신호탐지이론

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신호탐지이론에 따른 가상적 분포

신호탐지이론(信號探知理論), Signal detection theory, SDT) 혹은 탐지이론(Detection theory)은 신호의 탐지가 신호에 대한 관찰자의 민감도와 관찰자의 반응 기준에 달려 있다는 이론이다. 이 이론은 신호(Signal)와 노이즈(Noise)를 구분하는 데 관련된 능력을 측정하는 수단으로 이용할 수 있다. 경험, 기대치, 심리학적 상태 (예: 피로도) 등에 따라 신호와 노이즈를 구분하는 식역 레벨의 단계가 결정된다. 예를 들어 전시의 보초병은 평상시 보다 더 작은 자극에도 민감하게 반응할 것이다. 왜냐하면 이러한 자극에 대한 기대치와 심리적 긴장 상태가 높기 때문이다.

신호탐지이론의 초기 연구는 레이더 연구자에 의해 이루어졌다. 1954년에는 윌슨 태너와 존 스웨츠에 의해 심리학적 이론으로 처음 제시되었다.

신호탐지이론은 품질관리, 통신이론, 의학진단과 심리학 분야에서 다양하게 활용되고 있다.

심리학 관련[편집]

신호탐지이론은 심리학에서는 어떤 불확실한 상황에서 결정을 내리는 방법을 연구하는 데 쓰이고 있다. 이 이론에서는 신호를 탐지하는 관찰자는 수동적으로 정보를 받는 것이 아니라 불분명한 상황 아래에서 어려운 지각 결정을 해내는 능동적인 역할을 한다. 예를 들어 안개가 낀 상황에서 어떤 물체를 멀리 떨어뜨려 놓으면 시각적 자극은 안개에 방해를 받게 되고 안개가 물체의 밝기를 가리게 되면 사람은 실제 그 물체가 떨어진 거리보다 더 멀게 인지하게 된다.

이러한 신호탐지이론을 응용하여 존재하는지 아닌지를 결정하기 위한 선택지의 집합을 만들어 보면 관찰자는 다음의 4가지 중 하나를 결정하게 된다.

반응 없음 반응 있음
신호 있음 누락 적중
신호 없음 정기각 오경보

각기 선택되는 선택지에 대한 통계학적 분석을 통해 신호에 대한 민감도와 반응에 걸려진 편향을 측정할 수 있다. 만약 20회의 신호가 제시되었고 5회 적중하고 15회의 탈루(Miss) 가 있었다면, P(적중) = 5/20 = 0.25이다.

이러한 탐지과제에서 정보처리의 두 가지 단계가 있다:

  1. 신호를 관찰하는 가운데 감각정보가 쌓인다.
  2. 신호가 있는지 없는지에 대한 결정을 한다.

이 이론에 따르면 관찰하는 신호의 자극은 뇌에서의 신경활동을 발생시킨다. 따라서 신호가 없는 경우보다 신호가 있는경우에 평균적으로 뇌에 좀 더 많은 감각증거 또는 신경증거가 있게 된다. 만일 충분한 신경활동이 있어서 신경증거()가 역치(Threshold)를 넘으면 관찰자는 '있음'으로 결정하고 만일 넘지 못한다면 '없음'으로 결정한다. 때로는 환경 속의 무작위 변동성과 관찰자 자신의 감각 채널과 뇌안의 신경 노이즈로부터 무작위 변동성이 나타나 그 결과로 신경증거()가 역치를 넘을 수 있다. 보통 신호와 노이즈사이의 강도 차이가 작을수록 오류확률이 증가하는데 이는 무작위성으로 인한 신경증거()의 변동량이 신호에 내재된 에너지의 양에 비해 상대적으로 증가하기 때문이다.

최적성: 보수 대 모험[편집]

어떤 경우든 탐지과제를 수행하는 데 관찰자는 편향을 가지고 있다. 때에 따라 '보수'적이라 '없음'이라고 답하여 오경보가 적은 대신 탈루가 많은 경우가 있고 '모험'적이라서 잘 탐지하여 '있음'이라고 답하지만 오경보가 많을 수 있다. 보수적인 것이 좋을지 모험적인 것이 좋을지는 때와 상황에 따라 다르며 이는 결정기준 를 어디에 두는가에 달려 있다. β는 에서 신호와 노이즈가 만들어낸 신경활동의 비율이다.

β =

β값이 1보다 큰 경우 '있음' 반응이 적어지고, 따라서 적중되는 경우와 오경보도 적어진다. β가 1보다 작아진 경우에는 '있음' 반응이 많아지면서 적중과 오경보가 같이 많아진다.

민감도[편집]

노이즈로부터 신호를 잘 구분하지 못하면 신호를 놓치게 된다. 신호탐지론에서 민감도 측정치는 이라고 하며 표준편차의 단위로 나타내는 신호분포와 노이즈분포의 각 분포 평균이 떨어진 정도에 대응된다.

의학진단[편집]

의학진단에서 신호탐지론은 많이 응용되고 있다. 질병이 환자에게 있거나 없는 경우 의사는 이에 대하여 "있음","없음"을 판단하는 진단을 결정해야만 하기 때문이다. 특히 인간생명에 관련된 결정을 해야하기 때문에 각 의사 간의 수행의 질을 비교하는 능력과 민감도와 편향에 따른 교정행동을 할 것인지에 대한 도구를 제공할 수 있어 유용하다.

같이 보기[편집]

참고 서적[편집]

  • 공업심리학 크리스토퍼 위킨스, 저스틴 호랜즈 지음, 곽호완외 4인 옮김, 시그마프레스