第四章 反应时间.ppt

也叫反应潜伏期 responselatency 指刺激施于有机体之后到明显反应开始所需要的时间 一 反应时的含义 包括以下三个时段 第一时段 刺激使感受器产生了兴奋 其冲动传递到感觉神经元的时间 第二时段 神经冲动经感觉神经到大脑皮质感觉中枢 经运动神经达到效应器官 第三时段 效应器官接受神经冲动后开始效应活动的时间 一 反应时的含义 主要包括 反应时和所作反应种类数量的关系 反应时和反应准确性的关系 反应时的其他影响因素等 二 反应时研究的基本问题 一 简单反应时和选择反应时 1 简单反应时 simplereactiontime 是指给被试呈现单一的刺激 同时要求他们只作单一的反应 这时刺激 反应之间的时间间隔就是简单反应时 如 短跑运动员的起跑 简单反应时任务是特定刺激与特定反应之间联系 又称之为简单反应 须经过学习与训练 多为听觉反应时与视觉反应时 听觉简单反应时 有波动 最稳定 最具有代表性的反应时值为130毫秒左右 偏态 反应时似乎存在一个无法跨越的绝对界限 100ms 存在一种能力限制或称 生物墙 感官换能 神经传导 大脑加工 肌肉运动的时间总和便是我们所获得的简单反应时 听觉简单反应时 视觉简单反应时 视觉简单反应时在0 15秒以上 原因 感官换能时间较长 视网膜的工作方式是累积性的 存在能量累积的问题 简单反应时比较短 具有通道差异性 不同感觉通道的简单反应时 2 选择反应时 根据不同的刺激物 在各种可能性中选择一种符合要求的反应 并执行该反应所需要的时间 如 驾驶员开车 又如 一个视觉选择反应时实验包括两个刺激 被试必须在其中一个刺激出现时 按左键 而当另一个刺激出现时 按右键 在作出反应之前 必须对不同刺激有所辨别 并作出不同反应的选择 二择一的选择反应时比简单反应时长约0 07秒 这个时间是辨别和选择所需要的时间 1 唐德斯 1868 的研究 减数法 减数法是一种用减法方法将反应时分解成各个部分 然后来分析信息加工过程的方法 实验逻辑 如果一种作业包含另一种作业所没有的某个特定的心理过程 且除此之外二者在其他方面均相同 那么这两种反应时的差即为此心理过程所需的时间 三类反应 A反应 A reaction 又称简单反应时 是复杂反应的成分或基本因素 基线时间 B反应 B reaction 又称选择反应 包括基线操作 刺激辨认 反应选择 C反应 C reaction 又称辨别反应 包括基线操作 刺激辨认 2 选择反应时是否存在通道差异 辨别和选择反应过程并不因通道不同而有所不同 反映这一过程不是外周神经系统的功能 而应该是大脑的功能 心理加工过程 3 增加选择反应刺激是否再增加0 07秒 多辨别一个刺激并多选择一个反应大约需要0 07秒的心理加工时间 是否是说 再加入一个需要辨别的刺激或一个需要选择的反应之后 心理加工时间又得再增加0 07秒 1885年 默克尔RT lgN20世纪50年代 戈热绘制了选择数目与反应时的关系曲线图 4 选择反应时和刺激数目的对数成比例 刺激不是同一通道会出现怎样的情况 波佩尔 E Poppel 的实验通过耳机向被试的右耳呈现刺激 在被试的左视野呈现光刺激 被试只使用右手作出反应 当见到光时按一个反应键 听到声音按另一个反应键 结果 存在周期性峰值 间距为0 03 0 04秒 表明被试的选择反应存在周期性 解释 脑的周期性震荡 即由于特殊的神经细胞网络产生的电震荡 需要在不同刺激通道间进行转换时 反应时增量不再是简单的刺激项目的对数函数 或者说 反应时增量不再是一个确定的值 而是几个周期性增大的值 小结 对反应时任务的复杂度进行操纵可获三类不同的反应时 他们之间相减可获辨别和选择加工所需的时间 这是唐德斯减数法的精髓 也是反应时研究的意义所在 其可了解辨别和选择两个心理加工过程 选择反应时比简单反应时复杂 其和刺激数目 不同刺激通道转换有关 二 速度 准确性的权衡 反应时的快慢常被作为衡量加工的自动化程度 概念的激活水平以及注意需求量等的指标 反应时实验中反应速度和反应准确性之间存在反向关系 在他们之间作出权衡 即为速度 准确性的权衡 speed accuracytrade off 速度 准确性权衡的例证 1 泰奥斯 Theios 1975 的实验 刺激呈现的概率和反应时关系的研究视觉刺激 每次出现一个数字 被试对某一特定的数字 例如4 作出反应 而对其他的数字不作出反应 自变量 数字出现的概率 0 2 0 8 结果 在不考虑错误率的情况下 刺激呈现概率基本不影响反应时 错误率的均值大约在3 左右 进一步分析发现 1 在这个实验中被试的任务相当简单 2 被试是具有较高文化水平的大学生 3 错误率的变化是有规律的 可以认为这种错误率的系统变化是由于被试试图保持反应的速度而导致的 2 帕奇勒 Pachella 1974 的实验研究发现 在刺激呈现概率为0 2的条件下 要降低2 的错误率 反应时必须增加100毫秒 因此 将错误率考虑进去 刺激呈现概率不影响反应时的结论必将受到质疑 3 奈特和坎特威茨 Knight Kantowitz 1974 自变量 两个间隔很短的刺激 即间隔刺激因变量 反应时 反应错误率结果 如图所示 结果 刺激间隔和错误率间存在某种关系 即刺激间隔越短 错误率就越高 小结因此 在进行反应时实验时 必须考虑两个因变量 速度和准确性 否则 会损害实验研究的信度 当只选择一个因变量指标时 应对为何不使用另一个的原因有所交代 三 影响反应时的其他因素 1 刺激变量刺激类型刺激强度霍霍莱 Chocholle 1945 用1000赫兹强度不等的纯音作反应时测定 结果 反应时随刺激强度的增加而减少 但减少到一定程度时有一个突破不了的 生物墙 110ms 在反应时实验中 为了维持反应时的相对稳定 必须将刺激强度维持在一个稳定值上 刺激的复杂程度 谢波得和梅策勒 Shepard Metzler 1973 的实验 要求 如图 报告两个图形是否相同心理旋转角度代表刺激的复杂度 包括三个条件 1 两维旋转 图形相同 角度不同 上 下 2 三维旋转 图形不同 角度不同 上 下 左 右 3 图形相似 实际不同 结果 两维和三维旋转的反应时随角度的增大而增大 刺激的复杂程度刺激的数目越多 任务越难 反应时越长 刺激呈现方式如 对向上和向下运动的刺激的判断时间不同 对运动刺激的反应快于静止刺激的反应 个别情况下 刺激终止的反应比刺激开始的反应快 刺激减弱的反应比刺激增强的反应快 2 机体变量 适应水平适应是指在刺激物的持续作用下 感受器的感受性发生的变化 各种感觉都有适应的问题 准备状态 定势的作用指机体对某种行为作出准备的情况 准备时间太长或太短都会使反应时延长 练习次数在一定范围内 练习次数越多 反应越快 直到一个极限而稳定下来 反应越复杂 练习效应越显著 2 机体变量 额外动机受惩罚时反应时最快 受奖赏时稍慢 正常情况下最慢 如约翰逊 Johnson 1922 的实验 书P198 年龄因素在25岁之前 反应时随年龄的增大而变快 在25到60岁这一年龄段 反应时保持稳定 60岁以后明显变慢 2 机体变量 个别差异不同被试之间存在差异 同一被试在不同的时间也存在差异 心理不应期的影响相继给予两个刺激 并要求对两个刺激分别产生反应的时候 若两刺激间隔短 第二个反应的时间就比较长 这种反应时间的推移叫做心理不应期 小结 反应时基本问题实际上框定了反应时实验设计的基本分类和主要技术要求 根据研究的需要 确定用简单反应时任务还是选择反应时任务 实验设计必须控制那些可能影响反应时的额外变量 研究者需评估速度 准确性权衡的关系 引入准确率 正确率 指标以保证实验信度 用反应时间分析信息加工过程的方法概括为反应时新法 杨治良 王甦 主要有三种形式 减数法 加因素法和开窗实验 一 相减法 三 反应时新法 一 相减法反应时相减法在认知心理学研究中的应用 证明心理旋转存在的实验证明短时记忆视觉编码的实验启动效应与负启动效应的研究 三 反应时新法 减数法的应用 证明心理旋转存在的实验心理旋转 mentalrotation 指单凭心理运作 不靠实际操作 将所知觉的对象予以旋转 从而获得正确知觉经验的心理过程 库柏和谢波德 1973 用减数法反应时证明了心理旋转的存在 逻辑 有两个任务 他们之间除了被知觉对象需要心理旋转的角度不同外别无差异 那么两者的反应时之差应当就是心理旋转完成两者间角度差所需的时间 逻辑 实验材料非对称性的字母或数字 J G R 2 5 7等 根据正反以及不同的倾斜度 构成12种情况 如图 任务 不管倾斜度如何 只要判明R字母是正的还是反的 并作出反应 五种实验条件 结果 字母倾斜程度越大 反应时越长 证明短时记忆视觉编码的实验 Posner等 1970给被试并排呈现两个字母 这两个字母可以同时给被试看 或者中间插进短暂的时间间隔 然后要被试指出这一对字母是否相同并按键作出反应 记下反应时 所用字母对有两种 读音和书写方法都一样 AA 读音相同而写法不同 Aa 相继呈现时 时间间隔为0 5秒 1秒或2秒等 结果如图所示 结果 当两个字母同时呈现给被试时 Aa对的反应时大于AA对 AA对同时呈现的反应时小于继时呈现的反应时 继时呈现的反应时与Aa对趋同 而Aa对的反应时受同时或继时呈现的影响很小 解释 根据减数法的逻辑 同时呈现AA对与Aa对反应时之差 反映对Aa对的加工中包含了对AA对的加工中所没有的过程 AA对匹配是在视觉编码基础上进行的 而Aa对匹配只能在听觉编码的基础上进行 从视觉编码过渡到听觉编码 包含了更多的加工 需时更多 AA对同时呈现和继时呈现的反应时之差反映的同样是信息编码的这种特点 短时记忆先发生的是视觉编码 之后发生了听觉编码 反应时相减法的弱点实验者对实验任务引起的刺激与反应之间的一系列心理过程要有比较精确的预测 要求相减的任务中共有的心理过程严格匹配 三 反应时新法 斯滕伯格 1969加因素法的含义基本前提 人的信息加工过程是由一系列有先后顺序的加工阶段组成的 因此 完成一个作业所需的时间是一系列信息加工阶段分别需要的时间的总和 这就是加因素法 三 反应时新法 二 相加因素法 相加因素法的逻辑 如果两个因素的效应是相互制约的 即一个因素的效应可以改变另一个因素的效应 或者两者存在交互作用 那么这两个因素只作用于同一个信息加工阶段 如果两个因素的效应是分别独立的 即可以相加 那么这两个因素各自作用于不同的加工阶段 相加因素法的基本手段 探索对同一个作业有相加效应的因素 以区分该作业的不同的加工阶段 以及辨认他们各自的前后顺序 认知心理研究中的应用 斯腾伯格有关短时记忆信息提取过程的研究 实验任务 给被试看1 6个数字 识记项目 然后再呈现一个数字 测试项目 请被试判定其是否为刚才识记过的 同时开始计时 要求被试按键作出是或否的反应 计时也随即停止 这样即可确定被试能否提取以及提取所需的时间 反应时间 三 反应时新法 认知心理研究中的应用 通过一系列实验 从反应时的变化上确定了对提取过程有独立作用的四个独立因素 斯滕伯格认为短时记忆信息提取过程包括相应的四个独立加工阶段 如图 具体实验参见教材P209 210 三 反应时新法 三 开窗实验 三 反应时新法 含义 是一种能够比较直接地测量每个加工阶段的时间 而且也能比较明显地看出这些加工阶段的新型反应时技术 由于利用这种方法可以象打开窗户一样直接观察到认知加工过程的阶段 所以叫做 开窗 实验 认知心理学研究中的应用 最典型的研究范例为Hamilton 1977 和Hockey 1981 的字母转换实验 实验任务 给被试呈现1 4个英文字母并在字母后面加上一个数字n 要求被试说出英文字母表中 每个字母之后的第n个位置的字母 如 呈现 H 2 时 要求被试说出 J 当呈现 ACFH 4 时 要求被试说出 EGJL 三 反应时新法 实验过程 以KENC 4为例 四个字母相继呈现 由被试自己按键控制 第一次按键后出现K 开始记时 接着被试按要求进行出声转换 要求说出LMNO 然后再按键看第二个字母 如此循环直到被试最后报告出 OIRG 停止记时 这样记录的是总体的转换时间 为了进一步区分各个加工阶段的时间 可以对实验过程各阶段的具体时间进行记录 如从字母出现 到开始出声的时间就是编码阶段所花的时间 从出声开始到出声结束 是转换阶段所花的时间 从出声结束到下一个字母呈现之间的时间 就是存储阶段所消耗的时间 三 反应时新法 实验结果 个体在完成字母转换任务过程中包含三个加工阶段 编码阶段 转换阶段和储存阶段 三 反应时新法 一 序列反应时 四 反应时研究新进展 含义序列学习范式 用以研究人们对序列规则的无意识获得 序列反应时任务是该范式的经典任务之一 其以反应时作为反应指标 以序列规则下的操作成绩和随机序列下的操作成绩之差来表示内隐学习的学习量 一 序列反应时 四 反应时研究新进展 基本程序和原理尼森 M J Nissen 和比勒姆 P Bullemer 1987程序 处于不同空间位置的视觉刺激分别对应不同的反应键 每次呈现一个视觉刺激 被试按相应键尽快予以反应 该刺激随即消失 短暂的时间间隔后出现下一个视觉刺激 类似于选择反应时实验 序列反应时范式的特点是刺激呈现序列是有规律的 一 序列反应时 四 反应时研究新进展 举例屏幕上从左到右的四个位置依次被设定为位置1 2 3 4 每个位置对应一个按键 视觉刺激为一个星状图案 并按固定的位置序列 4 2 3 1 3 2 4 3 2 1 呈现 固定序列循环6 10次构成一个组段 在实验前 被试只被告知将要进行的是反应时测试 不知道在任务中刺激是按某个固定但不明显的模式依次呈现的 并且在多次重复固定位置序列的情况下 8 12个组段 插入一个随机的位置序列 之后再恢复固定序列 一 序列反应时 四 反应时研究新进展 举例结果发现 尽管被试没意识到序列规则的存在 但反应时随固定系列的重复而逐渐下降 练习效应 还是内隐学习 比较被试对固定序列和随机序列的反应时 后者显著大于后者 说明序列学习发生了 控制无关变量 外显学习反应时任务结束后接受生成任务 P215 刺激位置仍按固定序列顺序呈现 但被试要根据屏幕上出现的刺激位置 预测下一个刺激出现的位置 指标是预测的准确度 一 序列反应时 四 反应时研究新进展 变式第一 实验材料的改变 如 缪森和斯奎尔 1993 的研究 参见书P215 增加了材料的难度 颜色与本身含义不一致的色词采用正常成人和健忘症患者 一 序列反应时 四 反应时研究新进展 变式第二 变化序列的统计结构来操纵序列规则的难度 如斯戴德勒 1992 设计了高 中 低三个结构化水平的刺激序列 结构化水平越高则说明序列内的规律特征越多 结果发现 高结构化序列的反应时下降最为厉害 其次是中结构化序列 最后是低结构化序列 而随机序列 反应时几乎维持不变 一 序列反应时 四 反应时研究新进展 变式第三 对实验程序的调整 如威林厄姆 格里利和巴多纳 1993 的研究对被试的区分 参见书P216 对规则的觉察组和无觉察组被试 随练习次数增多 反应速度均显著提高 说明序列学习不依赖于外显知识 二 内隐联想测验 四 反应时研究新进展 含义格林沃尔德 Greenwald 1998 参见书P217 以反应时为指标 通过一种计算机化的分类任务来测量两类词 概念词与属性词 之间的自动化联系的紧密程度 继而对个体的内隐态度等内隐社会认知进行测量 二 内隐联想测验 四 反应时研究新进展 基本程序分为七步 1 呈现概念词的样例 要求被试尽快地进行辨别归类 由系统记录反应时 2 对属性词样例进行归类反应 3 联合任务一 要求被试对概念词与属性词的联合作出反应 概念词与属性词有两种可能关系 相容的和不相容的 相应的设置两个联合任务 相容联合任务和不相容联合任务 相容 指二者的联系与被试内隐的态度一致 如花 褒义词 虫 贬义词 二 内隐联想测验 四 反应时研究新进展 基本程序分为七步 4 对联合任务一进行测试 5 再次对样例进行反应 不过交换了左右键 6 联合任务二 和联合任务一的反应内容正好相反 7 对联合任务二进行测试 参见图或教材P217 相容和不相容联合测验反应时均值相减即为所求得内隐联想测验效应 二 内隐联想测验 四 反应时研究新进展 基本程序 二 内隐联想测验 四 反应时研究新进展 基本原理在社会认知研究中 由于所呈现的刺激多具有复杂的社会意义 其必然引起被试心理的复杂反应 这些刺激可能与内在需要或内隐态度一致 也可能与之相矛盾 刺激所暗含的社会意义不同 被试的加工过程的复杂程度就会不同 从而反应时的长短也会不同 所以 两种联合任务的反应时之差可以作为概念词和属性词的关系与被试的内隐态度相对一致性的指标 即内隐联想测验效应 二 内隐联想测验 四 反应时研究新进展 评价 内隐联想测验存在一些不足 未考虑速度 准确性权衡 忽略了错误率所提供的信息 反应极值和老年人的反应迟缓等因素 只能获得相对内隐态度评价 无法测量个体对单一概念或更多概念的评价 如花 虫内隐联想测验中 内隐联想测验效应的显著性只表示相对于虫来说 人们对花更积极 而不能说明人们对花的态度到底是消极的还是积极的 二 内隐联想测验 四 反应时研究新进展 变式一 Go No Go联想测验诺塞克和巴纳吉 Nosek Banaji 2001 要求对一些刺激作出反应而忽视另外的刺激 任务一 对花朵和褒义词的联合作出反应 Go 对花朵和贬义词的联合不作反应 No Go 任务二 与一相反 二 内隐联想测验 四 反应时研究新进展 变式一 Go No Go联想测验对两个阶段的d 进行比较 数据处理时 采用信号检测论中的辨别力指数d 为指标 将正确的 Go 反应视为击中率 将不正确的 Go 反应视为虚报率 将击中率和虚报率转为Z分数后 其差值即为d 分数 然后对两个阶段的d 分数进行比较 假如任务一中的d 比任务二中的d 高 则说明被试对花朵持有积极的态度 反映了被试对花朵的内隐偏好 二 内隐联想测验 四 反应时研究新进展 变式二 外在情感性西蒙任务有研究者认为 内隐联想测验的特点在于被试对任务的重新编码 Mierke K