反应时实验心理学

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1、第四章反应时 本章主要内容 一 反应时的研究历史二 反应时研究的基本问题三 反应时新法 第一节反应时的研究历史 任何心理活动都需要时间 因此 反应时是心理实验中使用最早 应用最广泛的反应变量之一 一 什么是反应时反应时 reactiontime 是指从刺激的呈现到明显反应开始之间所需要的时间 简称为RT 也称反应时间或 反应的潜伏期 反应的潜伏期包含五个阶段的时间1 感觉器官接受刺激 产生神经冲动 2 神经冲动经外周感觉神经元传入大脑神经中枢系统 3 大脑中枢对信号进行加工和处理 发出信号 4 信号从大脑中枢神经系统传出 经由外周运动神经元传至效应器 5 效应器做出反应 其中大脑加工所费的时间

2、最多 二 反应时研究简史 一 第一阶段 1850 1969 1796年英国格林威治天文台公案引发人差方程 personalequation 的研究天文台台长发现 助手记录星体经过望远镜中的铜线时间要比自己记录的时间慢约半秒钟贝塞尔 F W Bessel 系统的比较了自己与另一位天文学家观察7颗星体的时间 发现了系统偏差B A 1 233秒 二 反应时研究简史 1850年赫尔姆霍茨 Helmholtz 成功测定蛙的运动神经传导速度26m s 后测定人的神经传导速度约为60m s 根据神经传导速度如此之快 可以得出结论 人体大脑的反应时间比较长且变动很大 赫尔姆霍兹 Helmholtz 1821

3、1894 德国著名的物理学家和生理学家 他曾从师于当时著名的生理学家缪勒 在心理学的多个方面都做出很大的贡献 他的主要著作有 生理光学纲要 等 当时人们以为 神经传导的速度与光速差不多 所以不能测量 赫尔姆霍兹冲破了这个禁区 他于1850年第一次用蛙神经进行了神经传导速率的测量 他首先以电剌激蛙神经 然后采用自己发明的筋肉测量计测量筋肉收缩与神经长度的关系 由此 他得出蛙神经的传导速率约为26米 秒 后来他又用同样的方法测量了人的神经的传速率 结果为50 100米 秒 他的测量虽然不太精确 但却开创了心理活动过程的测量和反应时经典研究的先河 二 反应时研究简史 1868年 唐德斯 Donder

4、s 对RT技术的贡献 DondersABCofreactiontime 1879年及以后 冯特及其学生对反应时间进行了系列研究 其中 Cattell揭示了选择反应时长于简单反应时的原因 在反应的准备上不同 接通更多的神经通路 被试在做简单反映测验时 注意力完全集中于即将出现的刺激和运动的手指上 眼睛 大脑 手指之间的神经通路早已做好准备进行反应 被试在做选择反应时时 需要有更多的神经通路来作接通准备 被试的心理状态会比较复杂 因此导致RT延长 20世纪50年代中期以后 认知心理学兴起 认知心理学主张研究认知活动本身的结构和过程 并把这些过程看作信息加工过程 而任何过程都需要时间 因而可利用反应

5、时间这一客观指标 来对加工过程进行研究 以揭示信息加工过程和信息加工的各个阶段 例如 运用反应时间相减法 安排两种作业A和B 其中A包含B所没有的某个特定心理过程 而在其他方面相同 那么这两个作业的反应时间之差就是那个特定的心理过程所需要的时间 二 第二阶段 1969 1969年 Sternberg在相减法的基础上发展了反应时间的相加因素法 相加因素法假定 完成一个作业所需的时间是一系列信息加工阶段分别所需时间的总和 由于反应时间的相减法和相加因素法都不是直接测得某一特定加工阶段所需的时间 而是要通过间接的比较才能得到 并且相应的加工阶段也要通过严密的推理才能被发现 因此 Hamilton等

6、1977 Hockey等 1981 发展了一种新的实验技术 开窗 实验 Meyer等 1988 速度 准确率分解技术 speed accuracydecomposition SAD 第二节反应时研究的基本问题 唐德斯为了揭示反应时任务中的一些心理加工过程 设计了两类反应时任务 简单反应时和选择反应时任务 第二节反应时研究的基本问题 一 简单反应时和选择反应时 一 简单反应时简单反应时 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反应时 被试的任务很简单 他预先已知道将有什么样的刺激出现 并需要作出什么样的反应 1

7、听觉简单反应时 在听觉简单反应时任务中 研究者通过耳机向被试呈现声音信号 并要求被试一听到信号 就尽快地按某一反应键 1 听觉简单反应时 实验刚开始会很慢 经过多次练习后 建立了信号和反应之间的联系 反应时会迅速减小 任何时刻被试对听觉刺激的简单RT都不会完全相同 会受到刺激本身和被试练习水平的影响 偏态分布分布并非对称于最高点 130毫秒 它是偏态的 低于100毫秒的反应只出现一次 而高于160毫秒的反应却不少 生物墙 100毫秒揭示了人类听觉反应的限制 听觉简单反应时 感官换能 神经传导 大脑加工和肌肉运动的时间总和 生物墙是人类能力的限制 根源于人体机能 震动 耳廓运动 听小骨 耳蜗中气

8、流运动 耳蜗纤毛摆动 转化为听神经的神经冲动 通过郎飞氏结传递到大脑 大脑信息加工 对信息做出反应 通过郎飞氏结传导以及突触传递到达肌肉组织 产生运动 2 视觉简单反应时 视觉简单反应时实验 首先要安排好呈现光刺激的屏幕 反应键以及计时设备 然后请被试进入一个弱光照明的实验室 要求被试端坐在屏幕前 指示他一旦看到屏幕上出现红光就立即按下反应键 最初测得的反应时可能长达0 5秒 多次测定后很快会降至0 2 0 25秒 再后可能会降至0 2秒以下 但无论怎样练习 都不可能降至0 15秒之下 视觉简单反应时较听觉简单反应时来得慢 不同振动频率的声音引起科蒂氏器官不同长度的纤毛摆动 换能是直接的 从而

9、转化成听神经的神经冲动形式 视网膜需要花时间来积累光量子 达到一定阈值后感光细胞才会引起视神经细胞的兴奋 听觉反应时又较触觉反应时来得慢 简单反应时具有通道差异性 二 选择反应时 选择反应时 choicereactiontime 就是根据不同的刺激物 而在多种反应方式中选择符合要求的 并执行反应所需要的时间 与简单反应时不同的是 选择反应时任务中的刺激与反应之间存在多样而复杂的联系 更贴合日常生活的复杂反应 Eg 司机开车时做出的反应 选择反应时间实验 安排红和绿两种不同的色光刺激 有两个反应键放在被试面前 规定其用左右手指各放在一个键上 并用右手反应红光 用左手反应绿光 这是选择反应测量的典

10、型示例 显然 在这一选择时间里包括了被试的辨别和选择活动所花费的时间 他必须在作出反应之前对不同刺激有所辨别 并作出不同反应的选择 结果发现二择一的选择反应时比简单反应时长约0 07秒 这一时间便是辨别 分辨红绿 和选择 左手反应 右手反应 所需要的时间 听通道的选择反应也比简单反应慢0 07秒 选择数目与RT的关系 同一感觉通道的前提下 RT lgN 默克尔 1885 戈热 Gauge 绘制了目前公认的选择数目与反应时的关系曲线图 单一通道 二 速度 准确性权衡 RT能够衡量被试加工的自动化程度 概念的激活水平以及注意需求量等 RT在心理学研究中经常被作为因变量指标 包括两层含义 反应快慢和

11、反应的准确性 RT实验的一个突出问题就是反应速度和反应准确性间的反向关系 这使得我们必须对它们之间做出权衡 Eg 当我们急于完成某事 更可能犯错相反 当我们试图准确的完成工作时 速度就会变慢 二 速度 准确性权衡 速度 准确性权衡 speed accuracytradeoff 的含义 一 速度 准确性权衡的例证刺激呈现的概率和反应时的关系 泰奥斯 Theios 1975 刺激呈现 视觉 每次出现一个数字被试任务 只需对某一特定的数字 例如4 作出反应 而对其他数字则不作反应 实验的自变量是特定数字出现的概率 相对频数 概率的变化范围是0 2 0 8 Theios实验结果分析 在不考虑错误率的情

12、况下 刺激呈现概率基本不影响反应时 印证了简单反应时总是趋于一个稳定值的结论 任务性质与被试情况分析任务相当简单被试是具有较高文化水平的大学生错误率的变化是有规律的错误率的系统变化是由于被试试图保持反应速度而导致的 当概率很小时 被试在保持速度的同时会遇到更多的 噪音 导致被试出现错误 帕奇勒 Pachella 1974 在实验中发现 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 二 速度 准确性权衡 奈特和坎特威茨 Knight和Kantowitz 1974 的实验自变量 两个间隔很短的刺激因变量 反应时和反应错误率结果 刺激间隔和错误率间存在某种关系 刺激间

13、隔越短 错误率就越高根据速度 准确性权衡的原则 在短刺激间隔情况下 要保持与长刺激间隔相同的错误率 反应时就一定会加长 二 速度 准确性权衡与实验信度 关于速度 准确性权衡的探讨与以RT为因变量的心理学实验的信度有着密切的关联 对于速度 准确性权衡的探讨有利于提高实验信度 二 速度 准确性权衡与实验信度 东克尔的盒子问题 功能固着现象 在盒子问题中 被试的任务是把三支小蜡烛安置在与视线相平行的门上 被试使用的材料放在桌子上 几枚大头钉 几根火柴 三个火柴盒大小的用纸板做的盒子以及蜡烛 问题的解决办法是先把盒子钉到门上作为平台 然后再把蜡烛底部融化后粘在盒子上 在控制条件下 盒子是空的 而在功能

14、固着的条件下 盒子装上所有的材料 一个装几支蜡烛 第二个装图钉 第三个装火柴 这样 在功能固着的条件下 盒子的功能就作为一个容器固定在被试的头脑中 第三个条件 即中性物用途的条件 在这种条件中 盒子也作为容器 但装的是中性物品比如钮扣等非解决问题所需的物品 实验结果 实验采用被试间设计 东克尔在每个实验仅安排了7个被试 在每种条件下被试解决问题的人数结果 控制条件下 7位被试都解决了问题 但仅43 的被试 7个中的3个 在功能固着的条件下解决了问题 在中性条件下 只有一个被试 占14 解决了问题 结论 功能固着影响了问题解决 疑问 真的如此吗 亚当森将时间变量纳入该实验对东克尔的实验信度进行了

15、检验 亚当森 Adamson 的验证 他运用三个问题中 比较被试在功能固着条件下和控制条件下的结果来验证东克尔的最初实验 这些问题包括上面已讨论过的盒子问题 还有新加的回形针问题和螺丝锥问题 在每种问题的解决中 对有某物体的先前经验的被试 功能固着 和没有这类经验的控制组被试的结果进行了比较 亚当森主要关注东克尔实验中被试数量少的问题 因而在他的六种情况中分别使用了26 29个被试 测试因变量的指标有两个 在20分钟内能够解决问题的被试百分率和被试成功解决问题所花的时间 实验结果 当亚当森使用解决问题的被试百分比作为因变量时 只在盒子问题上验证了功能固着效应 多达86 的控制组被试和41 的功

16、能固着组被试解决了盒子问题 然而 由于另外两种情况中存在天花板效应 其结果不可能解释原先实验的结论 即 两种条件下 控制V S 功能固着 几乎所有被试都解决了问题 实验结果没有差异 每种条件下两个问题的解决率接近100 但是根据前面因变量的讨论 我们没有根据认为在这些情形下两种条件间无差别 因此 在一定程度上可以说 该实验的结论是 因变量反应不灵敏以至于我们无法识别两种条件下的任何可能差别 原因分析 反应时间过长 导致被试足以避免固着的影响 因此 需要从反应时间的角度来检验固着的大小效应 实验结果 20分钟的时间限制对被试来说 过于简单 足以让功能固着组被试跳出思维定势从而解决问题 准确率的天花板效应似乎不可避免 提出一个假设 在被试遵循提高准确率时 反应时会不会随着功能固着效应的增大而提高 第二个因变量指标 反应时验证了该假设 尽管几乎所有被试都能解决问题 但两种条件下的反应时有很大差别 不管是在解决螺丝锥问题时 还是在解决回形针问题时 被试在控制条件下解决问题要比在功能固着条件下解决问题快得多 亚当森这一结论明显提高了整个研究的信度 使得功能固着效应在三个任务中都得到了验证 三 影