第五章 心理物理学

1、传统心理物理学

费希纳

心理物理学是一门精密的关于身体和心理之间函数依附关系的理论。

目标：最终用精确的数学函数的形式来描述外部的物理刺激与由此而发生的感觉和直觉之间的定量关系。

 

 

两个准备工作：

感觉阈限的测量

阈上感觉的量化

 

 

感觉阈限：包括绝对阈限（刚刚引起心理感受的物理刺激量）和差别阈限（刚刚引起差别感受的物理刺激量）

 

操作定义：对于一个心理现象根据测试它的程序写下的定义

绝对阈限：50%的实验次数能引起感觉的刺激值

差别阈限：50%的实验次数能引起差别感觉的那个刺激强度之差

 

最小变化法：极限法/序列探索法/最小可觉差法/最小差异法

将刺激按递增或递减序列的方式，以间隔相等的小布变化

 

 

绝对阈限测量程序：

10~20个刺激强度水平

递增或递减

每个刺激序列一般都需要测定50次左右

 

 

差别阈限测量程序：

每次都呈现：标准刺激&比较刺激/变异刺激

被试比较两个刺激的大小：大——“+”，小——“-”，相等——“=”，怀疑——“？”

上限（Lu）

下限（Ll）

不肯定间距（Iu）：在上限和下限之间的距离

常误（CE）

上差别阈（DLu）

下差别阈（DLl）

标准刺激量（St）

 

 

差别阈限值的计算：

a  在递减系列中最后一次“＋”到非“+” 之间的中点为差别阈限的上限Lu ；第一次非“－”到“－”之间的中点为差别阈限的下限Ll

b 在递增系列中最后依次“－”到非“－”之间的中点为Ll；第一次非“＋”到“＋”之间的中点为Lu 

c 在上限与下限之间的距离为不肯定间距Iu 

d 不肯定间距的中点是主观相等点 ,在理论上主观相等点

（point of subjective equality，PSE）应与标准刺激（S）相等，但实际上两者有一定的差距，这个差距称为常误（constant error，CE） 

e取不肯定间距的一半或者取上差别阈（Dlu=Lu-St）

和下差别阈（DLl=St-Ll）之和的一半为差别阈限。 

 

误差及其控制：

习惯误差：被试因习惯于由于原先的刺激所引起的感觉或感觉状态，递增序列中求得阈值显著大于递减序列。

期望误差：被试由于期望目标刺激尽快到来而导致当刺激和感觉还未发生变化时就开始报告，递增序列求得阈限显著小于递减序列。

控制方法：交替呈现递增系列和递减系列，保证两种系列次数相同，并随机选择每个系列的起点。

 

练习误差：反应时变快和准确度变高

疲劳误差：多次重复试验，疲倦或厌烦情绪——反应时变慢和准确度变低。

检验方法：前一半实验中测定的阈限均值和后一半的作比较

控制方法：递增、递减系列按ABBA的顺序交替呈现

 

 

最小变化法的特点：

（1）刺激按系列依次呈现，被试作觉察与否（或大小）判断；

（2）系列起始位置随机，各刺激强度间差异要小，以保证精确性；

（3）递增和递减系列的数量相等，交替呈现，多用ABBA法控制；

（4）求阈限的方法是对每一系列先分别求阈限，随后以所有系列的阈限平均值作为最终的阈限值，它符合“50%觉察”的阈限操作定义 

（有不符合“50%觉察”的情况）

 

 

恒定刺激法测定两点阈的实验：

仪器：两点阈测定仪

皮肤刺激：两点or一点？

 

绝对阈限的计算——直线内插法：准确度高

 

用恒定刺激法测定重量差别阈限的实验：

标准刺激：200克

比较刺激：185~215克（需要前测）

高于标准刺激的比率曲线：增高

低于标准刺激的比率曲线：降低

上限：204.5克

下限：196.5克

 

两类反应的实验结果曲线（用75%的差别阈限）：可用，但不标准，一般不用

 

 

恒定刺激法的特点：

只采用少数固定刺激，根据被试作有无和大小的判断反应的频数来确定阈限；

刺激按事前定好的随机顺序呈现，一般每个刺激呈现50到200次；

阈限值用直线内插法求得，完全符合阈限操作定义（75%差别阈限除外） 

 

 

绝对阈限测量实施程序：

没有真正意义上的标准刺激

但可以假设标准刺激为零，即由被试将比较刺激与“零”相比较 

基本程序与差别阈限测量相一致

 

 

平均误差法

其基本程序是呈现一个标准刺激，令被试再造、复制或调节一个比较刺激，使它与标准刺激相等。 

 

阈限的计算

 

绝对阈限：被试每次调节结果的算术平均数 

差别阈限：是一个估计值，称为平均差误（average error，用符号AE表示）。

差别阈限用以下两种计算方法：

不肯定间距、主观相等点、常误

 

 

平均差误法的特点：

刺激不再是一系列间隔相等的强度序列，而是由与标准刺激明显不同的起点开始，向调整的最后结果连续变化

被试主动参与刺激的调节

以平均差误求得的差别阈限是一个估计值，并不完全符合阈限的操作定义 

 

 

心理量表：

从心理量表是否等距和有无绝对零点来分：顺序量表/等距量表/比例量表

 

1）顺序量表

主要方法有：等级排列法和对偶比较法 

·等级排列法（等级法）：要有一定的标准

每个被试只进行一次排序：对被试的利用率不高，对于同一被试在多次排序中可能出现的结果偏差缺乏抵抗力。

·对偶比较法（或配对比较法）（method of paired comparison）：把所有需要比较的刺激配成对，然后逐对呈现，让被试针对刺激的某一特性进行比较，判断配对的刺激中哪一个在这种特性上感觉更为明显。

由于各个刺激都要分别和其他刺激比较，若以n代表刺激的总数，则配对的个数是n（n-1）/2，那么10个刺激则可配成45对

最后根据它们各自明显优于其他刺激的百分比大小排列成序，即可制成一个顺序量表 

 

 

2）等距量表：有相等的单位，无绝对零点

主要方法有:感觉等距法和差别阈限法。此外，它也可以由顺序量表转化而来。 

·顺序量表转化法

·感觉等距法：通过由被试将某种感觉上的一段心理量分成主观上相等的若干距离来制作等距量表的方法。 

是否要求被试同时确定多个主观差异相等的中间刺激：“同时”/“渐进” 

·差别阈限法：通过在不同强度的基础上测量差别阈限来制作等距量表的方法

费希纳定律 

以最小可觉差作为心理物理量表的等距单位

 

 

3）比例量表（或比率量表）：最高水平的心理物理量表，不但具有等距的单位，也有绝对零点

可进行加、减、乘、除四则运算制定，被认为是理想的量表 

主要方法是分段法和数量估计法 

 

 

 

2、心理物理函数

心理物理函数的定义

 

韦伯分数&韦伯定律：ΔΦ/Φ=C

ΔΦ和Φ分别代表差别阈限的大小和刺激的 强度水平，C代表韦伯分数。 

·韦伯分数越小，感受性越好，更敏感

·刺激强度水平很低时，韦伯分数失效——韦伯定律的修正（引入a：感觉系统的背景噪音强度）ΔΦ/(Φ+a)= C或者ΔΦ= C(Φ+a)

 

·神经系统噪音背景 vs 绝对阈限和差别阈限：

机制是神经系统的自发活动，其绝对强度并不大；但是当外界刺激强度水平接近绝对阈限时，神经系统本身噪音的相对影响增大，就会对外部刺激的心理感受产生较大的”污染”了。由于感觉噪音是在任何时候都和外界刺激同时存在的噪音背景，因此真正决定差别阈限ΔΦ 的并不是单纯的刺激强度水平Φ，而是Φ 与同时存在的感觉噪音强度a 的和：Φ+a----这就是韦伯定律修正公式的内在涵义。

 

绝对阈限可以被理解为：让个体将外界物理刺激所引起的心理感受和个体神经系统本身的噪音背景区分开所需要增加的最小刺激量值；

差别阈限则可以理解为：为了使神经系统产生差异感受所需要对物理刺激强度所作的最小变化量。

这样，绝对阈限和差别阈限在本质上就得到了统一：它们都是对神经系统差异感受性的描述，只不过前者关系到神经系统本身的噪音，而后者只关系到物理刺激在神经系统中引发的事件。

 

 

费希纳定律（对数定律）：ψ=KlgΦ

 ψ是心理感觉的量值，Φ是物理刺激高出绝对阈限以上的单位数量，K是固定的系数。

·心理量的增长慢于物理量的增长。

·费希纳定律的推导？基于韦伯定律

·成立条件：

（1）假定韦伯定律对所有类型和强度的刺激是正确的；

（2）假定所有最小可觉差在心理上都是相等的。

·费希纳定律的改进——艾克玛定律Δψ＝bψ

 Δψ是在感觉量ψ水平的最小可觉差的主观大小。

 

 

史蒂文斯定律（幂定律）：S＝bIa

S 是感觉量，是物理量I的幂函数；b 是由量表单位决定的常数；a 是感觉道和刺激强度决定的幂指数。

·对最小可觉差的重新理解——神经量子理论

标准刺激St是刺激连续体

没有推广——该理论无法被验证

对感觉的直接测量——现代心理物理学的开始

幂函数不适用于十分靠近阈限的微弱刺激——修正（从刺激中减去常数I0，即绝对阈限值）：

                        S= b(I- I0)a

修正后的幂定律可适用于全部可知觉的刺激范围。

从I中减去I0，意味着以阈限上有效单位而不是以物理表中零点以上单位去说明刺激的。

 

 

 

3、感觉的直接测量

史蒂文斯定律和信号检测论的同时诞生，标志着心理物理学进入了现代心理物理学阶段。

 

这一阶段的主要贡献在于重新审视了传统心理物理学的两块奠基石：

（1）心理感受的间接测量；

（2）传统的阈限概念。

 

被试只回答有或无

 

 

（一）感觉的直接测量法

数量估计：

有标准刺激的初始赋值

没有标准刺激的初始赋值（符合被试的心理感受，有时会更好一些）

统计：多用几何平均数，少用算术平均数

数量生产VS数量估计：

数量估计：偏向中值，人们避免做出极端反应的倾向，感觉量范围较窄（Y轴）。

数量生产：物理刺激范围较窄（X轴）

 

 

（二）感觉直接测量的情境效应

·实验中其他因素的影响：

a 源于被试的反应偏差（response bias）：即不管实验中所呈现刺激的强度大小，被试在总是倾向于采用同样的反应数值。

b 情景效应影响的并非是被试的反应，而是被试的感觉量本身。  

·刺激序列效应

被试对某一刺激导致感觉的数量估计，往往受到在此之前所进行的其他估计的影响。

·刺激全距的影响

物理刺激范围越窄越陡峭（越极端）

源于被试的反应偏差

 

 

（三）直接数量估计法的应用

·情绪研究中的应用

荷姆斯&雷贺：43种生活事件对生活的影响程度——生活事件量表

可叠加，特定时期内的个体的生活应激程度

自杀率、心脏病的发生概论

血压、脉搏等生理测量外，用直接数量估计法

处于不同环境的恐惧程度/焦虑感，想像场景并评分，然后让被试一个一个克服。

·社会舆论的测定

赛林&沃尔夫冈：对犯罪行为的舆论研究

罪行舆论评定——可加性

偷盗数量和最新严重性判断，以及量刑定罪等——幂定律

 

 

 

4、信号检测论

信号检测理论：

现代心理物理学最重要的内容之一，其出现彻底改变了以往人们对阈限的理解，

将个体客观的感受性和主观的动机、反应偏好等加以区分，从而解决了传统心理物理学所无法解决的问题。

 

1）信号检测论引入的原由

信号：物理刺激

被试对刺激侦测到（报告”有”）的概率P(y)是所呈现的物理刺激强度的函数，不仅受到物理刺激强度的影响，还受到各种非感觉因素的影响，如刺激出现的先定概率、决策后果等。

漏报：有说没有

击中：有说有

拒斥：没有说没有

虚惊/虚报：没有说有

 

侦查实验：空白实验，虚惊率P（FA）

 

非感觉因素不能剥离

 

1954年，美国心理学家W. P. Tanner和J. A. Swets把信号检测论应用于人的知觉过程，使心理物理学方法发到一个新的阶段。

 

信号检测论的基本观点：被试反应的过程并不是一个纯粹的对物理刺激进行感受的过程，而是包括客观的感觉过程和主观的决策过程两个部分，被试对物理刺激的判断是在这两个过程的共同作用下完成的。

 

受到各种非感觉因素影响的实际上主观的决策过程而非客观的感觉过程

 

实验的结果对被试实验后拿到的钱挂钩

 

 

2）信号检测论的基本思想

信号：刺激（stimuli） 

噪音：信号所伴随的背景 

信号分布 （SN） ：信号加噪音分布 

噪音分布（N） ：噪音分布 

 

 

3）信号检测论的两种独立指标

·反应偏向指标

心理感受来源于信号，还是来源于噪音？

感觉刺激强度标准：比其大的感受刺激皆看作是来源于信号，比其小的来源于噪音。

参数检验：假设方差齐性

非参数检验：方差非齐性

·辨别力指标d′

·报告标准C

 

 

 

 

第六章 注意

鸡尾酒会现象

美国东方航空的坠机事故

 

1、注意的理论和实验

1）过滤器理论

过滤器理论与双耳分听技术

布罗德本特最早提出，1958年

 

早期选择模型：

布罗德本特

（1）注意瓶颈位于信息加工的早期阶段，以避免中枢系统超载。

（2）在这个瓶颈中作为过滤器的注意对进入的信息加以调节，选择一些信息进入高级分析阶段，其余信息则可能暂存于记忆中，然后迅速衰退。

（3）通过过滤器并进入高级分析水平的信息在接受进一步的加工，从而被识别和存贮。

是按“全或无”方式进行工作的，即接通一个通道的同时关闭所有其他通道。

威尔福德因此称其为单通道模型。

 

 

双耳分听实验。

以耳朵为单位，分别再现左右耳所接收的信息。

单通道效应，但不是“全或无”

 

格雷&韦德波恩（1960）双耳分听实验

被试再现，不是以耳朵为单位，而是以意义为单位

过滤器可能不止通过一个通道的信息。

 

 

中期选择模型（衰减模型）：

特雷斯曼，1964

追随耳实验

有意义的材料，不仅仅复述追随耳所听到的项目，而是追随意义。

人可同时注意两个通道的刺激。

（1）信息大量输入，与早期一致。

（2）加工过程是“衰减”式的。

（3）过滤器的位置有两个：语义分析之前的外周过滤器，语义分析之后的中枢过滤器。

强调中枢过滤器的作用。

 

 

晚期选择模型：

多依奇首次提出，1963

诺曼修订，1968，1973

追随靶子词实验

双耳同时分听追随靶子词实验

双耳的反应率很接近。

中枢分析结构能够识别一切输入，但只是选择输出重要的刺激反应。

（1）由感觉通道输入的所有信息都可进入高级分析水平，得到知觉加工，并加以识别。

（2）注意选择位于知觉和工作记忆之间，及过滤器不在于选择知觉刺激，而在于选择对刺激的反应。

（3）其选择标准是刺激对于人的重要性。

感觉登记——知觉分析——反应选择——工作记忆——反应

优点：

可解释注意分配现象。

可解释特别有意义的信息引起人注意的现象。

缺点：

假定所有的输入信息都被中枢加工，所有不经济，无法解释客观存在的早期选择模型。

 

刺激——输入通道——选择性过滤器——信息容量有限

 

 

2）资源限制理论

资源限制理论与可证伪标准

卡内曼最早提出，1973，人的心理资源总量是有限的

诺曼&博布罗，1975，资源限制和材料限制

 

资源限制：作业受到所分配资源的限制

材料限制：作业受到任务的低劣质量或不适宜的记忆信息的限制。

 

双作业操作的互补原则

 

约翰逊，1979，双耳分听实验

追随靶子词，不固定在某一只耳朵中出现

不管语义可辨度的高低，非靶子词在低感觉可辨度下的多于高感觉可辨度下的。

因为低感觉可辨度下，非靶子词用的资源较多。

 

卡内曼的资源限制模型

 

资源限制理论内涵较少，外延较多。

两个任务同时执行，作业水平下降，超出资源限制。

两个任务同时执行，作业水平不变，没有超出限制

 

可证伪标准

假设所基于的理论必须是“可证伪”的

 

本杰明·拉什，放血疗法

痊愈——放血疗法有效

治疗后死亡——病人本身病情过重，放血疗法仍是有效的

 

科学的理论：给出极大的可证伪性，但经受住证伪的考验——暂时被认为是正确的。

非科学的理论：不做事前预测，只进行事后解释，能对所有的数据进行解释，没有可证伪的可能性。

 

 

3）特征整合理论

特征整合理论与错觉性结合实验

特雷斯曼，1977，1980

维量：如颜色，形状，质地

特征：某个维量的一个特定值。如白色，长方形，纸质

客体：一些特征的结合。如粉笔盒

 

客体知觉过程：

前注意阶段：注意到特征

特征整合阶段：集中注意将诸特征整合为客体，捆绑/绑定

 

错觉性结合实验：

在不注意的条件下，向被试呈现的不同客体的特征发生彼此交换的现象。

（1）字母错觉实验

（2）神经生理学的案例：

被试：一个由于双侧顶叶受损所致的有着双侧注意缺陷的患者。

在缺乏注意时视觉系统是把目标觉察为毫无联系的一组特征，而这支持了注意的特征捆绑功能。

 

 

 

2、注意的操作定义

1）任务定义注意

在实验控制条件下，对某些刺激值或刺激维度而非其他刺激值或刺激维度的反应。

 

鸽子啄键实验，2002，Steven & Shaun

红棒——啄键

绿棒——不啄键

鸽子注意了棒的颜色而不是棒的方向，因为鸽子正确区分了红棒和绿棒。

 

当注意以任务来定义时，只要被试根据任务规则对适当的刺激维度做出反应，则说被试注意了。

 

任务定义注意的关键问题：

避免任务定义注意与注意机制的混淆。

避免维度任务定义注意与维度值任务定义注意的混淆。

 

 

2）持续性注意

注意的保持过程，在同一对象或同一任务上保持一段时间的注意。

如：儿童执行一项持续性的操作任务。

红色字母——按键

绿色字母——不按键

任务定义注意看似简单，但保持起来还是相当困难的。

多动症？

7岁开始上学，但不能保证所有孩子都发育得很好。

 

 

3）加工定向注意

为了改进加工的速度或准确性而把认知加工过程限制并集中在所有当前信息的某个子集上的过程。

这个定义有两个本质属性：

（1）注意被看作是从可选物中做出选择的过程

（2）选择的目的是为了

 

埃盖思、维尔齐&加尔巴特，1984，视觉搜索任务

是系列的，不是平行的。

 

 

4）总之

（1）任务定义：从行为结果来描述意义的存在与否，简单易行却无法涉及注意的内部机制。

（2）持续性定义：看到了注意维持心理过程和意识聚焦的一面，却并不能排除其他非注意因素对任务持续性的影响。如工作记忆的损伤。

（3）加工定向定义：提出注意在引导和分配心理资源方面的功能，但这一定义似乎又不适用于一些十分简单的任务。

 

 

 

3、注意的研究方法

1）提示范式

原理：用刺激或指导语来引导被试注意一个明确的输入源，然后把对这一输入源的加工和其他输入源的加工作比较。

应用：

研究注意指向被提示信息的过程；

比较对被注意到的刺激和对未被注意到的刺激在加工过程上的差别。

 

 

提示范式的自变量：

（1）有效性：

有效实验、无效实验、中立实验

（2）类型：

外围提示、符号提示

预言性提示、非预言性提示

 

提示范式的实验研究有助于找到决定注意选择位点早晚的条件。

 

雷福：若知觉系统没有超负荷，则所有的刺激都应该被识别，选择可在更晚的阶段发生。

拉克&希尔亚德：发展这一知觉选择假说，选择的位点是由于干扰的位点决定的

 

福格尔，2000

工作记忆超负荷实验：记忆之前之后提示都有效

知觉加工超负荷实验：只有记忆之前提示才有效——早期

选择在注意之前

 

 

2）搜索范式

原理：要被试寻找一个或多个混杂在非目标刺激中的目标刺激，实验时这些刺激可以同时呈现，也可以相继呈现。

应用：

反映了很多实际环境中出现的信息超负荷现象，其比较突出的贡献：

研究注意如何排除无关刺激的干扰。

研究注意如何在不同的感觉通道之间转移。

视觉搜索任务：

研究反应时和刺激规模的函数关系——搜索函数。

平行加工 or 系列加工？

人脑加工、电脑加工——系列加工

某一阶段可能有平行加工

 

刺激项越多，反应越大——系列加工

刺激项数量与反应无关——平行加工

 

 

视觉搜索实验：

（1）目标以某一简单特征的呈现来定义，反应时受刺激矩阵中项目数量的影响较小。

（2）目标以某一特征的缺乏来定义，反应时是矩阵中项目数量的函数。

 

 

3）过滤范式

原理：使被试的注意指向一个信息源，而实验者评估的则是那些未被注意的信息的加工过程，以此来研究注意的某些特征。

应用：对于涉及抑制无关输入的加工过程研究很有用。

例子：

（1）双耳分听

（2）整体——局部范式

整体——局部的一致性成为第一个自变量。

注意的指向是第二个自变量。

必须报告局部字母时，若整体字母与局部字母不符，则反应时变慢。

报告整体字母时，整体字符和局部字母是否相符与反应时速度无关。

（3）双侧范式

要求报告画面中央字母而忽略两侧字母

中央和两侧字母一致时，反应时较快。

若两侧字母里目标较远，干扰效应会减小或被排除。

（4）负启动范式

每次试验呈现两个刺激

当前次实验中不被注意的项目在下一个试验中变成被注意的项目时，被试的反应时变慢。

 

 

4）双任务范式

关心的是注意如何在多个并行的任务之间起到指向和调节作用。

基本方法：让被试执行两个明显不同的任务，然后研究者来评估这两个任务间相互影响的程度。

经典任务：要求被试同时指向两项任务，并规定他们对每个任务的投入程度。

 

三类常见结果：

（1）两个任务包含相同的认知加工过程，两个任务之间呈现近似标准的反比关系

双耳分听实验

（2）两个任务相对独立，同时执行两个任务的水平可以和单独执行每个任务一样好。

裂脑人（左右耳作业水平相互独立）

（3）某项任务略受另一个任务的影响，但不成完全相反的关系

钢琴师（曲子的难度和谈话内容的复杂程度）

 

 

5）电生理学研究方法

注意的电生理学研究方法主要有脑电图技术和事件相关电位技术。

脑电图技术未真正涉及注意的本质，现在注意的电生理研究更多使用事件相关电位技术。

事件关联电位（ERPs）：在时间上与事件相联系的电位。

ERP是注意的电生理学研究的主要手段。

现在发现的事件相关电位：P200、P300、N100、N400等

P200：事件发生200ms后正向的相关电位

N400：事件发生400ms后负向的相关电位

N100常被看作对刺激进行感觉分析的指标

P200、P300表面个体开始注意到刺激

N400往往产生于个体注意到某些奇怪的事件时。

 

 

 

4、注意的应用研究

1）警戒

持续性注意的一种形式，是指个体在一定环境中为觉察特定的、难以预测而又较少出现的信号所保持的准备状态。

检视、检测、搜索

空中交通管理、工业质量控制、自动化作业、核电站中央控制室、机动车辆驾驶等人——机界面中，

工程心理学

警戒仪

 

警戒的影响因素

作业时间：长时从事检视作业绩效会下降

信号密度（信号的信噪比）：密度增加，警戒作业绩效得到改进

信号规律性：更大的时间不确定性和更低的绩效相联系

信号的显著性：更强的信号更容易被觉察

 

 

2）飞行员的心理负荷

飞机模拟器

研究目的：测量飞行过程中的心理负荷

 

方法：双任务范式

主要任务：飞行任务

次要任务：选择反应时任务（声音）

 

实验：坎特威茨，1983

飞行员驾驶水平基本上未受到次要任务的干扰，着陆过程中的心理负荷最高。

 

 

 

3、载重车司机的工作负荷

对速度计次要任务的反应时和交通密度

瞬时数字记忆和交通密度