实验心理学讲义心理物理学

第五章,心理物理学,1,章节内容,第一节 传统心理物理学 第二节心理物理函数 第三节 感觉的直接测量 第四节 信号检测论,2,第一节 传统心理物理学,一、感觉阈限的测量二、阈上感觉的测量,3,重要概念,绝对阈限：是指刚刚能引起感觉的最小刺激强度。操作定义：有50%的次数能感觉到，50%不能感觉到的刺激强度。,差别阈限：50%能察觉到差别，50%不能察觉到差别的刺激强度,4,感觉阈限的测量方法,（一）最小变化法（二）恒定刺激法（三）平均误差法,5,（一）最小变化法,特点：将刺激按递增或递减系列的方式，以间隔相等的小步变化，寻求从一种反应到另一种反应的瞬时转换点或阈限的位置。属于阈限测量的直接方法,6,1、绝对阈限的测定,测绝对阈限：刺激由递增和递减两列组成，每次刺激后让被试报告是有感觉（+），没有感觉（-），还是不能确定（？），用这种方法已找到从有感觉到无感觉（无感觉到有感觉的转折点），多次重复实验得到的转折点的算术平均数作为绝对阈限。,7,2、差别阈限的测定,测量差别阈限：在每次试验中比较两个刺激（标准刺激、比较刺激），被试有3类反应（+、=、-）。差别阈限=1/2不肯定间距（从“到”=“的转折点与从”=“到”+“的转折点之间的距离）。,8,可能出现的误差：习惯误差、期望误差。,评价：能很好地表达感觉阈限的概念。但是，阈限下知觉的存在表明这种看法是不正确的。因而目前被淘汰。而常使用QUEST法测量感觉。,9,（二）恒定刺激法,实验要求：刺激通常由57个组成；刺激的最大强度大到有95%的概率能被感觉到，最小小到只有5%能被感觉到；个刺激之间距离相等；刺激随机呈现。,10,1、绝对阈限的测定,（1）变量的确定 自变量：刺激系列（递增或递减） 反应变量：被试内省的口头报告（2）阈限计算的常用方法 作图法通过直接作图得到阈值 直线内插法利用等比关系来求解,11,恒定刺激法测定两点阈(AL),12,2、差别阈限的测定,测量差别阈限：确定标准刺激与比较刺激。标准刺激与每对比较刺激成对出现，要求被试比较并回答：“重“或”轻“。每个刺激都和标准刺激比较n次。标准刺激与比较刺激相继呈现，其中n/2次标准刺激在前，n/2次标准刺激在后。差别阈限的计算计算出“上差别阈限”、“下差别阈限”；差别阈限=（上+下）/2,13,恒定刺激法测定重量差别阈限,14,（三）平均差误法,1.实验程序 实验者规定以某一刺激为标准刺激，然后要求被试调解另一比较刺激，使后者在感觉上与标准刺激相等。,15,（三）平均差误法,2.阈限计算 （1）绝对阈限 被试每次调节结果的算术平均数 （2）差别阈限（属于估计值） A. 把每次的调整结果（X）与主观相等点（用M或PSE表示）的差的绝对值加以平均； B.把每次调整结果（X）与标准刺激（St）的差的绝对值加以平均3.误差控制 动作误差与被试操纵仪器的方式有关 时间误差与刺激呈现方式有关,16,（三）平均差误法,评价：优点让被试自己动手调解，使其保持了高水平的积极性；缺点被试自己调解，严格意义上说，实验条件不太恒定；若刺激是由间隔的话，测得的差别阈限则缺乏精确性。,17,二、阈上感觉的测量,阈上感觉的测量是构建心理量表的过程心理量表的分类 （1）从是否等距和有无绝对零点来分，有顺序量表、等距量表和比例量表。 （2）从测量手段和方法来分，有直接量表和间接量表。,18,（一）顺序量表的建立,（1）特点：不等距、无绝对零点（2）构建方法：1、等级排列法：把许多刺激同时呈现让许多被试评定把许多被试对同一个刺激的评定等级加以平均再排。2、对偶比较法：把所要比较的刺激配对呈现被试按某一特性选择较好的一个依其各自明显于其他刺激的百分比的大小排序。,19,（二）等距量表的建立,(1)特点：有单位，无绝对零点。（2）构建方法：1、感觉等距法二分法（呈现AB，在其间选择C，是AC=BC）；平均误差法（同时分出几个等级）2、差别阈限法：先测出绝对阈限（以此为起点）以绝对阈限为标准刺激a，确定第一个差别阈限b以a+b为基础，测量第二个差别阈限。,20,（三）比例量表的建立,（1）特点：有真正零点、等距单位（2）构建方法：1、分段法：通过呈现一个固定的阈上刺激作为标准调整比较刺激，是引起的感觉为标准刺激的一定比例（2倍、3倍等）再换另一个标准刺激，重复上述动作。2、数量估计法：先呈现一个标准刺激（给标准刺激一个主观值）以这个主观值为标准，将其它比较刺激的主观强度用数据表示计算每组被试对每个比较刺激量估计的几何平均数或中数。,21,第二节 心理物理函数,一、韦伯定律二、费希纳定律三、史蒂文斯定律,22,第二节 心理物理函数,心理物理函数（psychophysics function）是描述对刺激的心理感受和刺激的物理属性之间关系的函数。,23,一、韦伯定律,韦伯公式 韦伯分数（C）=/ 其中和分别代表差别阈限的大小和刺激的强度水平，C代表韦伯分数。 对于任何同一类的刺激，产生一个最小可觉差所需增加的刺激量，总是等于当前刺激量与一个固定分数的乘积，这个固定分数被称作韦伯分数。,24,韦伯定律的重要作用之一：它使比较不同感觉道及不同条件下的感受性成为可能。（即Z分数）,25,（二）韦伯定律的修正 （课外阅读）,数学形式 /(+a)= C 或者 = C(+a) （a是一个数值很小的常数） 实验研究表明：只要a的取值合适，韦伯定律的这一修正公式对实验数据往往拟合得十分良好，在所有刺激强度水平上都能对实验结果做出预测。参数a代表了当刺激强度为零时，感觉系统的背景噪音强度。,26,二、费希纳定律,（一）费希纳定律的推导 在韦伯工作的基础上，费希纳提出了对数定律（Fechners law），认为心理量和物理量之间呈对数关系，心理量的增长慢于物理量的增长。对数定律的数学形式 =Klg （其中是心理感觉的量值，是物理刺激高出绝对阈限以上的单位数量，K是固定的系数）,27,（二）费希纳定律的改进（课外阅读）,艾克曼（Ekman）定律 b 是在感觉量水平的最小可觉差的主观大小 ，它随感觉量成比例增长。当感觉量随刺激强度的增长而增长时，韦伯定律意味着最小可觉差的物理大小增长，而艾克玛定律意味着最小可觉差的主观大小增长。,28,（三）费希纳定律的成立条件,两个假设 （1）建立心理量表所用的差别阈限法是合理的； （2）用韦伯定律的推导代替大量差别阈限法实验，来确定每个最小可觉差是合理的。两个条件 （1）假定韦伯定律对所有类型和强度的刺激都是正确的； （2）假定所有最小可觉差在心理上都是相等的。,29,三、史蒂文斯定律,（一）对最小可觉差的重新理解（了解） 1941年，史蒂文斯等在响度和音高的辨别实验中，推论其基本神经过程是按全或无定律进行的。由此，他们提出了神经量子理论。,30,（二）幂定律的提出,幂定律的公式SbIa 其中：S是感觉量；b是由量表单位决定的常数；a是感觉道和刺激强度决定的幂指数。,31,（三）幂定律的发展（课后阅读）,修正的幂函数 S= b(I- I0)a （ I0常量，或AL）等感觉匹配法跨感觉道的匹配技术 幂定律在对数定律的基础上前进了一大步，但是，幂定律的有效性有赖于被试正确使用数字去标示其真正的感觉量。,32,第三节 感觉的直接测量,一、感觉的直接测量法二、感觉直接测量的情境效应三、直接数量估计法的应用,33,一、感觉的直接测量法,直接测量感觉就意味着对心理感受直接按其强度赋予数值，而不必通过如最小可觉差的个数等中介变量或有无刺激出现等中介反应。感觉直接测量法主要有数量估计、数量生产和绝对数量估计。,34,感觉直接测量方法,（一）数量估计法：在数量估计中，要求被试参照某个刺激所对应的数值，直接用数字估计由其他强度刺激产生的感觉量值。（二）数量生产：这是数量估计法的反向程序，也是直接测量感觉的一种方法。在数量生产中，给被试一个用数字表示的感觉量值，要求他们调整刺激产生相应的感觉量。,35,二、感觉直接测量的情境效应,（一）实验中其他刺激的影响 被试对刺激的数量估计受到刺激呈现情景（如：呈现的顺序关系以及刺激的全距等）的强烈影响。这种影响被统称为情景效应,36,刺激序列效应：此效应发生在同一个实验阶段之内，其作用方向与情景效应正好相反。被试对某一刺激产生感觉的数量估计，往往会受到在此之前所进行的其他估计的影响。刺激全距的影响 ：一般来说，直接数量估计法得到的心理物理函数的斜率，会随着实验中采用的刺激强度全距的减小而提高。,37,三、直接数量估计法的应用（课后阅读）,（一）情绪研究中的应用 福郎肯浩塞等（Frankenhaeuser等，1967）的研究证明，被试的情绪体验估计值和一些生理指标间存在高相关。 直接数量估计法还被应用到恐惧症（phobia）的心理治疗中。 荷姆斯（Holmes, T. H.）和雷贺（Rahe, R. H.） 的 “生活事件量表”其数值范围从11到100，值越高说明生活事件的影响强度越大。,38,（二）社会舆论的测定（阅读）,当代社会的舆论测定所依据的原理仍旧是心理物理学的基本准则。通过直接数量估计法，所有这些社会舆论问题都能够和实验室中的纯音响度一样，被量化描述并形成理论上等比的量表。 塞林和沃尔夫冈（Sellin和Wolfgang，1964）对犯罪行为的舆论研究表明，从数量估计结果看，不同职业被试间显示出惊人的一致性，即对于各种罪行的恶劣程度存在着普遍一致的公众舆论观念。,39,第四节 信号检测论,一、信号检测论引入的缘由二、信号检测论的基本思想三、信号检测论的两种独立指标四、接受者操作特性曲线五、认知研究中的应用,40,一、信号检测论引入的缘由（了解）,对刺激侦测到的概率P（y）,不仅仅受到物理刺激强度的影响。各种非感觉因素会干扰实验报告。,41,二、信号检测论的基本思想,（一）信号和噪音 这是信号检测论中两个最基本的概念 信号刺激 噪音背景主试在实验中有时只呈现“噪音”刺激，有时则信号和噪音刺激同时呈现，让被试对此予以判断并反应：是否有信号出现？,42,（一）信号和噪音,信号伴随噪音，和单独出现噪音这两种情况下，分别可以在心理感受量值上形成两个分布：信号加噪音（SN）分布和噪音（N）分布，前者也常常简称为信号分布。由于信号总是叠加在噪音背景之上，因此总体上信号分布总是比噪音分布的心理感受更强些。,43,三种不同强度下SN 与N 的理论分布,44,（二）决策标准,由于观察者（被试）的每一次感觉过程都会产生一定的感觉量值x，这个x必定落在噪音分布和信号分布所覆盖的范围内。对于上述区间内任意一个x，其来自N分布或SN分布的可能性，可用其在两个分布中对应的纵线高度（O）来衡量，x对应的两个分布上的纵线高度之比被称作似然比（likelihood ratio，记为l(x) ） 。,45,感觉量值的位置,46,似然比在感觉强度上的函数,47,（二）决策标准,信号检测论假设，观察者选择某一个似然比的值作为产生“信号”、“噪音”两种判断反应的分界点，或称决策标准（）。观察者的决策规则是比较当前观察得到的x所对应的似然比l(x)，与观察者自定的决策标准的大小。如果l(x)大于等于，观察者就选择进行“信号”反应；如果l(x)小于，观察者就选择进行“噪音”反应。决策标准的设定受到各种非感觉因素的影响，包括信号出现的先定概率，以及利益得失的权衡等。,48,三、信号检测论的两种独立指标,信号检测论分离了两种指标： （1）辨别力指标d，是观察者对刺激的感受性的度量； （2）判断标准，是观察者反应偏向的度量，常用似然比标准或报告标准C来进行衡量。,49,击中率和虚报率的计算,SN,N,是,否,击中率P（y/SN)=f1/(f1+f2)虚报率P(y/N)=f3/(f3+f4),50,（一）反应偏向,1似然比 似然比的数学定义为：区分“信号”与“噪音”反应的心理感受水平Xc所对应的信号分布纵轴与噪音分布纵轴之比。 在实验中发现，随着被试掌握的判别标准Xc的变化，不但值发生改变，其反应的概率也会变化。当Xc右移时，被试的反应标准变得严格，其击中率和虚报率均下降，而漏报率和正确拒斥率均上升，值上升；当Xc左移，值变低时，击中率和虚报率都会上升，而漏报率和正确拒斥率则下降。,51,击中概率、虚惊概率和反应判定标准间的关系,52,（一）反应偏向,2报告标准C 在数学上，反应标准的另一种表示方法是感受经验强度，用符号C表示，其单位要转换成刺激强度单位。,注：I2为高强度刺激 I1为低强度刺激 Z1为低强度刺激时的正确拒斥概率的Z值,53,（二）辨别力指标,敏感性可以表现为内部噪音分布fN(X)与信号加噪音分布fSN(X)之间的分离程度。两者的分离程度越大，敏感性越高；分离程度越小，敏感性越低。 内部噪音分布fN(X)与信号分布fSN(X)的分离程度既受信号的物理性质影响，也受被试者（测验者）特性的影响。因此，fN(X)与fSN(X)之间的距离就可作为敏感性的指标，称为辨别力d。d越大，表示敏感性越高，d越小，表示敏感性越低。,54,反应偏向（）相同时两种敏感性（d） 的 情况,55,（二）辨别力指标,与反应偏向一样，反应敏感性同样存在最佳水平。 在反应偏向（）固定的情况下： （1）当输入的感觉刺激非常敏感时 （2）当感觉鉴别能力降低时 （3）被试者相对不敏感，或刺激相对比较弱时 被试的d 值都将会出现一些变化。,56,敏感性（d）可能出现的三种情况（固定）,57,四、接受者操作特性曲线,（一）ROC曲线的绘制 ROC曲线具有以下属性：（1）值的改变独立于d的变化。当接近0时，击中概率几乎为0，即信号全当成噪音接受；当接近无穷大时，虚惊概率几乎为0，即噪音全当成信号