实验心理学 4.反应时 图文

2017/3/16
第八章
7
心理学之父冯特（1832－1920）
意识到唐德斯指出了实验心理学的一条重要途径， 即心理活动的时间测定工作，随后带领自己的学生 对简单反应时和选择反应时进行了一系列的测量。 在冯特早期的学生中，卡特尔（Cattell）和屈尔 佩（Kulpe）对反应时有重要贡献。
反应时间的过程分析
反射弧：由感受器、 传入神经、神经中 枢、传出神经和效 应器构成。
反应时间包含3个时段：
1、刺激使感受器兴奋，其冲动传递到神经中枢的 时间； 2、神经中枢对信息加工处理的时间； 3、神经冲动从中枢传递到效应器，效应器接受冲 动后开始效应活动的时间。 其中大脑加工所消耗的时间最多。
（1）证明表象的心理旋转实验
美国心理学家巴格斯基认为，人们是 将视觉和言语材料转化为表象储存在记忆 中，表象是信息编码的最基本形式。人们 可以对表象进行操作，而这种操作类似于 对具体物体的操作。
２０世纪７０年代初，库珀(Cooper) 和谢帕德(Shepard,1973)用表象的心理旋转 实验支持了这一表象理论。 心理旋转(mental rotation)指单凭心理 运作（不靠实际操作）将所知觉对象予以旋 转，从而获得正确知觉经验的心理历程。
Posner的实验结果
550 反 应 500 时 间 （ 450 毫 秒 400 ） 350 0 0.5 1 1.5 2 时间间隔（秒） 图:反应时是字母间隔时间的函数
形不同音同 A a 形同音同 A A
实验结果
同时呈现: RTAA小于RTAa。 继时呈现: 随两个字母的间隔时间增加, A A 形同音同的字母对反应时急剧增加； A a 音同形不同字母对反应时没有变化。 两个字母呈现的间隔时间为2秒时,其差别 很小。

• 选择反应时随着不同刺激个数增加而增加 • RT = lg N （Merkel，1885）
• RT = lg N是否适用于不同通道？
• 波佩尔通过耳机向被试的右耳呈 15%
现声刺激，并在被试的左视野呈
现光刺激，被试使用右手当见到
光时按一个反应键，听到声时则
按另一个反应键。
10%
• 结到果0.0：4秒多。峰分布，其间距约为0.03
• 反应时包含以下几个时段：
• 外部刺激引起感受器兴奋，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中枢，向效应器官发 出运动信号的时间；
• 效应器官接受冲动后开始效应活动的时间。
反应时的研究历史
• 起源
• 人差方程（贝塞尔，1823）
• 反映了不同个体对同一刺激做出的反应，存在快慢的 区别，即个体差异
• 波佩尔推测脑的周期性震荡，即 由特殊的神经细胞网络产生的电 5% 震荡。
• 只有震荡电流达到某一点后，已
辨别的刺激才能引起某一特定的
反应；但若即使辨别成功了，而 0 震荡电流还未达到这点，那么则
200
300
400
仍必须等待下一轮震荡周期的开
始。
速度－准确性权衡
• 反应时实验的两个基本因变量：
• 速度＋准确性
• 两者之间一般存在相互消长的权衡关系
• 忽略其中的任何一个指标都可能导致实验结论 可靠性降低
• 例证：刺激呈现概率对反应时影响（Theios， 1975；Knight & Kantowitz，1974）
反应时和错误率是刺激呈现 概率的函数（Theios，1975）
360
秒 ）
反 应
350 340
• 神经传导速度的测定（赫尔姆霍茨，1850）

❖ 据此，反应时至少可以分五个阶段
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 枢和运动中枢的时间
第三时段，中枢加工刺激的时间
第四时段，神经冲动从中枢经运动神经到效应器官的时 间；
第五时段，效应器官接受冲动后开始效应活动的时间。
❖ 通常，一种有效测量反应时的仪器包括三个部分： 刺激呈现装置、反应装置和计时装置。这三部分装 置都会影响到实验结果的精度，反应时测量技术的 发展，也总是围绕着对这三部分的改良。
❖ 刺激呈现装置
❖ 刺激呈现到反应开始的时间，因此对刺激呈现装置 的要求：
刺激呈现装置可以在发出信号的同时激活计时装置—— 用电路将一个电键同时和刺激源与计时装置连接起来。 由于电信号以光速传播，故而当主试按下刺激电键，将 同时启动刺激源（灯、蜂鸣器等）和计时装置。
约翰逊（Johnson，1922）实验
❖ 三个条件
激励条件——将每次反应结果告知被试，因而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，其手指将会受到一次电 击；
常态条件——没有附加动机的影响。
❖ 常态条件下，反应时最慢；激励条件下，反应时其次；最快的是 惩罚条件下的反应时。
人差方程式引起了人们对反应时研究经久不衰的 兴趣。
❖ 人为何存在反应时？
在赫尔姆霍兹提出神经传导速度之前，人们无法 解答这一问题，因为人们一直认为神经传导以光 速进行，人类对刺激做出反应的哪些阶段需要时 间就无从解释。
❖ 在人差方程提出27年后，生理学家赫尔姆霍 兹在1850年成功测定了蛙的运动神经传导速 度（约为26米／秒）。其后，他又测定了人 的神经传导速度约为60米／秒。

❖ 许多研究说明，尽管存在个体差异，但 最有利的预备时间大约是1.5秒。中村在 研究蹲踞式起跑时，把从预备口令到鸣 枪的时间间隔分别定为1、1.5和 2 秒三种， 结果发现间隔时间为1.5秒时，运动员从 听鸣枪到手离地的反应时间最短
3.练习次数
❖ 在心理实验中，练习（exercise）是一个 控制变量，即一个潜在的自变量。练习 与反应时间的关系相当密切。在一定范 围内，练习次数越多（上百次），反应 会越快，反应时间减少的趋势是逼近一 个极限而稳定下来。
❖ 在刺激变量中，对反应时间影响比较大 的因素有：刺激的不同类型、强度、复 杂程度及刺激呈现的方式等。
1.因刺激的不同类型而异
❖ 不同类型的刺激通过特定的通道作用于 各个感官，它们的反应时间是不同的。 同一感觉道里，刺激的部位不同，反应 时间也有差异。
表3-6 不同感觉道的反应时间（被试为有训练的成人）
☺然而，反应时实验中除了反应速度之外还有反应准 确率问题。
☺研究者们注意到，被试有时会以牺牲准确率为代价 去换取反应速度，有时则会以牺牲反应速度为代价 去换取反应准确 率，亦即被试能根据不同的实验要 求或在不同的实验条件下，建立一个反应速度与反 应准确率的标准来指导他的反应。这就是反应速度 与准确率的权衡。
离出简单反应时、辨别反应时和选择反应时； ❖ 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；
第一节 反应时的研究历史
☺第一阶段（1850~1969） ——唐德斯反应时ABC时间或减数法时期 ♫ 赫尔姆霍兹（德，1950年）测定蛙的运动神经传
Hale Waihona Puke 2.因刺激的强度不同而异对不同强度的1000赫兹纯音的反应时间

❖ 4、刺激呈现的方式 ❖ 刺激呈现的方式指刺激呈现的距离、方位、角度等，呈现的方式不同，
反应的难度就不同，反应时间也会不同。
第四章 反应时方法
8
❖ 二、影响反应时的机体变量
❖ 1、额外动机 ❖ 主试对被试的反应给予奖励或惩罚，使被试形成反应的额外动机，这
些动机会影响反应时间。
❖ 2、准备状态 ❖ 准备状态，是指机体对于要出现的刺激和要做出的反应的准备情况。 ❖ 一般将被试的反应分为三个时期： ❖ 反应前期，指从预备信号出现到刺激出现； ❖ 反应时间，指从刺激出现到明显的反应开适； ❖ 反应后期，指从明显的反应开始到反应结束。在反应前期被试机体的
于感受器神经兴奋的空间积累作用，会增加刺激的心理强度。
第四章 反应时方法
7
❖ （3）当刺激的物理强度和刺激面积保持不变，增加刺激作用于感官 的时间，由于感受器神经兴奋的时间积累作用，也会增加刺激的心理 强度。
❖ （4）多个刺激作用于不同的感官，会使不同感官的神经兴奋产生积 累作用，因此复合刺激比单一刺激的反应时间短。
❖ △以上效应的原因在于，各种刺激强度的增加导致感官中更多感觉细 胞的兴奋，所引起的神经冲动的数量也增加，因此使反应时缩短。
❖ 3、刺激的复杂程度 ❖ 刺激的复杂程度涉及两个方面：一是可供选择的刺激数目，二是刺激
之间的相似程度。可供选择的刺激数目越多，刺激之间越相似，刺激 就越复杂，相应的选择反应时、辨别反应时就越长。
第四章 反应时方法
2
❖ 3、反应时间研究的简史
❖ （1）第一阶段: ❖ 早期的天文、生理和心理学家对反应时间的研究都有过贡献。 ❖ ○十八世纪末至十九世纪初，天文学家已注意到不同观察者观测星体运行的时
间存在个别的差异。贝塞尔发现了不向观察者的相对比较的差异，即所谓 “人差方程式” 。天文学家通过对人差方程的研究，发觉人差的不同主要是 由心理的因素产生的，对绝对人差的测量理应是对各种心理活动反应时间的 测定，这就为即将诞生的实验心理学奠定了一个基础。 ❖ ○在十九世纪前半叶，生理学研究已有重大的发展。其中对反应时间实验乃至 对实验心理学建立有直接影响的是赫尔姆霍茨 (H·V·Helmholtz)的实验研 究。1850年赫尔姆霍茨用他自己创制的肌肉收缩测量器测量了蛙的运动神经 传导速度约26米/秒，还测量了人的神经传导速度约是60米/秒。赫尔姆霍茨 的实验为实验心理学反应时间和有关心理活动的测量，从方法和思想上都作 好了准备。 ❖ 1868年荷兰生理学家唐得斯(F.C.Donders)对选择和辨别等心理过程的生理 时间（生理学家称反应时间为生理时间）进行了测量。1873年，奥地利生理 学家埃克斯纳(S·Exner)首先使用了 “反应时间”这个词，他还指出了准备 定势对反应时间的重要影响。 ❖ ○反应时间直接作为心理学研究的课题开始于冯特。冯特在他的心理实验室里， 对简单和复杂反应时间进行了大量的研究。冯特把反应时间的全部过程作分 为三个步骤:发觉刺激；统觉，即清楚地认知刺激；反应。

▪ 1969年斯滕伯格提出加因素法之后至今为反应时研究 的新时期。
二 反应时测量的发展
❖ 一种有效测量反应时的仪器包括三个部分：刺激 呈现装置、反应装置和计时装置。
▪ 刺激呈现与反应装置： ▪ 计时装置： 简单机械计时器，代表为自由落体直尺计时器和单摆微
差计时器。 复杂机械计时器，代表为时间描计器和钟表式计时器。 电子计时装置。
❖ 加因素法实验所侧重的不是区分出每个阶段的加 工时间，而是证实不同加工阶段的存在，以及辨 认它们各自的前后顺序。
四 反应时新法（加因素法）
❖ 应用：短时记忆的信息提取（斯腾伯格）
▪ 识记项目：1—6个数字 ▪ 测试项目：一个数字 ▪ 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否反应，计时也随即停止。
▪ 只记录被试对名词的反应时和错误率 ▪ 结果：被试对积极名词作积极反应比对积极名词作消极反应
来的快，错误率更少；反之一样。
❖ 应用
▪ 证明心理旋转存在的实验
心理旋转指单凭心理运作，将所知觉的对象予以旋转， 从而获得正确知觉经验的心理过程。
实验表明字母倾斜程度越大，反应时越长，表明了心理 旋转的存在。
四 反应时新法（减数法）
❖ 应用
▪ 证明短时记忆视觉编码的实验（Posner）
安排了两种材料：一种是读音相同的两个字母如Aa。
第四章 反应时
一 反应时的研究历史
❖反应时
不是指执行反应的时间，而是指刺激施于有机体 之后到明显反应开始所需要的时间，包含三个时 段。
一 反应时的研究历史
❖ 反应时在心理学中的研究历史
▪ 天文学家贝塞尔提出了人差方程式：B-A=1.233秒。 反映的是两个观察者之间的个体差异。

•
即使是AA对，随着两个字母插入时间间隔的逐渐增大，视觉 编码的效应逐渐消失，听觉编码的作用逐渐增强，其反应时 也逐渐增大，从而缩小了与Aa对反应时的差异。
• 二、加因素法（加数法）
• （一）基本原理
• 斯腾伯格认为，人的信息加工过程是系列进行 的而不是平行发生的。人的信息加工过程是由一 系列有先后顺序的加工阶段组成的。 因此，在加数法反应时间的实验中，研究者通 常认定，完成一个作业所需的时间是这一系列信 息加工阶段分别需要的时间总和。
通过一系列的实验，斯顿伯格从反应时 的变化上确定了对提取过程有独立作用的 四个因素，即测试项目的质量（探针刺激 的质量）、识记项目的数量（记忆集的大 小）、反应类型（肯定的或否定的）、反 应类型的相对频率。
短时记忆信息提取
• 实例分析步骤：
• 第一步：
• 改变测试刺激（探针 刺激）的质量，发现对 一个残缺、模糊的刺激 编码比对一个完整、清 晰的刺激花的时间更长， 且该因素对不同大小记 忆表的影响相似。
• （三）开窗实验 • 开窗实验能够比较直接地测量每个加工 阶段的时间，并且能比较明显地看出这些 加工阶段，就好像打开窗户一样，一览无 余，故称之为“开窗实验”，是反应时实 验的一种新形式。 • 优点在于能够比较直接地测量每个加工 阶段的时间以及这些加工阶段是什么。
字母转换实验
• 呈现1～4个英文字母并在字母后标上一个 数字，如“F+3”、“KENC＋4”等， • 呈现“F＋3”时，要求被试说出英文字母 表中F后面第三个位置的字母即“I”。 • 呈现“KENC＋4”时，要求被试说出的正 确回答是“OIRG”。但这四个转换结果要一 起说出来，凡刺激字母在一个以上时，都应 如此，只作出一次反应。
• （二）加因素法实验举例 • 斯滕伯格的短时记忆信息提取实验 • 先给被试看1～6个数字（识记项目）， 然后看一个数字（测试项目）并同时开始 计时，要求被试判定此测试数字是否是刚 才识记过的，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 提取以及所需要的时间（反应时间）。

德斯反应时ABC（Donders ABC of
2020/5/9 reaction time）第或八唐章德斯三成分说。
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心理学之父冯特（1832－1920）
❖意识到唐德斯指出了实验心理学的一条重要途径， 即心理活动的时间测定工作，随后带领自己的学生 对简单反应时和选择反应时进行了一系列的测量。
❖在冯特早期的学生中，卡特尔（Cattell）和屈尔佩 （Kulpe）对反应时有重要贡献。
IAT）。
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第八章
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第二节 反应时间的测定方法
减法反应时 (subtractive methode) 加法反应时(additive factor methode)
开窗实验(open window experiment)
一、减法反应时
F.C.Donders(1818-1889)受天 文学家关于人差方程研究和 Helmholtz测定神经传导速度研究 的影响，于1868年在其“关于心理 过程的速度”一文中，把心理时间 的测定引入心理学，发明了分离反 应时间的实验方法，即反应时间的 相减法。
B - A = 1.233（秒）
生理学家赫尔姆霍兹（Helmholtz，1821－ 1894）
❖1850年历史上第一个反应时的实验，成功 测定了蛙的运动神经传导速度（约为 26m/s）
❖其后，对人的神经传导速度进行了测定。
荷兰生理学家唐德斯（Donders，1818－ 1889）
❖1868年发明了分离反应时间的试验——唐
2020/5/9
第八章
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❖ 1969年，斯滕伯格（Sternberg）的相加因素法。 ❖ 汉米尔顿(Hamilton，1977)和霍克基（Hockey，
1981）等发展了一种新的实验技术——开窗实验。 ❖序列反应时（serial reaction time，SRT）。 ❖内隐联想测验（implicit association test，

一个简单而发人深省的研究：
锡奥斯（ Theios,1975）开展了刺激呈现概率与反 应时关系的研究。 实验任务：说出呈现在屏幕上的某个数字。自变量 为数字出现的概率，变化范围为02、0.3…直到0.8 ，共有7个水平。因变量为反应时。 结果发现：在不同的呈现概率下，被试的反应时差 异不显著。如图… 实验结论：反应时与刺激出现概率无关。
帕切拉（ Pachella）对上述研究进行了验证，只是增加了一个 因变量，即错误率。 结果发现：尽管被试的反应时差异不显著，但是不同呈现概率 条件下的错误率差异显著。而当被试试图提高错误率时，反应 时变长。如，为使错误率降低到2%，0.2概率的条件下的反应 时增加100毫秒。研究证明：锡奥斯的研究结论是错误的。
4.定势作用，当被试的注意力倾向与即将出现的刺激时， 反应时延长；当注意力倾向于即将发出的动作时，反应 时缩短。 5.额外动机，受惩罚时反应时最快，受奖赏时稍慢，正常 情况下最慢。 6.年龄因素，在25岁之前，反应时随年龄的增大而变快； 在25到60岁这一年龄段，反应时保持稳定；60岁以后明 显变慢。 7.个别差异，不同被试之间存在差异；同一被试在不同的 时间也存在差异。 8.心理不应期的影响，相继给予两个刺激，并要求对两个 刺激分别产生反应的时候，若两刺激间隔短，第二个反 应的时间就比较长，这种反应时间的推移叫做心理不应 期。
（一）刺激变量的影响 1.刺激类型的影响，人类各种感觉的反应速度由快到慢 的顺序不同；人类同一种感觉，刺激部位不同，反应时 也不同。如视觉刺激离中央窝越远，反应时越长；鼻侧 刺激的反应时比颞侧短。 2.刺激强度的影响，刺激越强，反应越快。如光强、空 间面积、作用时间、刺激的联合与累积。 3.刺激的复杂程度的影响，如刺激数目越多、任务越难 ，反应时越长。 4.刺激呈现方式的影响，如对向上和向下运动的刺激的 判断时间不同。对运动刺激的反应快于静止刺激的反应 ；个别情况下，刺激终止的反应比刺激开始的反应快； 刺激减弱的反应比刺激增强的反应快。