现代心理实验技术的发展与应用 摘要：本文回顾了心理实验研究技术手段的发展历程，介绍了心理实验技术的简要分类，并对当今心理学界广泛使用的各种实验研究技术从原理和应用概况方面作了详细的探讨，包括认知实验心理范式、认知神经科学范式和生物电技术范式三大类实验研究技术，最后对心理实验技术的发展态势作了展望 关键词：心理技术；实验技术；认知心理学；认知神经科学；综述 一、 心理实验技术的发展概述 1879 年，冯特在德国莱比锡大学创建了世界上第一个心理学实验室，标志着心理学从此成为一门独立的实验科学[1]为了与过去的心理学有所区别，人们将这时开始的心理学称之为科学心理学，它作为一门学科的发展历史至今仅一百多年从心理学的历史发端我们可以看出，实验研究方法在其中起到了举足轻重的作用从19世纪末到20世纪20年代，在科学心理学诞生后的最初几十年里，心理学的研究方法和技术主要是传统的心理物理法仪器设备还处于朴素的机械装置水平，对心理和行为的研究主要是通过表面上看得见、摸得着的现象推断内在的心理过程在行为主义心理学的鼎盛时期（从20世纪20到60年代），研究方法与技术手段主要是围绕着行为主义的思想和研究思路，即采用测量刺激―反应的过程的技术路线来推断心理和行为的内部机制。
如巴甫洛夫研究狗的条件反射活动的条件反射装置；桑代克的用来研究猫的行为习得的迷笼装置；斯金纳进行操作性条件反射研究的“斯金纳箱”从20世纪60年代到现在，认知心理学的兴起逐渐取代了行为主义的研究思路，心理学家开始采用新的方法和技术手段来研究心理与行为活动背后的心理机制如认知心理学研究最常用的实验技术就是反应时测量技术20世纪90年代以来，医学研究的技术手段在心理学中得到广泛的应用，并产生了新的学科――认知神经科学，如常用的实验仪器有功能磁共振成像技术（fMRI）、正电子扫描技术（PET）、脑电技术（EEG/ERP）等，这些认知神经科学技术的应用把脑机制的研究推动到一个崭新的阶段[2] 当代心理学跟古代心理学的本质差异主要表现在研究方法和手段上[3]19 世纪以前，哲学家多采用“思辨”的方法去探讨心理现象他们运用臆测、内省、推理和直觉，或基于个人的主观经验来推测心理的本质他们常被心理史学家们称为“安乐椅上的心理学家”现代心理学家则特别注重采用观察、调查、访谈和实验等方法来研究各种心理现象心理学的发展历史表明，研究方法和各种技术手段对心理科学的产生和发展轨迹有着关键性影响 二、 心理实验技术的分类 莫雷等人对传统的心理学研究方法体系重新进行了建构[3-4]，提出双层次的研究方法与技术体系，其中对第二层次的研究技术的分类如图1所示。
他们将变量数据的获得方法（即主要指心理学的实验研究技术）总体上概括成三类：第一类是测评法，就是通过测评技术来获得变量数据，主要包括测量法、问卷法、评定法等第二类是实验心理范式，即在实验中对各种心理特质或行为的特定的作业测定方式，这些实验范式的形成，都是由某项研究首先创立，由于其准确有效而为后来的研究所沿用，从而成为进行某种特质研究时取得量化数据的典型方式（范式） 实验心理范式可以分为传统的实验心理范式与现代认知实验心理范式，采用新的实验仪器如眼动仪等而形成的获得变量数据的手段也列为这类范式第三类是认知神经科学范式，这种研究范式从20世纪后期开始出现，现在正逐步成为心理学研究的主流取向，它运用功能性核磁共振技术、事件相关电位技术、脑磁图、单细胞记录技术等手段，从神经机制的水平来获得数据材料，以证明有关心理现象与心理规律的观点 其中，第二类和第三类方法区别于第一类的“测评法”，是同属于实验法的技术范式实验法是目前心理科学乃至现代自然科学最主要的研究方法，在科学方法中，实验法是公认的最严谨的方法，自然科学之所以进步，主要是依靠实验方法上的一再突破[5]因此，本文着重讨论实验法下的各种心理实验技术。
从国内外现行的各种实验研究技术的应用看，图1虚线框内的“认知实验心理范式”和“认知神经科学范式”两类实验技术范式最为流行、应用最为广泛，为区别于传统实验心理范式，我们将认知实验心理范式和认知神经科学范式统称为现代心理实验技术范式认知实验心理范式主要是指当代认知心理学各研究领域所采用的实验技术，其研究的核心是揭示认知过程的内部心理机制，即信息是如何获得、贮存、加工和使用的[6]认知心理学家是用信息论、控制论及计算机的概念理解和解释心理现象并构建心理过程的模型，他们将大脑视为一个黑匣子，很少考虑其理论的神经基础或者心理现象的脑机制[7]日常生活、临床经验和科学研究都表明：脑是心理的器官，心理是脑的机能[8-9]著名的认知神经科学家加扎尼加指出，如果不研究大脑，我们根本无法真正揭示心理活动到底是怎样进行的[10]认知神经科学范式恰恰弥补了认知实验心理范式研究中的缺陷和诸多不足认知神经科学把心理与大脑的统一理解作为自己的目标，强调心理活动是大脑的功能这个简单的真理[11]，并以心理的物质基础――大脑，为研究本源，探讨心理和行为的脑机制 三、 现代心理实验技术与应用 （一）认知实验心理范式 认知实验心理范式主要指建立在现代信息加工观点之上的实验技术范式。
其主要特点是借助于复杂的实验设计，通过反应时和正确率等较简单的指标，实现对人类心理与行为内部机制的研究目前，国内外各实验室应用比较广泛的认知实验技术主要包括行为实验技术、眼动实验技术和虚拟现实技术三大类 1. 行为实验技术 信息加工心理学主张用信息加工的术语和计算机工作原理对人类行为进行准确的描述，通过计算机模拟验证有关认知过程的心理学理论但在实际的研究中，信息加工心理学中应用最广泛的方法并不是计算机模拟法，而是以信息加工思想为指导的认知行为实验法，我们常称之为认知行为实验技术或行为实验技术目前，此类技术主要是通过计算机来实现心理实验材料的编辑与制作、实验参数控制、实验过程与实验设计控制、被试信息与实验数据的采集与初步处理等的全过程，既可以使心理实验标准化，同时也尽可能避免各种可能影响实验结果的额外因素对实验结果造成的不利影响除计算机硬件本身的技术外，全球通用的标准化心理实验生成系统也越来越多地面诸于世，如E-Prime、Inquist、D-Master、SuperLab、Presentation，等等这些标准化的软件，使心理实验的误差最小化，也使心理学实验重复验证的差异最小化[4，12]。
2. 眼动实验技术 眼睛是心灵的窗口，透过这个窗口我们可以探究人的许多心理活动的规律因此对于“人是如何看事物”的科学研究一直没有间断过关于这一点，对于眼睛的运动（即眼动）的研究被认为是视觉信息加工研究中最有效的手段由此，眼动研究技术应运而生，精密地测量眼动规律的各种仪器即眼动仪也相继问世，为心理学的实验研究提供了新的有效工具 眼动研究是通过眼动仪记录被试在完成心理任务时眼球运动的信息来研究相关的心理活动及规律如通过记录被试的注视时间与频率、眼跳次数与角度、回扫次数、兴趣区（AOI）、眼球运动轨迹等客观指标，探索人的心理现象和活动规律眼动在心理学研究方面的应用主要集中在阅读心理、图形认知、广告心理和交通心理等方面眼动在应用领域的研究也很成熟，如工效学、广告学、航空、医学和体育等都有诸多的应用研究[13，14] 3. 虚拟现实技术 虚拟现实是指用计算机生成一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰从本质上来说，虚拟现实是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知交互手段，最大程度地方便用户操作。
一般来说，一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境，以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器，以头盔显示器为核心的视觉系统，以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统，以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备，以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成其主要设备有BOOM可移动式显示器、数据手套、TELETACT手套、数据衣等 虚拟现实技术在心理学研究方面也有广泛的应用如美国心理学家利用虚拟现实技术成功治疗恐高症和恐物症；英国科学家目前也正利用此项技术研究一种普遍的心理疾病――妄想症在军事训练方面，运用虚拟现实技术创造出部队训练所需的“人工合成作战环境”，使参训者能体会到视觉、听觉、触觉等人体全部感觉的作用运用战争“预实践”开展心理训练，具有传统理论教育、心理疏导、实装模拟、实兵演习等心理训练模式所不具有的独特优势 （二）认知神经科学范式 认知神经科学被视为21世纪的领头学科，同时也是代表当前科学心理学最先进研究理念和最高研究水平的一种研究范式认知神经科学是一门研究人脑高级功能的学科，其研究目的在于阐明认知活动的脑机制，它采用自下而上的研究策略，从大脑的工作方式入手来研究认知，并通过各种无创伤的研究技术手段，直接观察大脑及其加工过程[15]。
目前，认知神经科学常用的研究技术主要可分成脑成像技术和脑损伤技术两大类脑成像技术中以fMRI、ERP、MEG、PET、NIRS五大技术最受欢迎和重视脑损伤技术主要是通过虚拟脑损伤的方法来实现，但这种脑损伤是暂时的、可逆的，目前主要通过TMS技术来实现 1. 功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI ） 功能磁共振成像（fMRI ）技术是通过一定的刺激使大脑皮层各功能区在磁共振设备上成像的方法，它结合了功能、影像和解剖三方面的因素，是一种在活体人脑定位各功能区的有效方法fMRI的成像原理是脑的神经活动中血红蛋白的动力学反应当神经活动增加时局部的血流量增加，引起局部的脱氧血红蛋白浓度下降脱氧血红蛋白是顺磁性物质，产生局部梯度磁场，使脑激活区信号相对升高，通过磁共振成像系统采集到的图像上可见到激活脑区的信号强度增加，从而获得激活脑区的功能成像图fMRI具有诸多优势，如无创伤性、无放射性、较高的空间分辨率、可重复操作等，因此，fMRI作为脑功能成像的首选方法已被较广泛地应用fMRI在视觉、听觉、嗅觉、语言及认知功能、情绪活动、躯体运动功能、躯体感觉功能等方面都有诸多的研究和应用[16]。
2. 正电子发射计算机断层显像（positron emission computed tomography，PET） PET的依据是一些放射性同位素标记的分子（如含18F的脱氧葡萄糖FDG）能正常地参加脑细胞的新陈代谢这些同位素发射正电子，正电子不稳定，易与负电子撞击而湮灭，所生能量以双向γ射线方式释放测量这两束γ射线的量，即可知该标记同位素分子的含量，从而作为该部位功能活动是否增强的标记PET主要是反映脑内的生化代谢以及生理功能的变化，能进行动态的定量观测，具有其他脑成像技术难以取代的优点其缺陷是需要注射放射性同位素，但基本上无创伤性，另外PET的测量时间也较长PET可用于细胞活性与功能的研究、肿瘤的早期诊断以及神经、精神疾病和脑功能的研究[17-18] 3. 光成像（optical imaging，OI） 光成像的依据是，神经元活动会引起某些有关物质（如水、离子）的改变，导致其光学特性发生变化，在与外加的某些特定波长的光量子相互作用后就得到了相应的光信号通过成像仪器系统探测到此光信号在某一时间间隔内的空间分布，形成影像光学成像具有比fMRI更高的空间和时间分辨率，可以更小的体素来测量总脱氧血红蛋白、总血红蛋白和血容量的改变。