Comme le mentionne un étude publiée dans Nature Neuroscience, ll y a environ 200 ans, le médecin allemand Ernst Heinrich Weber a fait une observation apparemment anodine qui a conduit à la naissance de la discipline de la psychophysique, la science relatant les stimuli physiques dans le monde et les sensations qu'ils évoquent dans l'esprit d'un sujet. Ce dernier a demandé aux sujets de dire lequel de deux poids légèrement différents était plus lourd. À partir de ces expériences, il a découvert que la probabilité qu’un sujet fasse le bon choix dépend uniquement du rapport entre les poids.
Ses observations ont depuis été généralisées à toutes les modalités sensorielles chez de nombreuses espèces animales, conduisant à ce que nous appelons maintenant la loi de Weber. C'est la loi la plus ancienne et la plus fermement établie en psychophysique. Les lois psychophysiques décrivent des règles de perception précises et sont importantes car elles peuvent être utilisées pour obtenir des explications mathématiques du comportement en termes de processus cérébraux
Or, comme le soulignent les chercheurs, de nombreuses explications à la loi de Weber ont été proposées au fil des ans. Bien qu'ils puissent tous rendre compte des conclusions de Weber, aucun test expérimental n'a été trouvé pour identifier quel modèle était correct. Ainsi, l'énigme d'une explication mathématique de la loi de Weber est restée ouverte
Les chercheurs ont découvert que la loi de Weber peut être décrite comme la conséquence d'une nouvelle règle psychophysique impliquant le temps nécessaire pour faire un choix, et pas seulement le résultat de la décision. Ces derniers révèlent que cette nouvelle règle est suffisante pour dériver un modèle mathématique unique et précis décrivant le processus cognitif sous-jacent à la loi de Weber.
Les chercheurs ont entraîné des rats à distinguer deux sons d'intensités légèrement différentes. Ils ont construit de minuscules écouteurs spécialement adaptés aux têtes de rats et les ont utilisés pour délivrer des sons simultanément aux deux oreilles.
Dans chaque essai, le son émis par l’un des deux haut-parleurs serait légèrement plus fort et la tâche du rat consistait à indiquer quel haut-parleur jouait le son le plus fort en s’orientant vers le côté correspondant. Les rats pouvaient ressentir le son aussi longtemps qu'ils en avaient besoin pour se décider. Ainsi, chaque tentative fournissait un choix et un moment de décision.
Selon les chercheurs, leurs expériences ont confirmé que le comportement des animaux était conforme à la loi de Weber. Leur capacité à déterminer lequel des deux sons était le plus fort dépendait uniquement du rapport entre les intensités des sons. Si le rat devait comparer les intensités de deux sons joués doucement, sa précision était aussi bonne que celle d'une paire de sons qui ont été joués fort, tant que les deux paires ont le même rapport d'intensité
Les chercheurs ont en fait découvert une nouvelle loi psychophysique, qu’ils appelllent «l’équivalence temps-intensité de la discrimination» (time-intensity equivalence in discrimination, TIED), car elle relie l’intensité globale d’une paire de sons et le temps qu’il a fallu pour les discriminer. La TIED est plus stricte que la loi de Weber, car elle lie non seulement la préc
Pour déterminer si le TIED se trouvait également dans des conditions différentes, les chercheurs ont mené le même type d'expérience avec des sujets humains, obtenant des résultats similaires. Ils ont également analysé des expériences effectuées par d'autres chez des rats qui effectuent des discriminations olfactives de mélanges d'odeurs, toujours avec le même résultat. Selon les chercheurs, il est encore trop tôt pour dire si le TIED est aussi général que la loi de Weber, mais le fait qu'ils aient obtenu les mêmes résultats chez deux espèces et à travers deux modalités sensorielles est un premier pas encourageant
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