实验心理学西华师大讲义心理物理学第五章.ppt

第五章心理物理学第五章心理物理学•传统心理物理学•心理物理函数 •感觉的直接测量•信号检测论第一节传统心理物理学•感觉阈限的测量 •阈上感觉的测量        什么是心理物理学？所处理的问题大体上可以分为哪两大类？一、感觉阈限的测量•什么是感觉阈限（ sensory threshold )       ― 又称阈限，包括绝对阈限（ absolute threshold ) 和差别阈限（ difference threshold )前者指刚好能够引起心理感受的刺激大小；后者指刚好能引起差异感受的刺激变化量,也称为最小可觉差(just noticeable difference,j.n.d)–阈限（threshold）一词在拉丁语中称为”Limen”，它最早是由J.Herbart于1824年首先应用到心理学中，他称之为“意识的阈值”– 从理论上看，阈限是物理能量连续维度上的一个点，但实际上它是一个可变的统计点–操作定义：50%的测验次数•按照上述说法，低于绝对阈限的刺激强度我们总是感觉不到的，而高于绝对阈限的刺激强度我们总是能感觉到的•有50%的次数能引起感觉，50%的次数不能引起感觉的那一种刺激强度。

•测量感觉阈限的方法 最小变化法 恒定刺激法 平均差误法 表表1 1 某些近似的觉察阈限某些近似的觉察阈限感感觉觉种种类类觉觉察察阈阈限限值值视  觉清晰无雾的夜晚30英里处看到的一只烛光听  觉安静条件下20ft.处表的滴答声味  觉一茶匙糖溶于8L水中嗅  觉一滴香水扩散到三室一套的整个房间触  觉一只蜜蜂的翅膀从1cm高处落到你的背部 *引自Schiffman（1996），这些阈限值仅作示意用1ft. = 30.48cm       比较三种传统心理物理学方法四．阈限测定的注意事项•（1）确定好刺激与反应系列；•（2）尽量简化被试对刺激所作的反应；•（3）测定的次数要多些最小变化法最小变化法（ minimal 一 change method )•什么是最小变化法 •基本的实验过程•误差控制什么是最小变化法什么是最小变化法 ― 又称极限法(limit method )、序列探索法(method of serial exploration)、最小可觉差法（或最小差异法） ( method of least difference ) 等，是测量阈限的直接方法． 特点：将刺激按递增或递减系列的方式，以间隔相等的小步变化，寻求从一种反应到另一种反应的瞬时转换点或阈限的位置。

基本的实验过程•测定绝对阈限(如下表) 刺激：刺激：刺激系列(递增或递减序列)起点的确定． 程序：程序：呈现刺激序列，要求被试报告是否感觉到刺激，当被试反应变化时停止 阈限的计算：阈限的计算：(1)求每个系列的阈限值；(2)求所有系列阈限的平均值，即总的阈限值•测定差别阈限(如表4-3) 刺激：刺激：一个标准刺激(St)和比较刺激( Sv)序列 程序：程序：呈现比较刺激序列，要求被试将之与标准刺激比直到被试反应发生转折，以“+”、“–”、”=“、”?“ 记录被试反应 阈限的确定：阈限的确定：（采自赫保源、张厚璨、陈舒永1983）（采自赫保源、张厚璨、陈舒永1983）误差控制•测定绝对阈限时产生的误差及其控制 习惯误差习惯误差: :继续作同一种判断的倾向;使递增系列阈值偏高，递减系列阈值偏低 期望误差：期望误差：期望转折点的尽快到来的倾向；使递增系列阈值偏低，递减系列阈值偏高． ---抵消习惯和期望误差的方法为递增和递减序列数量一致. 练习误差：练习误差：练习使速度和准确性提高 疲劳误差疲劳误差：随实验进行，速度和准确性降低 ----控制练习和疲劳误差的方法为ABBA法abba实际无感觉报告无感觉报告有感觉实际有感觉四种误差分析: 在具体研究中，怎样检查四种误差？• 测定差别阈限时产生的误差及其控制 习惯、期望、练习和疲劳误差及其控制方法如上 时间与空间误差:标准和比较利激呈现的时间先后和空问位置 多层次ABBA 法控制（如下表）恒定刺激法恒定刺激法( method of constant stimulus )•具体作法•绝对阈限的计算 •差别阈限的计算具体作法•选择距离相等的5到7个刺激最大刺激强度被感知的可能性大于95%.最小刺激强度被感知的可能性不低于5% •每种刺激呈现50到200 次 •刺激呈现顺序随机安排,测量绝对阈限时,无需标准值,测量差别阈限时,需将以上刺激与某一标准值比较 •求出各个刺激变量引起某种反应的次数绝对阈限的计算 ― 以两点阈的测定为例•实验程序: 5个等距的刺激8、9、10、11、12毫米,每个呈现 200次，要求被试报告是“两点”还是“一点” 用直线内插法求绝对阈限： 将刺激作为横坐标,以正确判断的百分数作为纵坐标画曲线． 从纵轴的50％处画出与横轴平行的直线，与曲线相交于点 a，从点a向横轴画垂线，垂线与横轴相交处就是两点阈(见右图） 差别阈限的测定---以重量阈为例•实验程序:–以200克的重量作为标准刺激，从185至215克中选7个重量作为比较刺激，7个重量间的间隔各为5克，要求被试作“重”、“相等”和“轻”这三类反应。

实验结果见表4-6 •用直线内插法求得50％的次数被判断比标准刺激重的重量为204.5克和被判断比标准刺激轻的重量为196.6克（见图4-4），这两个数值分别为上限和下限（即Lu=204.5克，Ll=196.6克）根据上限和下限，就可计算如下：–上差别阈=DLu=204.5克-200克=4.5克–下差别阈=DLl=200克-196.6克=3.4克–差别阈限=DL=（4.5+3.4）/2=3.95克表4-6 用恒定刺激法测定重量差别阈限的结果           (采自赫葆源、张厚粲、陈舒永，1983）表4-7  两种判断的实验结果           (采自赫葆源、张厚粲、陈舒永，1983）两类反应:平均差误法( method of average error)•实验程序 •阈限计算 •误差控制实验程序 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，测定绝对阂限时，假设标准刺激为零阈限计算• 绝对阈限:每次调节结果的算术平均数•差别阈限： 其中，PSE为主观相等点，即多次调整结果的平均数，St为标准刺激强度.用平均差误法测定长度差别阈限的结果(如下表)误差控制•动作误差： 因被试所采用的动作方式不同而过高或过低估计比较刺激的反应倾向。

•时间误差： 标准刺激和比较刺激是相继呈现导致的反应倾向． •控制方法： 多层次的 ABAB 法*三种阈限测定方法的比较• 1．从感觉阈限的含义看• 2．从误差情况看• 3．从速度与效率看• 4．从被试方面看二、阈上感觉的测量 ― 构建心理量表•顺序量表的建立 ― 将事物按某一标准排出一个次序,所建量表既不等距,也无绝对零点 •等距量表的建立 ― 建立有相等单位但没有绝对零点的量表 •比例量表的建立 ― 建立既有真正零点又有等距单位的量表•对心理量表的评价顺序量表的建立•等级排列法 程序：程序：同时呈现许多刺激，让多个被试按照一定标准，把这些刺激排成顺序，然后将每个被试对同一刺激评定的等级加以平均，最后按各刺激按平均等级进行排列便构成顺序量表． 例子:17名被试评定10 张广告,根据结果求出各指标MR、 Mc 、 P 、 Z 、 Mc ’、 P ’、 Z’ 注意问题：被试样本的代表性；一次排序中的随机误差．(继上表)对偶比较法•程序程序: :刺激成对出现,要求被试判断哪一个刺激在某一特性上更为突出，然后根据每个利激优于其它刺激的百分比进行排序，建立顺序量表 例子:比较 5 种样品,根据结果求出c、P、z、C’、F’、Z’ 注意问题:针对一个被试得到的心理物理量表的推广性差；要求这种对偶比较是可传递的表4-9 10对样品呈现次序                                            （采自赫葆源、张厚粲、陈舒永，1983）颜色爱好实验:表4-10 10对样品对偶比较数据整理（采自杨治良等，1988）从上面分析可以看出，这个被试者最喜欢“A”，最不喜欢“E”。

根据Z′行数据，可画出此被试者对这几种样品喜爱的程度，如图4-7所示根据我国心理学家陈立等（1965）的研究，不同年龄的人都有类似的颜色爱好的心理量表，就红、蓝、绿、黄四种颜色而言，红最喜爱，其后的顺序是蓝、绿、黄等距量表的建立•通过PZO转换，将顺序量表直接转化为等距量表•感觉等距法 制作方法：将一个感觉分成主观上相等的距离 二分法:呈现两个刺激A和C,要求选择第三个刺激B,使得A和B之间的距离等于B和C之间的距离---渐进的解决方案（见右图） 同时分出几个等分---同时的解决方案（见右图）差别阈限法•制作方法:以绝对阈限为量表起点，以差别阈限(最小可觉差)为单位制作量表 •以刺激强度为横坐标,以绝对阈限以上的最小可觉差数为纵坐标，画出的心理物理关系图就是等距量表(如下图)表4-12 某一实验的实验数据                                                              （采自Woodworth ＆ Schlosberg，1954）比例量表的建立•分段法 制作方法：把一个感觉量加倍或减半或取任何其他比例 例子:明度感觉比例量表的制作•数量佑计法 制作方法:呈现一规定了主观数值的标准刺激,要求被试以这个主观值为标准,给其它强度不同的比较刺激附上主观值 例子：气味浓度估计第二节心理物理函数•韦伯定律 •费希纳定律•史蒂文斯定律一、韦伯定律•韦伯分数：对于任何同一类的刺激,产生一个最小可觉差所需增加的刺激量，总是等于当前刺激量与一个固定分数的乘积，这个固定分数被称作韦伯分数 •韦伯定律:Δ Ф /Ф=C  （△ Ф和Ф分别为差别闽限的大小和刺激的强度； C 为韦伯分数）• •韦伯定律的修正:Δ Ф /(Ф+a)=C或 △ Ф=C (Ф＋ a) (将参数a解释为感觉噪音） •韦伯定律的作用：比较不同感觉道的感受性 表表----最优条件下各种感觉道的韦伯比例最优条件下各种感觉道的韦伯比例 感感 觉觉 道道韦韦 伯伯 比比 例例    音高/2000Hz1/333    重压觉/400g1/77    视明度/100光子1/62    举重/300g1/52    响度/100dB，1000Hz1/11    橡胶气味/200嗅单位1/10    皮肤压觉/5g/mm21/7    咸味道/3mol/L（3克分子/公升）1/5二、费希纳定律•费希纳定律的推导•费希纳定律的改进•费希纳定律的成立条件费希纳定律的推导 按照韦伯定律预测，设绝对阈限的值为a,对应心理量表的零点,韦伯分数ΔФ /Ф=C ；那么：心理量表的l就对应了a(1+C)，心理量表的2就对应a(l+C)2,…… ，心理量表的n就对应了a(1+C)n ,这就意味着，心理量值恰好就是物理量值除以a之后，并取以(l+C）为底的对数：ψ=1og(1+C)(Ф/a）。

经过对数换底公式的变化，可以得到更简洁的形式：ψ = klg Ф  (ψ是心理感觉的量值， Ф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)．这个公式就是费希纳定律，读为：感觉强度的变化和刺激强度的对数变化成正比．费希纳定律的改进― 艾克玛定律•最小可觉差的主观大长，小，随感觉量成比例增长,用公式表示为:△ψ= bψ 其中,△ψ是在感觉量ψ水平的最小可觉差的主观大小•根据艾克玛定律推导得出幕定律： 因为,δψ/bψ=δψ/cψ               所以，Logψ=(c/b)Log Ф+常数•所有感觉通道的b值都为0.03 (Teghtsoonian, 1997 )费希纳定律的成立条件•费希纳定律的成立，依赖的假设–假设建立心理量表所用的差别阈限法是合理的 –假定用韦伯定律的推导代替大量差别阈限法实验来确定每个最小可觉差也是合理的•费希纳定律成立的条件–假定韦伯定律对所有类型和强度的刺激都是正确---Rieoz (1928)的实验否定了这一点 –假定所有最小可觉差在心理上都是相等的--- Stevens (1936 )的研究和 Durup 等(1933)的实验否定了这一点三、史蒂文斯定律•最小可觉差的重新理解 •幂定律的提出 •幂定律的发展对最小可觉差的重新理解•神经量子理论（见右图） △Ф＝Q-P （△Ф是使附加量子活动所需的刺激增量；Q是肯定能够兴奋一个量子的增量大小；P是标准刺激St的剩余能量所引出的部分兴奋量。

当△Ф≥Q-P 时，增量达到兴奋一个附加量子，这就能产生一个最小可觉差)•梯形曲线和拱形曲线幂定律的提出•公式： S = bI Ia (S 是感觉最;b是由最表单位决定的常数;a是感觉道和刺激强度决定的幂指数）•大量数量估计法实验证明:感觉量和刺激量间符合幂定律幂定律的发展•幕定律的修正公式• S = b (I- I0）a (I0是绝对阂限值）•跨感觉道的匹配技术：匹配两个不同感觉道产生的感觉量，等感觉函数的曲线•证明不同感觉道可以匹配:• 因为,S1=I1n , S2=I2n • 所以,I1n = I2n , LgI1 = n/mLgI2• 这样，在双对数坐标中等感觉函数是直线 第三节感觉的直接测量•感觉的直接测量法 •感觉直接测量的情境效应•直接数量估计法的应用一、感觉的直接测量法 ― 对心理感受直接赋予数值 •数量估计 数量估计法的首次尝试-Richardson和 Ross ( 1930 ) 的研究 数量估计法的两种形式 根据标准刺激的数值，给其他刺激赋值 无己赋初值的标准刺激,按被试自己的恒定标准 给所有刺激赋值 •数量生产 给被试一个用数字表示的感觉量值，要求他们调整 激产生相应的感觉量 数量生产和数量估计配合使用,以抵消回归效应二、感觉直接测量的情景效应•实验中其他刺激的影响---情景效应 定义：同一个刺激和较弱刺激一起出现，会被高 估：而和较强刺墩一起出现，则被低沽． 这一现象的解释：(l)被试的反应偏差 (2)感觉参照导致 •刺激序列效应 定义: 数量估计受到此前呈现刺激的同化作用 序列效应和情景效应的比较• 刺激全距的影响 定义：刺激全距减小,心理物理函数斜率提高 这一现象的解释：(1)保持同样的反应全距；(2)反 应全距减小序列效应和情景效应的比较•情景效应：Sp 在低强度刺激中的估计结果较高，而在高强度刺激中的估计结果较低.(如上图)系列效应:先估计弱刺激SA,再估计Sp,会低估;先估计强刺激SK,再估计sp,会高估(如上图)三、直接数量估计法的应用•情绪研究中的应用 Frankenhaeuser等(1967)发现情绪体验估计值和生理指标间高相关 数量佑计法用于恐惧症治疗 生活事件量表：对生活事件的影响强度进行度量• 社会舆论的测定 Sellin等(1964)发现不同被试时犯罪行力严重程度的数量佑计一致性很高 罪行典论量表的效度证据：(1)满足可加性要求:(2)偷盗罪行的严重性是偷盗数额的幂函数 幂函数的指数作为量刑公正性的指标：虽然罪行恶劣程度和刑期的指数不为1.但惩罚强度评价和刑期的幕函数指数也不为l，两者互补,显现立法公平第四节信号检测论•信号检测论引入的原由 •信号检测论的基本思想 •信号检测论的两种独立指标 •接受者操作特性曲线 •认知研究中的应用一、信号检测论引入的原由•传统心理物理学的错误假设： 假设：被试报告为“有”的概率 P(y)仅是物理刺激强度的函数，不受到刺激出现概率P(S)等非感觉因素的影响 事实上,P(S)总为l将被试反应局限在击中和漏报两种，真实的被试反应有击中、虚报、漏报、正确拒斥四种， P(y)=P(Hit)+P(FA),P(y)会受P(S)的影响 •传统心理物理学控制P(y)会受P(S)影响的方法 •根据上述控制方法所导出的p*(Hit)与P(FA)的关系与其传统心理物理学本身的实验数据矛盾～信号检测论引入传统心理物理学控制P(y)受P(S)影响的方法•阈上刺激的反应不受到非感觉因素的影响；阈下刺激的反应受非感觉因素影响,部分反应为“有”，称为猜测反应。

•加入空白试验来去除猜测为“有”的概率，如上图所示,P*(hit)为排除了猜测反应后的击中率P*(Hit)与P(FA)的关系与实验数据矛盾•根据上述控制方法，得： 这说明P*(Hit)与P(FA)成线性关系,而事实上心理物理学实验数据显示它们成下图关系二、信号检测论的基本思想•信号与噪音•决策标准*信号检测论的基本原理•1.数学基础：统计决策原理•2.判断标准的确定：最优决策原则•3.三个影响因素：–先验概率、奖惩大小和被试目的及有关内容信号与噪音•信号=刺激•噪音=起千扰作用的所有背景•实验程序：有时只呈现噪音(以N表示）；有时信号和噪音同时呈现(以SN表示)，让被试报告是否出现信号• SN和N分布:SN 和 N 两种情况分别在心理感受量值上形成两个重蚕的正态分布，SN 分布的均值总大于N 分布， SN 分布和 N 分布间的距离可以作为被试感受性的衡量指标，这被称为辨别力指标(d ')决策标准•似然比： 如下图，对于某一感觉量值X,当它远离N分布时，被试报告“有”，远离 SN 分布时，报告“无”，但如果处于重叠区域，X来自N分布的可能性用两个分布的纵线高度(0),即似然比来衡量 L(xL(x) )随着X值的变化而变化决策标准： 选择某一似然比作为决策标准 ，当观察得到的X所对应的似然比大于等于 ，报告为“有”;否则，报告为“无” 最优 值 受 P(S)和支付矩阵的影响三、信号检测论的两种独立指标•反应偏向 似然比 报告标准 •辨别力指标似然比β•数学定义：区分“信号”与“噪音”反应的心理感受水平XC 所对应的信号分布纵轴比•间接计算方法 (如右图)：可以通4种反应概率的 PZO 转换得到 Xc分别对应的0(SN)和0(N)，两者的比值就是β值报告标准C•C 是横轴上的判定标准位置，计算公式为： (I2 为高强度刺激， I1为低强度刺激， Z1为低强度刺激时的正确拒斥概率的Z值）•C 会出现三种情况（以再认实验为例, d’固定）:–宽松的报告标准：旧刺激呈现时，报告”旧”的概率接近 1.0 ；新刺激呈现时，报告“旧”的概率高．–中等的报告标准：旧刺激呈现时，报告“旧”的概率较高；新刺激呈现时，报告“旧”的概率适中 –严格的报告标准：旧刺激呈现时，报告 “旧”的概率低：新刺激呈现时．报告“旧”的概率接近 0.0辨别力指标•―称为辨别力d’用fN(X)与fSN(X)之间的距离表示，公式为：• •当N分布与SN 分布均为常态分布时：•如右图， 当两分布近远时, d’大,而两分布近时， d’n以虚惊率为横轴,击中率为纵轴所组成的坐标图和被试者在特定条件下由于采用不同结果画出的曲线, 对于ROC曲线上的各点来说, d’是恒定的，所以ROC曲线又叫做等感受性曲线。

n纯机遇线四、接受者操作特性曲线•ROC 曲线的绘制 ― 以杨治良(1983)实验为例–设定五种先定概率―O.1、0.3、0.5 、O.7、0.9 –计算 p(fa)和 p(hit)–计茸 d’和β，发现d’恒定，β变化–以 p(fa)横坐标，以 p(hit)为纵坐标得到ROC 曲线– ROC 曲线的属性：(1) β值的改变独立于d’的变化； (2)Roc曲线的曲率反应敏感性指标 d' •方差齐性假设的检验–d’的计算中蕴含方差齐性σSN=σN –检验方法：ROC 曲线坐标转化为Z分数后,斜率是否为1–实验证明方差齐性假设不成立五、认知研究中的应用•再认记忆研究中的应用–新旧项目在记忆强度的连续体上形成两个互相重叠的正态分布 ― SN 和 N分布 –MOC（记忆操作特征）曲线–检验脑损伤、药物等因素是 d’还是β•社会认知研究中的应用–攻击性行为的研究： •刺激：2X2 的矩阵（恰当的攻击、不恰当的攻击、恰当的不攻击、不恰当的不攻击，其中攻击情景为信号）•结果：自身攻击性越高的青少年，在问卷中显示出的 d ’越低；而教养良好的青少年，其 d ’都很高一青少年的攻击性行为是由于不能分辨恰当攻击和不恰当攻击的区别。