第三章反应时

第三章反应时

第一节反应时的性质

一、反应时研究的开端——在天文学上的研究历史

?英国格林威治天文台长马斯基林（1796）多次发现助手尼布克比自己的观察时间慢约秒。

?德国天文学家贝塞尔（B）和阿格兰德（A〕共同观察七颗星，发现两人反应时的差别使恒定的：

人差方程：B－A＝（秒）

二、反应时在心理学中的研究历史

?赫尔姆霍茨（1850）进行了历史上第一个反应时实验——成功测定了蛙的运动神经的传导速度（约26米/秒），后又测定了人的神经传导速度约为60米/秒。

?荷兰生理学家唐德斯（1865－1868）提出可以利用反应时来测量各种心理活动所需的时间。用复杂反应所需时间减去简单反应所需时间可以获得某些心理过程所需的时间。后人称之为唐德斯反应时ABC。

?冯特（1879）将反应时直接作为心理学研究课题进行研究，对简单反应时和复杂反应时进行了一系列测定，如注意、知觉、联想和选择过程等的反应时测量。

?卡特尔提出在简单反应时测验时，眼睛－大脑－手指之间的神经通路早已准备好，因而反应快；在选择反应时测验时，需要又更多的神经通路作准备。

?屈尔佩发展出内省的方法研究简单反应时和复杂反应时，其学生证明了准备定势对反应时的影响。

?皮耶隆对反应时研究也作出了贡献。

?1、反应时研究的第一阶段：

?唐德斯反应时ABC时期（减数法）

?从赫尔姆霍兹(蛙的运动神经的传导速度)的研究到1969年，其中以唐德斯为主要代表人物。

?2、反应时研究的第二阶段：

?1969年斯腾伯格（Sternberg）提出加因素法。

三、反应时研究的基本问题

（一）反应时概念

反应时是指刺激施于有机体之后到明显反应开始所需要的时间（Reaction Time ，简称RT）。

包括几个时段：

第一时段：刺激使感受器产生了兴奋，其冲动传递到感觉神经元的时间；

第二时段：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，从那里经运动神经到效应器官的时间；

第三时段：效应器官接受冲动后开始效应活动的时间。

（二）简单反应时和选择反应时

1、简单反应时

给予被试者单一的刺激，要求他作出同样的反应。在这种实验中，被试的任务非常简单，他预先知道将有什么样的刺激出现，并需要作出什么样的反应。

视觉：秒听觉：秒膝眺反射：秒

2、选择反应时

根据不同的刺激物，在各种可能的情况中选择一种符合要求的反应。

默克尔（1885）提出：RT＝lg N

希克（1952）提出：RT＝a lg（n＋1）

（三）反应时实验的要求

1、对被试反应的要求

避免出现过早反应或其他错误反应。

2、选择反应数目需要与辨别的刺激数目相等

每一种反应必须是针对与其相应的预定刺激而作出的。

（四）速度---准确性权衡

反应时实验中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，因此在实验设计时必须作出权衡。

1、泰奥斯（1975）关于刺激呈现的概率和反应时的关系研究

2、奈特与坎特威茨（1974）的研究

（五）反应时的实际应用

1、相关研究

对某个人来说其各种反应时变量间的高相关有很大的一致性。

同一手指对光、声、触觉的反应时相关为－。

反应时间、运动时间及两者的总和在右手和右脚之间的相关系数为、、。

反应时和恢复时间（从按下动作开始到释放按键的动作开始为彭左恢复时间）的相关几乎为零。反应时不是一个人连续工作速度的满意指标。

2、应用研究

（1）应用于心理现象的研究

（2）应用于实际领域

?工业生产中

?交通运输行业

?自动化设备的设计

?体育运动

（六）反应时的测量

1、有效测量反应时的仪器包括三个部分：

?刺激呈现装置

?反应装置

?计时装置

2、计时装置

?简单机械计时器：自由落体直尺计时器、单摆微差计时器

?复杂机械计时器：时间描记器、机械钟表计时器

?电子计时器

?特殊摄影

第二节影响反应时的因素

?简单-复杂反应时的区别和速度-准确性权衡

一、刺激变量

1、刺激类型

不同类型的刺激通过特定的通道作用于各个感官，它们的反应时是不同的。

在同一感觉通道中，刺激的部位不同，反应时也有差异。

2、刺激强度

刺激强度弱时，反应时长，当刺激强度增至中等或较高强度时，反应时缩短。但反应时的缩短受到有机体结构的限制，无法突破“生物墙”。

刺激强度既包括一般意义上的物理强度，也包括类似光强、空间面积、持续时间和刺激的累积等。

3、刺激的复杂程度

?刺激选择数目越多越复杂

?刺激的相似程度越低越复杂

“心理旋转”实验（谢波德和梅茨勒Shepard & Metzler，1973）

我国詹美莎（1987）研究发现反应时受道路标志易读性（刺激材料复杂性的一种表现）的影响

4、刺激呈现方式

?张铁忠和沙建英（1987）对双眼视野不同位置的视觉反应时进行测定，发现反应时随着信号在视野中的方向不同而有差异。

?偏离双眼视野中心的距离时影响反应时的重要因素，反应时随偏离视野中心距离的增大而增大。

二、机体变量

1、适应水平

?适应（Adaptation）指在刺激物的持续作用下感受器发生的变化。

?感受器的适应水平对反应时有明显的影响，相当于不同刺激强度的影响。

2、准备状态

?准备状态（Readiness）指有机体对某种行为作出的准备情况。

?最有利的预备时间为秒。

3、练习次数

?在一定范围内，练习次数越多反应时越短，反应时减少地趋势是接近一个极限而稳定下来。

?研究者认为练习过程不仅使感觉过程地调节机制得到改造，机体还能有意识地调节自己准确地掌握反应时间。

4、动机

?是由于人的某种需要所引起的有意识或无意识的行为指向。反应时易受某种额外动机的影响。

?约翰逊（1922）发现附加动机能使听觉反应加快。

激励条件——将每次反应结果告知被试、使被试得到一种略微的奖或罚的激励。

惩罚条件——当被试反应慢于规定时间时，其手指受到一次电击，反之则不会被电击。

常态条件——没有附加动机的影响。

常态条件下反应时最长，激励条件下反应时次之、惩罚条件下反应时最短。

5、年龄和个体差异

（1）自发育阶段至25岁前反应时随年龄增长而减少，开始减得快，后来较慢。25岁－60岁间反应时增长极为缓慢，但60岁以后反应时增长较大。

（2）反应时存在个体差异，均数分布大致呈常态（Fessard，1926）。老年组在感觉－运动反应时方面存在更大的个别差异。

（3）同一被试在某个特定时刻的反应时也是有起伏的。

（4）年龄和个体差异存在交互作用。

6、酒精和药物作用

?如果酗酒、反应时将延长2－3倍。

?镇静剂、兴奋剂和致幻剂对反应时的影响。

第三节用反应时分析信息加工的方法

反应时测量的两个用途

?作为成就的指标

?作为借以产生一种行为结果的内部过程复杂性的指标

一、减数法

（一）减数法的原理

?减数法（Subtractive Method）是一种用减法方法将反应时分解成各个成分，然后来分析信息加工过程的方法。它由唐德斯首先提出，故又称为唐德斯减数法。

?减数法反应时实验的逻辑——如果一种作业包含另一种作业所没有的某个特定的心理过程，而两者在其他方面均相同，那么这两种反应时的差即为此心理过程所需的时间。

?唐德斯减数法将反应分为A反应、B反应、C反应三类。明确提出反应时包括基线时间、辨别时间和选择时间三个成分。

?A反应又称为简单反应（Simple Reaction），一般只有一个刺激和一个反应。A反应是最简单的反应，也是复杂反应的成分和基本因素。故A反应时也称为基线时间（Baseline Time）。

?B反应又称为选择反应（Choice Reaction），有两个或两个以上的刺激和相应于刺激的反应数。B反应不仅要区分信号，还要选择反应，因而除了基线操作外，还包括刺激辨认和反应选择的心理操作。

?C反应又称为辨别反应（Identification Reaction），有两个或两个以上的刺激，但只有一个刺激是要求作出反应的，而其余刺激不要求作出反应。C反应在基线操作中增加了刺激辨别的过程，但没有反应的选择。（二）减数法的典型实验

1、证明心理旋转存在的实验

?心理旋转（Mental Rotation）指单凭心理运作（不靠实际操作），将所知觉的对象予以旋转，从而获得正确知觉经验的心理历程。

?库柏和谢波德（Cooper & Shepard, 1973）用减数法反应时实验证实了心理旋转的存在。

实验条件有5种：

?完全没有提示

?提示正或反

?提示倾斜度

?分别提示正、反和倾斜度

?同时提示正、反和倾斜度

2、证明短时记忆视觉编码存在的实验

?波斯纳等人（Posner et al, 1990）用减数法反应时实验证实了短时记忆存在视觉编码。

?给被试并排呈现两个字母，这两个字母可以同时给被试看，或者中间插入短暂的时间间隔。要求被试判断这一对字母是否相同并按键作出反应。

?所用的字母对有两种：一种是两个字母的读音和写法相同，即为同一字母（AA）；另一种是两个字母的读音相同而写法不同（Aa）。

3、句子－图画匹配实验（Clark & Chase, 1972）

?给被试看一个句子，紧接着再看一幅图画，如“星形在十字之上：*”，要求被试尽快地判定此句子是否真实地说明了图画并作出反应。

句子－图画匹配的加工阶段：

?第一阶段——将句子转换为其深层结构，对“之下”的加工要长于对“之上”的加工（参数a）；对否定句的加工要长于对肯定句的加工（参数b）。

?第二阶段——将图画转换为命题，并常有前面句子中所应用的介词。

?第三阶段——将句子和图画两者的命题表征进行比较，如果两个表征的第一个名词相同则比较所需的时间比不同时更少（参数c）；如果两个命题都不含否定，则比较所需时间比任一命题含否定时更少（参数d）?最后阶段——作出反应，其所需的时间是恒定的（参数t。）。

?参数a为93毫秒，参数b和d为685毫秒，参数c为187毫秒，参数t。为1763毫秒。

小结

?这种方法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有精确的认识，并且要求两个相减的任务中共有的心理过程要严格匹配，因而限制了其应用范围。

二、加因素法

（一）加因素法的原理

?斯腾伯格（Sternberg, 1969）发展了唐德斯减数法反应时，提出加因素法（Additive Factors Method）。

?人的信息加工过程是系列进行的而不是平行加工的，由一系列有先后顺序的加工阶段组成。

?如果两个因素的效应是相互制约的，即一个因素的效应可以改变另一个因素的效应，那么这两个因素只作用于同一个信息加工阶段。

?如果两个因素的效应是分别独立的，即可以相加，那么这两个因素各自作用于不同的信息加工阶段。

（二）加因素法的典型实验——斯腾伯格短时记忆信息提取实验

?先给被试呈现1-6个数字（识记项目），然后呈现1个数字（测试项目）并同时开始计时，要求被试判断该数字是否是刚才识记过的并按键（Y或N）作出反应。

?斯腾伯格发现对提取过程有独立作用的四个因素：测试项目的质量、识记项目的数量、反应类型、反应类型的相对频率。

加因素法反应时实验：短时记忆信息提取

加因素法的问题:

?加因素法反应时实验是以信息的系列加工而不是平行加工为前提的，受到很多心理学家的质疑。

?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。两个因素也许能以相加的方式对同一个加工阶段起作用，也许能对不同的加工阶段起作用并发生相互影响（Pachella, 1974）。

?加因素法反应时实验本身并不能指明一些加工阶段的顺序，它极大地依赖于一定的理论模型。

（三）开窗实验

?能够比较直接地测量每个加工阶段的时间，而且也能比较明显地看出这些加工阶段，就好像打开窗户一览无余的实验技术称为“开窗”实验。

?字母转换实验（Hamilton, 1977；Hockey, 1981）是开窗实验的典型。

?在实验中，给被试呈现1个、2个、3个或4个英文字母，并在字母后面标上一个数字，要求被试说出在字母表中该字母后面数字所表示的位置的字母。

字母转换作业的三个加工阶段：

?编码阶段——被试按键看到一个字母到开始出声转换的时间。

?转换阶段——被试按规定进行转换所用的时间。

?储存阶段——从出声转换结束到按键看下一个字母的时间。

三、反应时研究的新进展

（一）序列反应时

1、序列反应时的基本程序和原理

?序列反应时范式是由尼森和比勒姆（M. J. Nissen & P. Bullemer, 1987）提出，是内隐学习研究的新范式。（1）实验过程

?处于不同空间位置的视觉刺激分别对应不同的反应键，每次呈现一个视觉刺激（星状图形），被试按相应键尽快予以反应，该刺激随即消失，短暂的时间间隔后出现下一个视觉刺激。

?屏幕从左到右的四个位置依次被设定为1、2、3、4，每个位置对应着一个按键，视觉刺激按固定的位置序列（4-2-3-）呈现。

?在实验前，被试只被告知将要进行的是反应时测试，不知道任务中的刺激是按某个固定但不明显的模式依次呈现的。

?固定序列循环6-10次构成一个组段。主试会在多次重复该固定序列位置的情况下（8－12个组段）插入一个随机的位置序列，然后再恢复固定的位置序列。

（2）结果

?尽管被试没有意识到序列规则的存在，其反应时还是会随着固定序列的重复而逐渐下降。

?研究者通过比较被试对固定序列和对随机序列的反应时，当后者的反应时显著大于前者时，序列学习（内隐学习）发生了。

?反应时任务结束后，被试还要接受测量外显知识的任务，通常是生成任务（Generate Task），即刺激位置仍按固定序列顺序呈现，但被试要根据屏幕上出现的刺激位置预测下一个刺激出现的位置。

2、序列反应时的变式

?缪森和斯奎尔（Musen & Squire, 1993）采用7个打印颜色和本身含义不一致的色词（红、橙、黄、绿、白、蓝、紫）作为实验材料，要求被试对色词的颜色作出进行判断反应。

?斯戴德勒（Stadler, 1992）通过变化序列的统计结构来操纵序列规则的难度。采用高、中、低三个结构化水平的刺激序列，结构化水平越高说明序列内的规律特征越多。

?克利尔曼斯和麦克莱兰（Cleeremans & McClelland, 1991）将序列反应时和人工语法相结合，从而提高规则的难度。

?威林厄姆等（D. B. Willingham, et al, 1989）通过面试将被试区分为觉察组和无觉察组。

（二）内隐联想测验（IAT）

1、内隐联想测验的基本程序和原理

?由格林沃尔德等人（Greenwald et al, 1998）提出。

?内隐联想测验以反应时为指标，通过一种计算机化的分类任务来测量两类词（概念词与属性词）之间的自动化联系的紧密程度，继而对个体的内隐社会认知进行测量。

内隐联想测验的原理

?在相容任务中，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。

?在不相容任务中，概念词与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，此时辨别任务更多地依赖于复杂的意识加工，相对较难，因而反应速度慢，反应时长。

?两种联合任务的反应时之差，即IAT效应可以作为概念词和属性词的关系与被试的内隐态度相对一致性的指标。

2、内隐联想测验的变式

（1）Go/No-go联想任务（The Go/No-go Association Task, 简称GNAT）

?GNAT是诺塞克和巴那吉（Nosek & Banaji, 2001）在IAT基础上发展起来的内隐社会认知测量方法。

（2）外部情绪性Simon任务（The Extrinsic Affect Simon Task, 简称EAST）

?EAST是霍福尔（Houwer, 2003）在Simon 任务基础上发展起来的测量内隐社会认知的实验方法，它结合了IAT和Houwer本人所提出的AST的特点。