认知心理学-心理旋转的研究

认知心理学课程论文——心理旋转的研究范式总结、前沿研究以及实验设计心理旋转心理旋转(mentalrotation)是一种想象自己或客体旋转的空间表征转换能力。〔一〕心理旋转的实验研究范式1．反应时研究范式实验材料实验材料是用电脑制作的，每个图形是由10个小方块连接起来组成的手柄并有3个直角弯头。Shepard将图形的成对分成3种情况：〔1〕两个图形相同而方位不同，其中一个相对于另一个在平面上转动了一定的角度，即平面对。〔2〕两个图形相同，但其中那个一个图形在与纸张外表垂直的平面上转动了一定的角度，即立体对。〔3〕两个不同的图形，它们是镜像对称的，即镜像对。实验设计自变量：图形类型〔平面对，立体对和镜像对〕，图形旋转的角度。因变量：被试判断图形是否相同的反应时。实验过程：在实验室内，主试用速视器给被试成对地呈现图形，被试的任务是判断这两个图形是相同的还是不同的。实验时，3种不同类型的图对随机地混一起，每次呈现一个图对，并要求被试尽快地做出异同的判断，记录其反应时。实验结论该实验研究说明，无论是平面对还是立体对，如果两个图形的形状和方位都相同，那么被试只需1秒就能判断它们相同；然而当其中一个图形转动了一定的角度，出现方位差后，反应时便增加了，并且反应时随方位差度数的增加而增加，两者成正比。实验说明人识别图形所需要的时间随着图像旋转角度的增加而增加，说明了人类心理旋转能力的存在。实验二：字符旋转实验不同倾斜角度的字母、数字，并且分为正像和镜像，如字母G、L、R,数字2、5、7等，并且每个字母和数字的正像和镜像都有6种不同的倾斜角度：00、600、1200、1800、2400、3600。每个字符就有了6个正像的和6个镜像的样本，即每个字符都有了12个样本。2．2实验设计自变量：字符的类型〔字母或数字〕；字符的方位〔6种不同的角度〕；是否有前行信息；前行信息的类型〔只呈现给被试所要呈现的字符；只呈现给被试所要呈现字符的方位；同时呈现给被试所要呈现的字符和字符的方位；分开呈现给被试所要呈现的字符和字符的方位〕。其中字符的类型和方位为被试内因素，前行信息的类型为被试间因素。因变量：被试判断所呈现字符正反的反应时。实验过程：每个字符的实验都是分别进行的，实验时，主试用速视器将某个字符的某一样本呈现给被试，被试的任务每次都是判断该字符是正的还是反的，而不用考虑其具体的方位，然后作按键反应，记录其反应时。在试验中，每个字符的12个样本各呈现一次，顺序是完全随机的。实验分为几种，另外几种都比上一种增加了前行信息。前行信息有分为：只告诉被试所要呈现的字符；只告诉被试所要呈现字符的方位；告诉被试所要呈现的字符和字符的方位〔结合呈现和分开呈现两种〕。除了增加前行信息的步骤外，实验过程与上一种相同。2．3实验结论该实验研究说明，当样本为垂直的正位时，不管是字符的正像还是镜像，被试判断所需的时间较少；当样本作了不同角度的旋转，反应时随之增加，当样本旋转到1800时，反应时最长，但随着样本旋转度数的进一步增加，反应时反而随之减少。也就是说，以1800为界，曲线的两侧是对称的。有单独的字符前行信息或方位前行信息时，实验结果与此相似。但同时既有字符信息又有方位信息时〔包括结合呈现和分开呈现两种〕，其反应时的曲线几乎是平行于横坐标的直线。在1800两侧相对称的角度做判断时，被试的反应时几乎是相等的，而并没有随着度数的增加而增加，这说明人们在进行心里旋转时采用了一定的策略。2．信号检测论研究范式蔡华俭和李鹃教授的研究突破传统的反应时范式,把信号检测论应用于心理旋转研究,在信号检测论范式下，对心理旋转的角度差和刺激作用时间的效应进行研究，并试图进一步揭示心理旋转在表征方式方面的特征，并且试图解释心理旋转中的性别差异。2．1实验被试华东师大心理系二年级学生27名，其中男生14名，女生13名实验材料：采用了类似R.Sheperd等所曾用过的经典三维立体图形。实验中共有四类三维立体图形对，其中两类是互为匹配的图对，只是两图形方位不一致,存在一定的平面角度差,分别为900和1800，除此外结构完全一致，旋转后可以互相匹配。把这两类图对中的一个图形取为镜像，就构成了另两类图对，其中两图形除了角度上存在差异外，结构上也是不匹配的，而是互为镜像。2．2实验设计本实验共有三个自变量：旋转角度、心理旋转时间、性别。其中旋转角度有两个水平：900和180。；由于R.Sheperd等曾发现旋转角度和旋转时间呈线性关系，基线时间为1秒左右，心理旋转速度为每秒550—560，故本研究以每秒550为标准速度,先计算出角度差分别为900和1800时所需的旋转时间并以此作为标准时间，把刺激作用时间设置三个水平：即基线时间分别加上标准时间，标准时间的一半，标准时间的两倍；性别为两个水平。采用2*2*3重复测量两个因素的三因素混合实验设计，其中旋转角度和旋转时间为被试内因素,性别为被试间因素。因变量为被试的鉴别力和反应偏好，分别以信号检测论中的d'和B为指标。实验共分六组，每组共50对图形刺激，其中25对为匹配对，作为信号，25对不匹配，作为噪言，50对图形刺激随机呈现。2．3实验程序实验指导语为:“这是一个空间能力实验,请注视电脑屏幕中间的“+”,即将呈现的是一对三维图形，请注意观察每一对图形，判断它们是否完全匹配，即除了角度不同以外，二者完全一样。如果能匹配，请按‘是'，否则按‘否'。”实验中为严格控制被试旋转作业时间，在每一对图形呈现消失之后，立即在相应位置上呈现两张风景图片，作为干扰刺激破坏被试头脑中的残余表象，以防止被试利用残余表象继续进行旋转。六组实验按预期的由易到难顺序进行，每组实验前设有练习项目，练习时间长短由被试据自己实际情况决定，以熟练为原则。各组实验间可以休息。实验结果电脑自动记录。2．4实验结论研究结果说明，当旋转角度为1800时，鉴别力不但没有降低，反而非常显著地高于旋转角度为900时，类比说对此是难以解释的，因而更符合命题表征说的观点。在完成心理旋转过程时，空间能力高的个体更倾向与采取类比表征以外的命题表征。经研究者根据实验结果的推测：被试在面对简单的实验任务时，倾向于采取类比表征；而当被试面对困难的实验任务时，倾向于采取命题表征，并且出现了明显的性别差异即男性更善于采用命题表征。在旋转时间与鉴别力的关系中，该研究说明：心理旋转操作确实需一定的时间（这里为标准时间），在刺激作用时间短于标准时间时，时间是制约作业绩效的一个主要因素，当到达或超过时，旋转能力则是影响作业绩效的主要因素。在图对识别中的偏好研究中说明：被试在进行图对识别过程中，反应偏好的性别差异显著，但旋转角度和旋转时间对其影响不显著。〔2002〕〔二〕前沿研究中文前沿研究题目：不同平面心理旋转的角色效应游旭群王鹏晏碧华摘要：采用实验方法，分别在水平面和冠状面内对第一人称角色和第三人称角色心理旋转进行了比照研究。实验结果说明：空间表征转换的角色方式对心理旋转产生显著地影响，第三人称角色心理旋转易于第一人称角色心理旋转，即存在心理旋转的角色效应；心理旋转的角色效应并不是在特定的条件下才出现的，具有更大的普遍性。关键词：心理旋转，第一人称角色，第三人称角色，水平面，冠状面实验一：水平面上心理旋转的角色效应38个右利手大学生〔其中女生28人，男生10人〕，年龄在19-20岁，视力正常。将被试随机分成两组，即A组和B组〔其中每组女生14人，男生5人〕一个直径为10cm的皮球，1m长的尺子、17英寸清华同方显示器和PIII-800MHz电脑。实验程序由Java电脑语言编写，该软件平台对反应时的记录精度可以到达1ms。实验设计自变量：旋转类型：第一人称角色和第三人称角色；旋转角度：00,900,1800,2700因变量：被试的反应时和错误数采用了2*4的混合设计，其中旋转角度为被试内因素，旋转类型为被试间因素。该实验过程共分为四个阶段：预备阶段、按键练习阶段、学习阶段和正式测试阶段。A组和B组前两阶段相同，在第三、四阶段出现差异。指导语由电脑提示。〔1〕预备阶段：向被试呈现一个直径为10cm的实体皮球和1m长的尺子，并告知被试何为围绕身体纵轴（头-脚）的顺时针自我旋转。〔2〕按键练习阶段：电脑键盘内有四种颜色（红、绿、黄、蓝）选择键。要求被试双手的中指和食指分别放在四个反应键上，身体保持不动，并对电脑上所呈现的不同色球（红、绿、黄、蓝）做出相应的反应，即看到什么颜色的球就按下相应颜色的键。此阶段每种色球随机呈现2次，共有8个问题。当被试对按键反应到达非常熟练的程度时（反应的正确率为100%,每个问题的反应时不超过200ms）,进入下一阶段。否则重新开始练习。〔3〕学习阶段：A组学习任务（第一人称角色条件）：被试想象自己的周围有直径为10cm的红、绿、黄、蓝四个色球，分别位于他的前、后、左、右四个方向。四个球与他的距离均是1m远。要求被试记住自己与四个色球的空间位置关系，并要对他的记忆情况加以测验。B组学习任务（第三人称角色条件）：被试想象同学张某背对着他站于正前方处。张某的周围有红、绿、黄、蓝四个直径为10cm的球，分别处于他的前、后、左、右四个方向。四个色球与张三的距离均是1m远。要求被试记住张三与四个色球的空间位置关系，并要对他的记忆情况加以测验。在测验过程中，由电脑呈现类如：你的左面是什么颜色的球（A组）或张某的左面是什么颜色的球（B组）的问题。这一阶段的共有8个问题〔每个方位随机呈现2次〕。当被试的反应正确率到达100%且反应时均不超过1s时，才可进入正式测验阶段。否则重新学习位置关系，直到到达要求为止。〔4〕正式测验阶段：A组旋转任务（第一人称角色心理旋转）：要求被试在不发生任何实际移动的情况下，围绕其身体纵轴顺时针旋转一定角度（0。、90。、180。或2700）后，判断其身体某侧（左、右、前或后）是什么色球。问题的模式为：旋转〔一〕度数后，你的某侧是什么颜色的球？被试确定答案后，立即按下相应的颜色键。B组旋转任务（第三人称角色心理旋转）：要求被试在不发生任何实际移动的情况下，想象自己就是张某，并使这个“想象自己”围绕其纵轴顺时针旋转一定角度（0o、90c.1800或270c）后，判断“想象自己”的某侧（左、右、前或后）是什么色球。问题的模式为：旋转〔一〕度数后“想象自己”的某侧是什么颜色的球？当被试确定答案后，立即按下相应的颜色键。正式测验中，共16个问题（4种旋转角度*4个方位），随机呈现。加上8个练习，一个被试一共要作24次旋转判断。实验结果说明，旋转类型和旋转度均是影响心理旋转的重要因素，水平面内的第三人称角色心理旋转易于第一人称角色心理旋转。实验结果显示，两种角色的0。心理旋转反应时无显著性差异［F（1,36）=2.03,p>0105］。90。、1800和2700旋转条件下，两种角色心理旋转的反应时均存在显著性差异，第三人称角色心理旋转快于第一人称角色心理旋转。图2第一人称角色利第三人称角色水半面心理旋转平均错谋数根据实验结果可看出：在四个旋转角度上，第一人称角色心理旋转错误数均多于第三人称角色心理旋转错误数。实验二：冠状面上心理旋转的角色效应实验二在实验被试，实验设计和实验程序上与试验一基本相同，在实验程序上存在着不同之处。在预备阶段，向被试告知何为围绕身体前-后轴的顺时针自我旋转。在学习阶段,A组被试想象四个色球分别位于他的上、下、左、右四个方向（第一人称角色条件）；B组被试想象四个色球分别位于他同学张某的上、下、左、右四个方向（第三人称角色条件）。在正式测验阶段，A组被试想象自己围绕身体前-后轴顺时针旋转后，判断其身体某侧（上、下、左或右）是什么色球（第一人称角色心理旋转）；B组被试使“想象自己“围绕其前-后轴顺时针旋转后，判断“想象自己”的某侧（上、下、左或右）是什么色球（第三人称角色心理旋转）。实验结果说明，旋转类型和旋转度一样均是影响心理旋转的重要因素，冠状面内的第三人称角色心理旋转易于第一人称角色心理旋转。图3显示，两种角色00心理旋转反应时无显著性差异［F（1,36）=3.25,p>0.05］。90°、1800和2700旋转条件下，两种角色心理旋转的反应时均存在显著性差异，第三人称角色心理旋转均快于第一人称角色心理旋。图4显示：在四个旋转角度上，第一人称角色心理旋转错误数均多于第三人称角色心理旋转错误数。8r圏4第…人称角色和第三人椎相色冠状「II心理旋转半均错误数3实验结论空间表征转换的角色方式对心理旋转产生显著影响，第三人称角色心理旋转易于第一人称角色心理旋转，即存在心理旋转的角色效应。而且，这种角色效应并不只在特定旋转条件下才出现，具有更大的普遍性。并且在实验研究中说明，当被试的旋转轴与自身的重力方向一致时，被试的心理旋转能力较好。而且猜想第三人称角色心理旋转的优势可能与视者旋转前后实际视点与想象视点方向的差异性有关。外文前沿研究题目：Istherea‘‘specialrelationship''betweenunconsciousemotionsandvisualimagery?Evidencefromamentalrotationtest・NicolaMammarella1.1被试：48名来自ChietiUniversity的本科生，其中男生24名，女生24名。将被试分成两组：一组接受无意识的积极情绪的环境，另一组接受无意识的消极情绪的环境。将两组被试按照性别、年龄、VVIQ的分数以及一项心里旋转的基线分数进行匹配〔图1为被试的分组及其基本信息〕TableIClnracteristicsufparticipants[meansand血口血rdCondiLionAge(years:Ediicjduii:鸭』门；W]QscoreBeelineMRPOS.22.9；3.4}14.4(1.3)3.2(0.6)6.9(15)22,913.0：-15,3h33.2[0.7：7,0(1,5)Afotf.Noneof(hecompArisonswmsignillcant(MR=mentalrowiui；.心理旋转的任务首先被试要先进行一项心理旋转的测试即MRT（Vandenberg&Kuse,1978〕该项测试包含20个图像匹配试题，当被试进行测试时，靶子图像会被呈现在屏幕的左边，而旋转的答案图像呈现在投影面的右边。其中一半的图像测验是相匹配的（即经过旋转图像是可以重合的，即相同的〕被试需要指出呈现在右边的图片是否是被旋转的靶子图片。对匹配图片进行了各个不同角度的旋转并且分布在一个高8cm、宽9cm的矩形区域内。用高兴和悲伤的的情绪表达来引起被试的基本的无意识的情绪反应。三种表情图示（一种是中立的，一种是积极的，一种是消极的〕覆盖了6*8度的视角。潜意识呈现在每次心理旋转的匹配测验呈现之后，按照Fig丄panelA.所示进行潜意识呈现。特别指出的是，潜意识情感表达被一种二维几何图形的模式所掩饰了。三种被掩饰了的表情图示都被应用在实验过程中，并且每种表情都对相同的几何形状和心理旋转的图像的区域做了不同的安排。实验时，先呈现一个前向的掩蔽刺激（50ms〕然后呈现一个潜意识的表情（16ms〕，紧接着再呈现后向掩蔽刺激（400ms〕最后呈现心理旋转测试中两实验图片，让被试判断图片是否是一致的。在每次图像匹配测验的时候都要进行潜意识的表情呈现。每个中间刺激的间隔为1m。在基线条件下，被掩饰了的表情为中立的表情；在积极或消极的情况下，为微笑或悲伤的表情。心理旋转测试中的图片匹配在积极和消极两种情况下是相同的，需要匹配的图片会一直出现在屏幕上，直到被试做出反应。被试答复时,在电脑上选择恰当的按键。（如果呈现在右边的图像是经过旋转的靶子图片则选择“YES”；如果不是，则选择“NO”〕在被试的匹配方面，首先，在中立的潜意识表情呈现的情况下，所有的被试完成

一次完整的图像匹配测验。随后将被试分成两组，一半被试被确认为积极表情组,另一半被试则为消极表情组。实验结论：实验的数据经过分析说明，潜意识情感积极组和消极组在心理旋转图片匹配测验上并没有显著性的差异，积极情感组正确识别为；但潜意识情感中立组和潜意识情感组在心理旋转测验上存在显著性的差异，潜意识情感组正确识别为17.7，而情感中立组为6.9•该实验说明，无意识的情感对心理旋转有影响，但情绪的类型对心理旋转的影响不显著。实验中图片与情感表情呈现方式及顺序：〔三〕实验设计一、心理旋转中是否存在情绪效应实验假设：根据NicolaMammarella的研究，在心理旋转的测试中，无意识情绪〔消极或积极情绪〕组的成绩要好于无意识情绪中立组，但积极情绪组和消极情绪组不存在显著性差异。由NicolaMammarella的实验研究推测，假设对实验被试进行情绪易感性的筛选并使情绪因素到达被试的意识层面，猜测在积极情绪组和消极情绪组在心理旋转的测试中会出现显著性差异。因此，本实验假设在心理旋转的测试中〔测试难度不变并为中等难度〕，被试的情感效价〔正性、负性〕会对心理旋转的能力产生影响，而且情感正性效价组会优于情感负性效价组。实验材料：不同角度的正的和反的字母“P”〔0。，600，1200，1800，2400，300。〕的12个样本；速示器以及记录被试反应时的仪器；情绪诱发材料，有研究说明情绪可以通过动态的刺激来诱发，这些动态的刺激材料综合了视觉、听觉刺激材料的特点，能更好的诱发情绪。电影或录像等多媒体材料在情绪研究中十分常用。A组观看搞笑视频如《东成西就》电影片段，并确定为正性情绪组；B组观看如“汶川地震纪录片”的视频，并确认为负性情绪组。自变量：字符旋转角度〔00，600，1200，1800，2400，3000〕；启动刺激的情绪效价〔正性、负性〕；字母的类型〔正像，镜像〕，采用6*2*2的设计。因变量：被试心理旋转的能力以被试的反应时和错误数为实验指标。实验过程筛选被试，用卡特尔16PF对被试进行测验，通过情感性维度的得分，选取得分在8分以上的作为实验被试，将选取的被试按照年龄、专业等进行匹配并分成两组，A组和B组。在进行心理旋转任务前，先通过启动刺激来诱发被试的情绪，A组观看搞笑视频如《东成西就》电影片段，并确定为正性情绪组；B组观看如“汶川地震纪录片”的视频，并确认为负性情绪组。实验时，被试观看情绪诱导视频〔5min〕，然后用速示器向被试呈现字母“P”的某一样本，要求被试判断字母是正像的还是镜像的。要求被试尽快作反应，并记录其反应时和错误数。在每项任务中按照注视点、刺激物和空屏的顺序进行呈现以克服被试准备状态、练习和疲劳等因素的影响。二．心理旋转中是否存在情绪冲突效应实验假设：根据以上的研究结果说明情绪会对心理