第五讲 心理物理法.ppt

1、Psychophysics,-心理物理法,Psychological brightness - Physical visual intensity,Psycho-Physics Brightness-Visual intensity Loudness-Auditory intensity Heaviness-Weight Pain - Electrical intensity,What does it mean when a subject reports that he or she detects a painful stimulus? Topic: Operational definit

2、ions Illustration: Thresholds How do we determine whether one light intensity appears twice as bright as another? Topic: Measurement scales Illustration: Fechners Law and Stevens Law What methods were used in the research of psychophysics? Topic: Small-n designs Illustration: Psychophysical methods,

3、Three scientific topics,Outline,Operational definitions Thresholds Absolute threshold Difference threshold Webers Law Operational definitions of thresholds Methods of limits Signal Detection Theory,Operational definitions,A formula for building a construct in such a way that other scientists can dup

4、licate it, by specifying the operations used to produce and measure it.,Thresholds,阈限可以分为两类：绝对阈限(AL)和差别阈限(DL) 绝对阈限是指刚刚能引起感觉的刺激量； 差别阈限是指刚刚能引起差别感觉的刺激间的最小差别。 然而根据上述两个定义，我们无法对它们进行测量。为了便于测量，必须给抽象的定义下操作定义。 绝对阈限的操作定义：有50%的实验次数能引起积极反应的刺激值。 差别阈限的操作定义：有50%的实验次数能引起差别感觉的那个刺激强度差。,Absolute threshold A smallest in

5、tensity of a sensory stimulus that can be detected or can reliably evoke a sensation.,阈限测定实验的基本要求,选好刺激系列和反应系列。刺激系列是指一系列强度不同的同类刺激。刺激系列的范围要包括被试总是无法感觉到刺激和被试一直能感觉到的刺激。 要尽量简化被试对刺激所作的反应。常用的反应有：“有、无”；“大于，小于，等于”；“两倍，一半”等。 测定的次数要多。由于阈限值不是一个突然的分界点，而是一个逐渐的过度区，因此需要多次反复测量。一般都需要上百次。,采用最小变化法测定绝对阈限,最小变化法 又叫极限法。其特点为

6、： （1）将刺激按递增或递减系列的方式交替出现；（2）各系列刺激由小到大或由大到小以间隔相等的小步阶梯变化；（3）目的在于探索从一类反应到另一类反应的转折点或阈限位置。 自变量（注意：阈限测定中的实验和前述实验不同） 自变量为刺激系列和呈现方式。刺激系列包括15-20个具体的刺激值，即检查点。呈现方式包括渐增系列和渐减系列，为了控制顺序效应，二者以ABBA的顺序交替呈现。渐增系列从阈下刺激开始，渐减系列从阈上刺激开始。两种系列的实验次数分别至少需要50次。 因变量 被试的内省报告，具体反应为“有”和“无”，主试分别用“+”和“-”记录被试的反应。递增系列在第一次报告“有”时停止，递减系列在第一

7、次报告“无”时停止。,阈限的确定 在一个刺激系列中，被试报告“有”和“无”时，相应的两个刺激强度的中点，就是这个系列的阈限值。在每个系列的阈限值的基础上，计算出递增系列与递减系列的两个平均值，这两个平均值的平均数就是一种感觉的绝对阈限值。 误差及控制 被试受到对刺激由“是”变为“否”过程中预期的影响。 被试会非常小心地改变判断。,某些近似的觉察阈限,引自Schiffman（1996），这些阈限值仅作示意用。 1ft. = 30.48cm,Difference threshold The smallest detectable change in a stimulus or difference

8、 between two stimuli that can be reliably detected.,采用最小变化法测量差别阈限,自变量（实验刺激） 每次试验都包含两个刺激：标准刺激和比较刺激。 比较刺激也有渐增系列和渐减系列；标准刺激与比较刺激可以同时呈现也可以继时呈现。 因变量 有关差别感觉的内省报告。有三种反应结果：比较刺激标准刺激，记录为“+”； 比较刺激标准刺激，记录为“-”； 比较刺激=标准刺激，记录为“=”。,差别上限（Upper threshold，UT） ：渐增系列中从第一次（最后一次）非“正”到“正”的之间的中点，和渐减系列中从最后一次“正”到非“正”之间的中点 差别下限

9、（ Lower threshold ，LT）：渐增系列中从最后一次“负”到第一次非“负”之间的中点；和渐减系列中从第一次非“负”到“负”之间的中点。 不肯定间距（Interval of uncertainty, IU）：上限与下限之间的距离， IU= UT- LT 主观相等点（Point of subjective equality, PSE）：就是不肯定间距的中点。PSE与标准刺激之间的差别为常误（CE）。 差别阈限：不肯定间距的一半。IU/2,差别阈限的确定,Webers Law: I / I = K （I表示标准刺激的物理量；I表示差别阈限； K是常数） 差别阈限和标准刺激成正比，并且差

10、别阈限和标准刺激的比例是个常数。 The magnitude of the difference threshold increases with increases in the magnitude of the standard stimulus.（差别阈限随着标准刺激的增大而增大。） For a particular sensory modality, the size of the difference threshold relative to the standard stimulus is constant.（对于某个特定的感觉，差别阈限相对于标准刺激的值是恒定的。）,http:

11、/.au/jw/hearing.html,最优条件下各种感觉通道的韦伯比例,适用条件 只适用于中等强度的刺激。当标准刺激接近绝对阈限时，韦伯分数有较大的增加。 韦伯定律的意义 是有关心理量与物理量之间函数关系的第一个定律，具有深远的影响。 提供了一个比较辨别能力的重要指标，使个体之间及感觉道之间感受性的比较成为可能。 在社会科学中有深刻引申意义。如在生活满意度，消费心理，个人追求与欲望方面都蕴涵着韦伯定律的道理。,最小变化法 恒定刺激法 平均差误法,Signal Detection Theory (SDT),No threshold,Evidence Inte

12、nsity of the signal The acuity of the observer,Response bias Payoffs Frequency Motivation Vigilance,Response,信号检测论：反应偏向、辨别力指标 主要术语：击中概率、虚报概率、漏报概率、正确否定,概率分布 统计判断标准,Evidence: Tumors may have different image characteristics from healthy lungs (different shape, brighter or darker, different texture, etc

13、.) Response bias Different doctors may feel that the different types of errors are not equal. More “Yes” response. Miss an opportunity for early diagnosis may mean the difference between life and death; False alarm may only result in a routine biopsy operation. More “No” response. Unnecessary surger

14、ies are very bad (expensive, stress, etc.).,e.g. Imagine that a radiologist is examining a CT scan, looking for evidence of a tumor.,Noise 胶片上的污迹、 某人正常的肺看上去像肿瘤 Signal + Noise 肿瘤污迹、像肿瘤部分,Receiver-operating characteristic (ROC) curve接受者操作特征曲线等感受性曲线,Sensitivity (d)：Evidence Criterion (): Response bias,

15、ROC曲线举例：实验内容,让被试在白噪音的的背景上检测一个纯音信号。为了改变被试的判断标准，使用了五种先验概率，分别为0.1、0.3、0.5、0.7、0.9。每个先验概率测试400次。 实验结果： P（SN） 0.10 0.30 0.50 0.70 0.90 P（y/N） 0.10 0.22 0.41 0.61 0.65 P（y/SN） 0.30 0.50 0.70 0.78 0.88 ZN 1.28 0.77 0.23 -0.02 -0.39 ZSN 0.52 0.00 -0.53 -0.77 -1.17 d 0.76 0.77 0.76 0.75 0.78 1.98 1.34 0.89 0

16、.74 0.54,P（SN） 0.10 0.30 0.50 0.70 0.90 P（y/N） 0.10 0.22 0.41 0.61 0.65 P（y/SN） 0.30 0.50 0.70 0.78 0.88 d 0.76 0.77 0.76 0.75 0.78 1.98 1.34 0.89 0.74 0.54,图示：,0 0.20 0.40 0.60 0.80 1.0 P（y/N）,1.0,0.8,0.6,0.4,0.2,P（y/SN）,五种先验概率下的ROC曲线,ROC曲线的特性： （1）对于一条特定的ROC曲线来说，d是恒定的，所以也叫等感受性曲线。 （2）对角线代表辨别力等于0的一条线

17、，也叫纯机遇线。 （3）ROC曲线离纯机遇线越远，表明被试的辨别力越强。 （4）辨别力不同的被试的ROC曲线也不同。,d: Distance between signal and noise distribution; Maximum distance between the ROC curve and the diagonal,1 0.05844 / 0.243 2 0.243 / 0.39894 1 0.39894 / 0.243,Slope of the ROC function at the point of interest.,SN +1 -1 N -1 +1,反应,刺激,y,n,支

18、 付 矩 阵,SN +20 -20 N -1 +1,反应,刺激,y,n,SN +1 -1 N -30 +30,反应,刺激,y,n,No threshold? Intensity of stimulus:detectable, undetectable Decision threshold:report, or not report d, ,Advantages The ability to measure both sensitivity and response bias. Applications Medical-imaging systems Accuracy of lie detect

19、ors Eyewitness testimony Aptitude tests for selecting suitable personnel,Topic: Measurement scalesIllustration: Fechners Law and Stevens Law,Outline,Properties of measurement scales Types of measurement scales Two approaches toward the measurement of sensation,Properties of measurement scales,Differ

20、ence（差异） Magnitude（强度） Equal intervals（等距） True zero（绝对零点）,Nominal scales(名称量表) Ordinal scales（顺序量表） Interval scales（等距量表） Ratio scales（比例量表）,Types of measurement scales,Two approaches toward the measurement of sensation,Fechners Law Indirect scaling Based on Webers law Absolute threshold indicates

21、the point of zero sensation. Just-noticeable difference (最小可觉差, JND) The internal sensation evoked by two stimuli that differ by one difference threshold. The unit defining the intervals of an internal psychological scale. Ordinal scale(顺序量表) = K log (S) 当刺激量以几何级数增加时,心理量则以算术级数增加.,Stevens Power Law (

22、幂定律) Direct scaling Method of magnitude estimation E.g., Essay exams Ratio scale = K Sn 心理量和物理量都按几何级数增长.,Topic: Small-n designs (小样本设计)Illustration: Psychophysical methods,Small-n designs,A large number of tightly controlled observations are made on a small number of observers.(基于少量被试在严格控制的环境下得到大量观测

23、值。),When use small-n designs?,Less-complex psychological processes Well-controlled settings E.g., Psychophysics, Learning,Summary,Topic: Operational definitionsIllustration: Thresholds Operational definitions Thresholds Absolute threshold Difference threshold Webers Law Operational definitions of thresholds Methods of l