar på en kvantitativ stimulans , till exempel en som administreras av en forskare. Inom psykologi handlar stimulusresponsteori om former av klassisk konditionering där ett stimulus blir ett parsvar i en individs sinne.

Användningsområden

Stimulus-responsmodeller används inom internationella relationer, psykologi , riskbedömning , neurovetenskap , neuralt inspirerad systemdesign och många andra områden.

Farmakologiska dosresponsförhållanden är en tillämpning av stimulus-responsmodeller.

Matematisk formulering

Syftet med en stimulus-responsmodell är att etablera en matematisk funktion som beskriver relationen f mellan stimulansen x och det förväntade värdet (eller annat mått på plats) för svaret Y :

\mathrm {E} (Y)=f(x)

En vanlig förenkling som antas för sådana funktioner är linjär, så vi förväntar oss att se ett samband liknande

\mathrm {E} (Y)=\alpha +\beta x.

Statistisk teori för linjära modeller har varit väl utvecklad i mer än femtio år, och en standardform av analys som kallas linjär regression har utvecklats.

Begränsade svarsfunktioner

Eftersom många typer av respons har inneboende fysiska begränsningar (t.ex. minimal maximal muskelkontraktion), är det ofta tillämpligt att använda en gränsad funktion (som den logistiska funktionen ) för att modellera responsen. På liknande sätt kan en linjär svarsfunktion vara orealistisk eftersom den skulle innebära godtyckligt stora svar. För binärt beroende variabler, statistisk analys med regressionsmetoder som probitmodellen eller logitmodellen eller andra metoder som Spearman–Kärber-metoden. Empiriska modeller baserade på olinjär regression är vanligtvis att föredra framför användningen av någon transformation av data som lineariserar stimulus-svarsförhållandet.

Ett exempel på en logitmodell för sannolikheten för ett svar på den verkliga ingången (stimulus) $x$ , ( ${\displaystyle x\in \mathbb {R} } )$ är

p(x)={\frac {1}{1+e^{-(\beta _{0}+\beta _{ 1}x)}}}

där $\beta _{0},\beta _{1}$ är parametrarna för funktionen.

Omvänt skulle en Probit-modell vara av formen

p(x)=\Phi (\beta _{0}+\beta _{1}x)

där $\Phi (x)$ är den kumulativa fördelningsfunktionen för normalfördelningen .

Hill ekvation

Inom biokemi och farmakologi hänvisar Hill -ekvationen till två närbesläktade ekvationer, varav en beskriver svaret (den fysiologiska effekten av systemet, såsom muskelsammandragning) på drog eller toxin , som en funktion av läkemedlets koncentration . Hill-ekvationen är viktig vid konstruktionen av dos-responskurvor . Hill-ekvationen är följande formel, där $E$ är storleken på svaret, ${\ce {[A]}}$ är läkemedelskoncentrationen (eller motsvarande stimulansintensitet), $\mathrm {EC} _{50}$ är läkemedelskoncentrationen som ger ett halvmaximalt svar och $n$ är Hill-koefficienten .

{\frac {E}{E_{\mathrm {max} }}}={\frac {1}{1+\left ({\frac {\mathrm {EC} _{50}}{[A]}}\right)^{n}}}

Observera att Hill-ekvationen omarrangeras till en logistisk funktion med avseende på dosens logaritm (liknande en logitmodell).

^ Biscontini, Tyler J. "Vad är stimulus-svar teorin i psykologi?" .
^ Greg Cashman (2000). "Internationell interaktion: Stimulus-responsteori och kapprustning" . Vad orsakar krig?: en introduktion till teorier om internationella konflikter . Lexington böcker. s. 160–192. ISBN 978-0-7391-0112-4 .
^ Stephen P. Kachmar och Kimberly Blair (2007). "Rådgivning under hela livslängden" . I Jocelyn Gregoire och Christin Jungers (red.). Rådgivarens följeslagare: Vad varje nybörjarrådgivare behöver veta . Routledge. sid. 143. ISBN 978-0-8058-5684-2 .
^ Walter W. Piegorsch och A. John Bailer (2005). "Kvantitativ riskbedömning med stimulus–svarsdata" . Analysera miljödata . John Wiley och söner. s. 171–214. ISBN 978-0-470-84836-4 .
^ Geoffrey W. Hoffmann (1988). "Neuroner med hysteres?" . I Rodney Cotterill (red.). Datorsimulering i hjärnvetenskap . Cambridge University Press. s. 74–87. ISBN 978-0-521-34179-0 .
^ Teodor Rus (1993). Systemmetodik för mjukvara . World Scientific. sid. 12. ISBN 978-981-02-1254-4 .
^ Meyer, AF, Williamson, RS, Linden, JF, & Sahani, M. (2017). Modeller av neuronala stimulus-responsfunktioner: utarbetande, uppskattning och utvärdering. Frontiers in systems neuroscience , 10, 109.
^ Hamilton MA; Russo, RC; Thurston, RV (1977). "Trimmad Spearman-Karber-metod för att uppskatta median dödliga koncentrationer i toxicitetsbioanalyser". Miljövetenskap och teknik . 11 (7): 714–9. Bibcode : 1977EnST...11..714H . doi : 10.1021/es60130a004 .
^ Bates, Douglas M.; Watts, Donald G. (1988). Icke-linjär regressionsanalys och dess tillämpningar . Wiley . sid. 365. ISBN 9780471816430 .
^ ^a ^b Neubig, Richard R. (2003). "International Union of Pharmacology Committee on Receptor Nomenclature and Drug Classification. XXXVIII. Uppdatering om termer och symboler i kvantitativ farmakologi" ( PDF) . Farmakologiska recensioner . 55 (4): 597–606. doi : 10.1124/pr.55.4.4 . PMID 14657418 . S2CID 1729572 .

Vidare läsning

Holland, Peter C. (2008). "Kognitiva kontra stimulus-respons teorier om lärande" . Lärande & beteende . 36 (3): 227–241. doi : 10.3758/lb.36.3.227 . PMC 3065938 . PMID 18683467 .

[1] Biscontini, Tyler J. "Vad är stimulus-svar teorin i psykologi?" .

[2] Greg Cashman (2000). "Internationell interaktion: Stimulus-responsteori och kapprustning" . Vad orsakar krig?: en introduktion till teorier om internationella konflikter . Lexington böcker. s. 160–192. ISBN 978-0-7391-0112-4 .

[3] Stephen P. Kachmar och Kimberly Blair (2007). "Rådgivning under hela livslängden" . I Jocelyn Gregoire och Christin Jungers (red.). Rådgivarens följeslagare: Vad varje nybörjarrådgivare behöver veta . Routledge. sid. 143. ISBN 978-0-8058-5684-2 .

[4] Walter W. Piegorsch och A. John Bailer (2005). "Kvantitativ riskbedömning med stimulus–svarsdata" . Analysera miljödata . John Wiley och söner. s. 171–214. ISBN 978-0-470-84836-4 .

[5] Geoffrey W. Hoffmann (1988). "Neuroner med hysteres?" . I Rodney Cotterill (red.). Datorsimulering i hjärnvetenskap . Cambridge University Press. s. 74–87. ISBN 978-0-521-34179-0 .

[6] Teodor Rus (1993). Systemmetodik för mjukvara . World Scientific. sid. 12. ISBN 978-981-02-1254-4 .

[meyeretal2017-7] Meyer, AF, Williamson, RS, Linden, JF, & Sahani, M. (2017). Modeller av neuronala stimulus-responsfunktioner: utarbetande, uppskattning och utvärdering. Frontiers in systems neuroscience , 10, 109.

[HamiltonRusso1977-8] Hamilton MA; Russo, RC; Thurston, RV (1977). "Trimmad Spearman-Karber-metod för att uppskatta median dödliga koncentrationer i toxicitetsbioanalyser". Miljövetenskap och teknik . 11 (7): 714–9. Bibcode : 1977EnST...11..714H . doi : 10.1021/es60130a004 .

[BatesWatts1988-9] Bates, Douglas M.; Watts, Donald G. (1988). Icke-linjär regressionsanalys och dess tillämpningar . Wiley . sid. 365. ISBN 9780471816430 .

[Terms-10] Neubig, Richard R. (2003). "International Union of Pharmacology Committee on Receptor Nomenclature and Drug Classification. XXXVIII. Uppdatering om termer och symboler i kvantitativ farmakologi" ( PDF) . Farmakologiska recensioner . 55 (4): 597–606. doi : 10.1124/pr.55.4.4 . PMID 14657418 . S2CID 1729572 .