实验心理学4.反应时 图文ppt课件.ppt

第四章 反应时,第一节 反应时间概述 第二节 反应时间的测量与分析 第三节 影响反应时间的因素,第一节 反应时间概述,第四章第一节,有机体对刺激的反应并不能在受到刺激的同时发生，任何心理活动都需要一定的时间。反应时间（reaction time, RT）是指从刺激呈现到有机体做出明显反应所需要的时间。,反应时间的概念,第四章第一节,反应时间包含三个阶段刺激使感受器产生兴奋，其冲动传递到感觉神经元的时间神经冲动经感觉神经传至大脑皮质的感觉中枢和运动中枢，从那里经运动神到效应器的时间效应器接受冲动后开始效应活动的时间,反应时间的研究历史,第四章第一节,反应时间的研究历史,第四章第一节,1850年，德国生理学家Helmholtz开展了历史上第一个测量反应时的实验测得蛙的运动神经传导速度约为26m/s测得人的神经传导速度约为60m/s,反应时间的研究历史,第四章第一节,1868年，荷兰生理学家Donders关于心理过程的速度Donders反应时间ABC减数法,反应时间研究历史,第四章第一节,科学心理学之父Wundt利用反应时间对知觉、注意和联想等一系列心理过程进行了测量1873年奥地利生理学家Exner在论文中首次提出了“反应时间”一词,反应时间研究历史,第四章第一节,20世纪50年代中期，认知心理学的兴起与发展1969年，美国心理学家Sternberg提出加因素法Hamition(1977)和Hockey(1981)提出“开窗”实验Meyer(1988)提出速度与准确率分离技术(speed-accuracy decomposition, SAD)Greenwald(1998)提出内隐联想测验(implicit association test, IAT）,第二节 反应时间的测量与分析,反应时间的测量减数法加因素法“开窗”实验内隐联想测验反应时间的数据分析集中趋势的方法整体分布的方法,第四章第二节,减数法-基本原理,如果一种任务包含另一种任务所没有的某个特定的心理过程，且除此之外二者在其他各个方面均相同，那么这两种反应时间之间的差异即为此心理过程所需的时间。Donders把反应分为三类：A类反应，又称简单反应。在简单反应中仅有一个刺激，当这一个刺激呈现时，便立即对其做出反应。B类反应，又称选择反应。在这类反应中，有多个刺激，每一个刺激都有与它相对应的反应。C类反应，又称辨别反应。与B类反应相类似，辨别反应也具有多个刺激，但不同的是被试仅需要对其中一种刺激做出反应，而不用理会其余的刺激。,第四章第二节,减数法-基本原理,第四章第二节,减数法-经典研究举例,研究目的：证实短时记忆的信息，除听觉编码之外还存在视觉编码。实验过程：给被试并排呈现两个字母，这两个字母可以同时给被试看，或者中间插进短暂的时间间隔，然后要被试指出这一对字母是否相同并按键作出反应，记下反应时。所用的字母对有两种：一种是两个字母的读音和书写方法都一样（AA）；另一种是两个字母的读音相同而写法不同（Aa）实验一时间间隔为0s、0.5s和1s；实验二为0s、1s和2s,第四章第二节,Posner, M. I., Boies, S. J., Eichelman, W. H., & Taylor, R. L. (1969). Retention of visual and name codes of single letters. Journal of Experimental Psychology,减数法-经典研究举例,第四章第二节,Posner, M. I., Boies, S. J., Eichelman, W. H., & Taylor, R. L. (1969). Retention of visual and name codes of single letters. Journal of Experimental Psychology,减数法-经典研究举例,实验结果在两个字母同时呈现时，AA 对的反应时小于Aa 对随着两个字母的时间间隔增加，AA 对的反应时急剧增加，但Aa 对的反应时则没有发生大的变化AA 对和Aa 对的反应时的差逐渐缩小，当时间间隔达到2 秒时，这个差别就已经很小了,第四章第二节,Posner, M. I., Boies, S. J., Eichelman, W. H., & Taylor, R. L. (1969). Retention of visual and name codes of single letters. Journal of Experimental Psychology,减数法-经典研究举例,研究者对实验结果的解释AA 与Aa的反应时之差反映了对Aa的加工中包含了对AA的加工中所没有的过程，反映了内部编码过程的差别。AA 的同时呈现和继时呈现的反应时之差反映的同样是信息编码的这种特点。Posner等人运用反应时间的减数法证实了在短时记忆的信息加工过程中存在着视觉编码和听觉编码两种方式。,第四章第二节,Posner, M. I., Boies, S. J., Eichelman, W. H., & Taylor, R. L. (1969). Retention of visual and name codes of single letters. Journal of Experimental Psychology,减数法-经典研究举例,第四章第二节,非编码阶段时间,AA反应时间,Aa - AA（听觉编码时间）,Aa反应时间,基线时间,视觉编码时间,听觉编码时间,减数法-经典研究举例,心理旋转(mental rotation)是指单凭心理运作的方式，将所知觉的客体进行旋转，从而获得正确知觉经验的心理历程。研究目的：减数法反应时实验证明心理旋转的存在,第四章第二节,Cooper, L. A., & Shepard, R. N. (1973). Chronometric studies of the rotation of mental images. Visual information processing,减数法-经典研究举例,实验材料：非对称性的字母或数字（J、G 、R 、2 、5 、7等），根据“正”和“反”以及不同的倾斜度，构成12种情况被试任务：不管倾斜角度如何，判断字母是正的还是反的,第四章第二节,Cooper, L. A., & Shepard, R. N. (1973). Chronometric studies of the rotation of mental images. Visual information processing,减数法-经典研究举例,第四章第二节,字符,字符,字符,Cooper, L. A., & Shepard, R. N. (1973). Chronometric studies of the rotation of mental images. Visual information processing,减数法-经典研究举例,第四章第二节,Cooper, L. A., & Shepard, R. N. (1973). Chronometric studies of the rotation of mental images. Visual information processing,字符,字符,字符,减数法-经典研究举例,第四章第二节,Cooper, L. A., & Shepard, R. N. (1973). Chronometric studies of the rotation of mental images. Visual information processing,研究者对实验结果的解释在没有提示信息的实验中，被试要将所呈现的字符与其在长时记忆中的正常样本进行比较。当呈现的样本旋转了一定角度，被试就要进行心理旋转，速度约为180/0.5s，且可沿顺时针或逆时针旋转。有字符和方向两种提示信息的反应时结果不随目标的方向而发生显著变化，这是由于被试在目标出现前根据提示信息进行了心理旋转。,对减数法的评价,减数法的反应时间实验的逻辑是安排两种反应作业，其中一个作业包含另一个作业所没有的一个处理（加工）阶段，并在其他方面均相同，然后从这两个反应时间之差来判定此加工阶段。认知心理学常应用这种方法提供的数据来推论背后的信息加工过程。减数法的缺点：要求实验者对实验任务引起的刺激与反应之间的一系列心理过程要有比较精确的预测，并且要求两个相减的任务中共有的心理过程要严格匹配，这一般是很难做到的。,第四章第二节,加因素法-基本原理,Sternberg发展了Donders的减数法，提出加因素法基本前提假设：人的信息加工过程是系列进行的而不是平行发生的，是由一系列有先后顺序的加工阶段组成的加因素法实验逻辑如果两个因素的效应是互相制约的，即一个因素的效应可以改变另一因素的效应，那么这两个因素作用于同一信息加工阶段如果两个因素的效应是分别独立的，即可以相加，那么这两个因素是各自作用于不同的加工阶段的,第四章第二节,加因素法-基本原理,加因素法假设：如果两个因素有交互作用，那么它们作用于同一个加工阶段如果两个因素不存在交互作用，即相互独立，那么它们则作用于不同的加工阶段,第四章第二节,g1,g1,加因素法-经典研究举例,研究目的：短时记忆信息提取的阶段和影响因素实验过程：先给被试看1-6 个数字（识记项目），然后再呈现一个数字（测试项目）请被试判定其是否为刚才识记过的，同时开始计时，要求被试按键作出是或否的反应，计时也随即停止。这样就可以确定被试能否提取以及提取所需的时间（反应时间）考察四个影响因素：测试项目的质量；识记项目的数量；反应类型（是或否）；每个反应类型的相对频率,第四章第二节,Sternberg, S. (1969). The discovery of processing stages: Extensions of Donders method. Acta Psychologica.,加因素法-经典研究举例,第四章第二节,Sternberg, S. (1969). The discovery of processing stages: Extensions of Donders method. Acta Psychologica.,第一阶段，改变测试刺激的质量，发现对一个残缺、模糊的刺激进行编码比对一个完整、清晰的刺激所花的时间更长，而且该因素对不同项目数的影响相似，表明系列比较阶段之前存在一个独立的编码阶段,清晰度和项目数对反应时的影响,加因素法-经典研究举例,第四章第二节,Sternberg, S. (1969). The discovery of processing stages: Extensions of Donders method. Acta Psychologica.,第二阶段，改变记忆表中项目的数量，得出项目数与反应时间之间的线性关系，证实了系列比较阶段的存在。Sternberg假定对应于不同项目数的其它三个阶段的反应时间是不变的。将斜线向左延伸至Y 轴，Y轴上的点提供了系列比较为0时的反应时间。,项目数对反应时的影响,加因素法-经典研究举例,第四章第二节,Sternberg, S. (1969). The discovery of processing stages: Extensions of Donders method. Acta Psychologica.,第三阶段，分别计算肯定反应与否定反应，发现对不同的项目数，都是否定反应时长于肯定反应时，表明了两种决定阶段的存在，即在系列比较之后，有一个被试选择反应种类的阶段，而且产生否定反应比产生肯定反应难。,反应类型和项目数对反应时的影响,加因素法-经典研究举例,第四章第二节,Sternberg, S. (1969). The discovery of processing stages: Extensions of Donders method. Acta Psychologica.,第四阶段，改变某一种反应类型的出现频率，发现对两类反应产生同样的影响。即提高任一类反应的出现频率，都会使这类反应的组织更为容易，从而使反应时下降。表明反应选择之后存在一个独立的反应组织阶段。,频率和反应类型对反应时的影响,加因素法-经典研究举例,第四章第二节,Sternberg, S. (1969). The discovery of processing stages: Extensions of Donders method. Acta Psychologica.,对加因素法的评价,第四章第二节,加因素法实验在很大程度上对认知心理学的发展起到了积极的推动作用。前提假设存在问题，信息加工中是存在平行加工过程的。加因素法首先假设信息加工是系列的，然后推测出信息加工的各个加工阶段，这有一种循环论证的倾向。关于加因素法反应时实验的逻辑，即能否应用可相加和相互制约的效应来确认信息加工的阶段，也遭到了众多研究者的质疑。,“开窗”实验-基本原理,由Hamiltion (1977)与Hockey (1987)提出。与减数法和加因素法这类间接测量方法不同，“开窗”实验能够直接测量每个加工阶段的时间。实验逻辑：一个复杂的加工过程往往是由若干个具体的加工阶段所组成的，如果能够直接地测量每个加工阶段所需要的时间，那么我们就可以得到整个过程所需要的时间。,第四章第二节,“开窗”实验-经典研究举例,字母转换实验实验过程：向被试呈现的刺激是个字母，并在字母之后加一个数字，如“F”“KENC”等；当给被试呈现刺激“F”时，被试的任务是要口述三次字母转换的过程(即G、H、I)，并报告最终转换后的字母(I)而给被试呈现刺激“KENC”时，则要求被试将“K、E、N、C”分别转换次，最终正确地说出“OIRG”。,第四章第二节,“开窗”实验-经典研究举例,第四章第二节,对“开窗”实验的评价,优点：可以对信息加工过程进行简化地测量，直接得到每个加工阶段所需要的时间。缺点：可能在后一个加工阶段出现对前一个阶段的复述，贮存阶段有时还包含对前面字母的转换结果的提取和整合，并且它难以在最后与反应组织区分开来。,第四章第二节,内隐联想测验-基本原理,Greenwald (1998)提出内隐联想测验(Implicit Association Test, IAT)以反应时间为指标，通过测量被试对目标概念与属性词所形成的联系紧密度，以数量化的形式表示个体对于特定目标概念的态度或观念。,第四章第二节,内隐联想测验-经典研究举例,花-虫 IAT 实验（1）呈现概念词的样例，要求被试尽快地进行辨别归类，由系统记录反应时，例如花或虫的图像,第四章第二节,Greenwald, A. G., McGhee, D. E., & Schwartz, J. L. K. (1998). Measuring individual differences in implicit cognition: The implicit association test. Journal of Personality and Social Psychology.,内隐联想测验-经典研究举例,花-虫 IAT 实验（2）对属性词样例进行归类反应，例如属性词为褒义词或贬义词，褒义词的样例如漂亮、芬芳等，贬义词样例如恶心、讨厌等,第四章第二节,Greenwald, A. G., McGhee, D. E., & Schwartz, J. L. K. (1998). Measuring individual differences in implicit cognition: The implicit association test. Journal of Personality and Social Psychology.,内隐联想测验-经典研究举例,花-虫 IAT 实验（3）联合任务一：要求被试对概念词与属性词的联合作出反应，两者之间有相容和不相容两种可能的关系。例如花与褒义词的关系为相容，虫与褒义词的关系为不相容,第四章第二节,Greenwald, A. G., McGhee, D. E., & Schwartz, J. L. K. (1998). Measuring individual differences in implicit cognition: The implicit association test. Journal of Personality and Social Psychology.,内隐联想测验-经典研究举例,花-虫 IAT 实验（4）对联合任务1进行正式测试,第四章第二节,Greenwald, A. G., McGhee, D. E., & Schwartz, J. L. K. (1998). Measuring individual differences in implicit cognition: The implicit association test. Journal of Personality and Social Psychology.,内隐联想测验-经典研究举例,花-虫 IAT 实验（5）交换左右键的反映内容，以配合联合任务2的实施（6）联合任务2，与联合任务1的反应内容相反（7）对联合任务2进行测试,第四章第二节,Greenwald, A. G., McGhee, D. E., & Schwartz, J. L. K. (1998). Measuring individual differences in implicit cognition: The implicit association test. Journal of Personality and Social Psychology.,内隐联想测验-经典研究举例,基于减数法实验逻辑，相容和不相容联合测试反应时均值相减即为所求得IAT 效应：相容任务中，概念词和属性词的关系与被试的内隐态度一致或二者联系较紧密，此时辨别任务更多依赖自动化加工，相对容易，因而反应速度快，反应时短不相容任务中，概念词和属性词的关系与被试的内隐态度不一致或二者缺乏紧密联系，这往往会导致被试的认知冲突，此时辨别任务更多依赖复杂的意识加工，相对较难，因而反应速度慢，反应时长,第四章第二节,反应时间的数据分析,研究者多倾向于对平均反应时间进行方差分析 (van Zandt, 2002)从统计上来讲，反应时间的分布并不是高斯(正态)分布，因此对平均反应时间进行方差分析并不总是有效的实际上，反应时间的分布与指数高斯分布相似(Luce, 1986)，被认为是拟合了经验作用的反应时间分布(Balota & Spieler，1999),第四章第二节,反应时间的数据分析,第四章第二节,反应时间的数据分析,反应时间过短（如小于100ms），可能是依赖于快速猜测而不代表真实的反应时间（Luce，1986）反应时间过长，可能是由于被试的不认真或不专心等因素所导致一些位于反应时间分布中段的不真实数据因其混淆在真实的反应时间数据中而更加难以进行辨认,第四章第二节,常见的解决方法,集中趋势的方法截点（cutoffs）：剔除离平均数三个标准差以外的数据数据转换（data transformation）：倒数、对数、标准分数中数（median）整体分布的方法：指数高斯分布,第四章第二节,集中趋势的方法-截点,通过将一些位于平均反应时间部分标准差之外的反应时间去掉以排除一些相对较长或较短的反应时间：基于标准差而定（例如：剔除离平均数三个标准差以外的数据）基于极端值而定（例如：剔除大于1000ms以及小于100ms的数据）存在的问题：截点的选取没有绝对的标准,第四章第二节,集中趋势的方法-数据转换,将反应时间的数据转化为速度(反应时间的倒数)可以在一定程度上标准化反应时间的分布，这样便可降低较大的极端值的影响，进而保持较高的统计检验力。对每个反应时间数据取对数的方法也可以是一种数据转换的方法，尽管这种方法对于较长反应时间数据的转换不如取倒数转换的统计检验力高，但也能够使得数据的分布更加标准化。存在的问题：转化后的数据可能会降低统计结果的显著性。,第四章第二节,集中趋势的方法-中数,如果反应时间的分布是偏态的，那么平均数并不能代表典型的反应结果，因为平均数在偏态方向上存在偏差，标准差也会因为存在一些少量的较慢反应的影响而增大。中数因不易受到标准化偏离的影响，所以也可以作为表达反应时间分布的集中趋势的参数。当被试间存在较大的变异时，中数比其他集中趋势参数具有更高的统计检验力。存在的问题：当数据分布集中于mu或tau,无论是否存在极端值，相对于截点或者数据转换，使用中数在一定程度上会降低统计检验力,第四章第二节,整体分布的方法,集中趋势方法的不足：两组总体反应时间分布不同的数据，平均数可能相同可能会丢失一些有意义的细节，例如，有的实验条件总体反应较快，有的实验条件总体反应较慢，将其平均后，不同实验条件间一些较快或较慢的反应就会被忽略分析数据本身的整体反应时间分布可能会发现一些容易被忽视的效应。,第四章第二节,整体分布的方法,例：Hervey（2006）采用一项反应/不反应(Go/No go)任务来测量注意力缺陷综合征儿童和正常儿童在神经生理学表现上的差异传统的反应时间测量方法(样本平均数和标准差)表明，相对于正常儿童，注意力缺陷综合征（ADHD）儿童反应时间更长、数据更离散。,第四章第二节,Hervey, A. S., Epstein, J. N., Curry, J. F., Tonev, S., Eugene Arnold, L., Keith Conners, C., Hechtman, L. (2006). Reaction time distribution analysis of neuropsychological performance in an ADHD sample. Child Neuropsychology,整体分布的方法,第四章第二节,Hervey, A. S., Epstein, J. N., Curry, J. F., Tonev, S., Eugene Arnold, L., Keith Conners, C., Hechtman, L. (2006). Reaction time distribution analysis of neuropsychological performance in an ADHD sample. Child Neuropsychology,第三节 影响反应时间的因素,刺激因素被试速度与准确率权衡实验设备的时间精度,第四章第三节,刺激因素对反应时的影响,刺激强度刺激的复杂度时间特征空间特征感觉通道刺激类型,第四章第三节,刺激因素对反应时的影响,刺激强度对反应时间的影响当刺激强度较小时，反应时间较长；随着刺激强度增大，反应时间会逐渐缩短；当刺激强度增强到一定程度时，反应时间的缩短速度会逐渐减小，最终保持在一定的水平上。,第四章第三节,Hull（1949）考察被试对不同强度的光的反应时间,刺激因素对反应时的影响,第四章第三节,刺激因素对反应时的影响,刺激的复杂度（例如：Shepard与Metzler (1973)的心理旋转实验。实验共有三个条件：（1）左右两个图形中的物体是相同的，它们平放在一张纸上，只是角度不同，即从上到下的旋转角度不同。这被称为两维旋转；（2）左右两个图形中的物体是相同的，除了从上到下旋转外，还要从前到后旋转，这被称为三维旋转；（3）两个物体相似，但实际上是不同的。）,第四章第三节,第四章第三节,刺激因素对反应时的影响,刺激的复杂度（结果发现：两维旋转和三维旋转有相似之处，反应时都随着心理旋转角度的增大而增大，即刺激复杂度影响了反应时。）,第四章第三节,刺激因素对反应时的影响,时间特征刺激呈现的时间（例：Froeberg (1907)探讨了光刺激的持续时间对被试反应时间的影响）从一个刺激出现到另一个刺激出现的时间（stimulus onset asynchronies，SOA）,第四章第三节,刺激因素对反应时的影响,Woods等人(2015)考察了SOA如何影响被试的反应时间,第四章第三节,Woods, D. L., Wyma, J. M., Yund, E. W., Herron, T. J., & Reed, B. (2015). Factors influencing the latency of simple reaction time. Frontiers in Human Neuroscience,刺激因素对反应时的影响,第四章第三节,Woods, D. L., Wyma, J. M., Yund, E. W., Herron, T. J., & Reed, B. (2015). Factors influencing the latency of simple reaction time. Frontiers in Human Neuroscience,刺激因素对反应时的影响,空间特征刺激物理面积的大小：增加刺激的表面积，会使感受器的神经兴奋在空间维度上进行积累，被试的反应时间因此会受到影响刺激呈现的空间位置呈现在外周视野的刺激比呈现在中央视野的刺激反应更慢刺激呈现在反应手的对侧视野时，被试的反应要比呈现在同侧视野更快,第四章第三节,第四章第三节,刺激因素对反应时的影响,感觉通道：不同感觉通道的刺激的反应时间存在差异,第四章第三节,刺激因素对反应时的影响,刺激类型：不同感觉通道的复合刺激，反应会快于单一感觉通道的单一刺激。,第四章第三节,Todd（1912）,被试因素对反应时的影响,适应水平准备状态动机练习年龄和性别个体差异,第四章第三节,被试因素对反应时的影响,适应水平：在刺激物的持续作用下，感受器会发生变化，进而影响反应时间。例：Hovland (1936)的实验发现，实验前被试眼睛对光照度的适应水平不同，所测得的反应时间也不同，表明适应会对反应时间产生影响。,第四章第三节,被试因素对反应时的影响,准备状态：准备时间太长或太短都会对反应时间有不利的影响为避免被试的预期效应，实验中需要使准备信号与刺激出现的时间间隔随机,第四章第三节,被试因素对反应时的影响,动机被试参与心理实验所持有的动机（如：对实验感兴趣或希望得到报酬）由于实验设计所增加的额外动机（例如：Small (2005)的空间注意实验，分为奖励组、惩罚组和无奖惩组。结果发现被试在无奖惩组的反应慢于惩罚组，在奖励组和惩罚组中的反应时间相近。说明被试的额外动机会影响反应时间）,第四章第三节,被试因素对反应时的影响,练习：可以提高熟练程度进而加快反应速度。（例如：Harvey (2011)的研究，对运动员进行训练，五周后运动员对“go to start”和“ready”等信号词的反应速度有了显著的提高）,第四章第三节,被试因素对反应时的影响,年龄和性别：年龄：25岁以前，对于刺激的反应时间会随着年龄的增长逐渐缩短；在成年阶段，对刺激的反应时间变化很小；及至60岁以后，对刺激的反应时间逐渐拉长。性别：男性普遍比女性的反应更快。（例如：Bellis (1933)的研究发现男性对光刺激的平均反应时间是220ms，而女性是260ms；男性对声音刺激的平均反应时间为190ms，而女性为200ms）,第四章第三节,被试因素对反应时的影响,个体差异：普遍存在，无法通过练习等方式消除,第四章第三节,速度与准确率权衡,反应时和准确率被试有时会牺牲准确率以提高反应速度，有时也会牺牲反应速度以提高准确率（例如：Theios (1975)对刺激呈现的概率和反应时的关系进行了研究。实验中，向被试呈现视觉刺激，每次出现一个数字，被试的任务是对某一特定的数字作出反应，而对其他数字则不作反应。实验的自变量是数字出现的概率，变化范围是20%至80%。）,第四章第三节,第四章第三节,当反应时基本恒定时，错误率随刺激呈现概率的升高而降低。,实验设备的时间精度,操作系统外接反应设备实验软件,第四章第三节,