作业行为的神经与心理机制

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1.2 人在作业活动中的信息加工处理过程
1.2.1人的信息加工模型
（一）感觉系统：人的信息处理的第 一个阶段是感觉。在这一阶段，人 通过各种感觉器官接受外界的信息 ，然后把这些信息传递给中枢信息 处理系统。
（二）中枢信息处理系统：人的认知 系统接收从感知系统传入的经过编 码后的信息，并将这些信息存入本 系统的工作记忆中，同时从长时记 忆中提取以前存入的有关信息和加 工规律，进行综合分析后做出如何 反应的决策，并将决策信息输出到 运动系统。
感觉 触觉 听觉
视觉 嗅觉 味觉
刺激阈限下限
蜜蜂翅膀从lcm高处落到肩上的感觉
在 寂 静 场 所 从 60m 远 能 听 到 的 钟 摆 走 动 声 ( 约 2×10-5Pa) 在晴朗的夜晚距48km远能看到的烛光
在30m2的房间内开始嗅到的一滴香水散发的香味
一匙白糖溶于9L水中初次能尝到的甜味
二、人的信息传递能力
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认知心理学的方法
❖ 在认知心理学的具体研究中，常采用的研究方法有实验、观察ห้องสมุดไป่ตู้计 算机模拟等方法。其中，目前最常用也是最重要的研究方法是实验 研究法，计算机模拟法也颇受关注，但还面临着许多问题。
❖ 方法应用的条件：快速的信息加工，则用反应时为指标进行实验； 较慢的加工则用出声思考形式的观察法；计算机模拟法两者皆宜。
（1）理论能力估计与人的实际能力。哈佛大学的米勒(G．A．Miller)在 大量研究和考察的基础上得出了这样的结论：“在最理想的条件下， 传信能力的实际上限似乎处于25 bit/s左右，至今无人声称最高值能达 到40 bit/s”。
（2）感知觉的绝对辨认能力。如下表为不同感知觉的绝对辨认能力。 辨认能力是指当单个的刺激呈现而不与其他刺激作比较的条件下，感 觉器官所具有的辨认能力。
刺激源
视觉
眼睛
一定频率范围的电磁波
外部
听觉
耳
一定频率范围的声波
外部
旋转 下落和直线运动 味觉 嗅觉 触觉
半规管肌肉感受器 半规管 头和口腔的一些特殊细胞 鼻腔粘膜上的一些毛细胞 主要是皮肤
内耳液压变化，肌肉伸张 内耳小骨位置变化 溶于唾液中的一些化学物质 蒸发的化学物质 皮肤表面的变形弯曲
内部 内部 外部 外部 接触
（3）记忆与决策。一旦某个知觉的对象被归入一定范畴后，个体需要决 定对它作出什么行动。例如，当汽车司机看到前方路口出现黄信号灯 时，他可能决定加速或者刹车。在这种情境中，决策以反应选择的形 式表现出来。在有些情况中，人们也可能决定不对当前的刺激作反应 ，而是把关于外界刺激的信息存入记忆。这时还可能需要作出第二个 决定，即把输入的信息是存入操作记忆暂时保持一下，还是把它存入 长时记忆较永久地贮存起来。在实际决策活动中，往往包含多种可能 的行动方案，因此必须进行比较分析，才能选出最优的方案。
（6）注意。在感觉登记之后的各阶段的信息加工几乎都离不开注意。注 意的重要功能在于把各种有关的信息区分开来，使人能够稳定地集中 于所要加工的信息。人用于执行任务的注意资源量是有限的，假如有 些阶段的信息加工占用了比较多的资源量，那么其他阶段能分配到的 就比较少，它们处理信息的效率就会因此而降低，但通过学习和练习 能够提高注意的分配能力。例如，我们能够一边走路一边聊天，这两 种活动所以能顺利地同时进行，就是因为我们对走路已经相当熟练， 只要给予少量注意资源就可以了。
典型方法
❖ 反应时实验
❖ 计算机模拟 人与计算机的类似之处：
1、都有信息的输入和输出、信息储存和提取 2、都依照一定的程序对信息进行加工
对计算机模拟的争论： 1）适用范围问题：是不是可以用计算机模拟人类全部的信息加工？ 2）相似性问题：计算机的思维方式主要是条件判断，它与人类高效 的推理、直觉和具有创新特点的思维活动有多大的差异？ 3）替代性问题：计算机与人脑进行信息处理的基本过程是一样的。 经历着一个信息输入、信息保持和信息输出的过程。但二者在诸过 程中又有着明显的不同。在人脑信息加工的多个过程之中，过去的 知识经验一直起着重要的作用。而在计算机模拟中，这种已有知识 经验的作用机制很难表现出来，因此，有人主张没有必要通过计算 机模拟的方法分析人脑的信息加工过程。直接以电脑代替人脑进行 各种信息加工。然而，这种观点却面临着更大的挑战。
（4）执行。如果作出的一个决定是对外界刺激所取某种反应活动，这种 决策信息就会以指令形式传输到效应器官，支配效应器官作出相应的 动作。
（5）反馈。人借助于感觉器官获得关于自己活动结果的信息，这样就组 成了上图模型中所描述的反馈回路。通过反馈，人们对自己的活动进 行自我调节。虽然在绝大部分时间里，视觉反馈起主要作用，但对于 某些活动，由听觉、触觉、动觉等感觉系统提供的反馈也很重要。例 如，驾驶员在操纵变速杆时，就需要依靠来自手的动觉反馈以调节和 控制所执行的动作。
H ( A) log2 P(0.1) ≈3.32(比特) H (B) log2 P(0.9) ≈0.152(比特)
（三）信息传递模式
人机系统中，信息在信息源和信宿（信息接收者）之间传递 过程通常有三种模式：
1）信息源发出的信息被信宿完全接收。 2）信源发出的信息在传递过程中消耗殆尽。 3）从信源发出的信息虽然有些损耗，信宿收到的信号也混有某些 噪声成分，但仍有部分信源发出的信息被有效地传送到了信宿。
❖ 认知心理学运用信息加工观点来研究认知活动，研究范围包括感 知觉、注意、表象、学习记忆、思维和言语等心理过程或认知过 程，以及儿童的认知发展和人工智能（计算机模拟）。
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什么是认知
❖ “认知” 有广义和狭义之分。 ➢ 广义的认知与认识的含义基本相同，指个体通过感觉、知觉、表 象、想象、记忆、思维等形式，把握客观事物的性质和规律的认 识活动。 ➢ 狭义的认知与记忆含义基本相同，是指个体获取信息并进行加工 、贮存和提取的过程。
（3）信息传递率。信息传输速率（R）是指人在单位时间内能传递的信 息量。由于实验条件的不同，所得的信息传递率也不完全一致。一般 认为，人的通道容量约为7 bit左右，即人每秒最大可传递7 bit左右的 信息量。实际上，人的信息传递率远远高于7 bit，这是因为作用于人 的感官的外界刺激往往都是多维度的。
1.2.3感知系统的信息加工
一、感觉与知觉系统
❖ 感受器管按其接受刺激的性质可分为视、听、触、味、肤觉等多 种感受器。其中视觉、听觉和嗅觉接受远距离的刺激。每一种感 受器通常只对一种能量形式的刺激特别敏感。这种刺激就是该感 受器的适宜刺激。人的感觉和各类感受器的适宜刺激见下表。
感觉
感受 器
适宜刺激
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认知心理学的研究领域
❖ 包括认知活动、认知发展和人工智能（计算机模拟）等。 认知活动的研究主要是指旨在揭示认知活动的信息加工过程 的心理机制 认知发展的研究旨在探讨个体认知能力的发展规律 人工智能的研究旨在以心理学关于心理过程的理论为依据， 建立心理过程的计算机模型（计算机程序），以验证心理学 理论的正确性，并将成果运用于自动化机器的控制。
1.2.2信息、信息量与信息传递模式
（一）信息的基本含义
（1）信息。信息是能消除事先不能确定的情况的信号或知识，它存在 于一切事物中，是一种抽象量。
（2）信息量。信息量是人机系统中设计时考虑的重要参数。有关信息 量的计算通常选用对数单位进行度量。
❖ 所谓信息量是指从N个相等可能事件中选出一个事件所需要的信息度 量或含量,也就是在辩识N个事件中特定的一个事件的过程中所需要 提问“是或否”的最少次数。
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信息加工观点
❖ 所谓信息加工观点，就是将人脑类比为计算机的信息加工系统。 ❖ 将计算机作为人的心理的模型，企图对人的心理和计算机的行为作出某
种统一的解释，发现一般的信息加工原理。 ❖ 这种类比主要局限于人脑与计算机在机能方面的相似性，而不管产生这
些机能的物质结构。
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认知过程
❖ 认知过程是个体认知活动的信息加工过程。认知心理学将认知过程 看成一个由信息的获得、编码（Encoding & Coding）、贮存、提 取和使用等一系列连续的认知操作阶段组成的按一定程序进行信息 加工的系统。 信息的获得就是接受直接作用于感官的刺激信息。感觉的作用 就在于获得信息。 信息的编码是将一种形式的信息转换为另一种形式的信息，以 利于信息的贮存和提取、使用。个体在知觉、表象、想象、记 忆、思维等认知活动中都有相应的信息编码方式。 信息的贮存就是信息在大脑中的保持，在记忆活动中，信息的 贮存有多种形式。 信息的提取就是依据一定的线索从记忆中寻找所需要的信息并 将它取出来。 信息的使用就是利用所提取的信息对新信息进行认知加工。
（三）反应（运动）系统：它执行中 枢信息系统发出的命令，产生人的 信息处理系统的输出。
人的信息加工模型
（1）感觉贮存。又叫感觉登记或感觉记忆，是人的信息加工的第一阶 段。它贮存输入感觉器官的刺激信息，但保持时间很短，假若不对 输入感觉的信息作进一步处理，就速度衰退直至完全消失。感觉记 忆的内容，人是意识不到的。各种感觉系统都有对输入信息的短暂 记忆，视觉记忆保持的时间不足1秒，听觉记忆约能保持2秒。
（2）知觉译码。在知觉时，人把当前感觉登记中的信息与以前贮存在 长时记忆中的有关信息进行匹配，从而赋予刺激一定的意义。知觉 过程中作出的这种匹配是多对一的关系，即把许多不同特性的刺激 物归入同一范畴。例如，人们平时阅读时，接触到形状、大小和方 向不同的各种字母“A”，这些不同的字母“A”都被识别为属于同一 范畴、具有同一涵义的对象，人们以相同的方式对它们作出反应。 与此同时，它们之间的判别也被保持在记忆中，如果需要作出选择 或区分的话，人们就会去注意这些不同字母“A”的个别特性，比如 ，是大写的还是小写的，是书写体的还是印刷体的，等等。
（二）信息量的计算
如已知事件Xi已发生，则表示Xi所含有或所提供的信息量
H ( Xi ) log2 P( Xi )
例题：若估计国足在一次比赛中获得冠军的可能性为0.1(记为事件A) ，而在另一次比赛中获得冠军的可能性为0.9(记为事件B)。试分别计 算当你得知国足获得冠军时，从这两个事件中获得的信息量各为多少 ？
❖ 如何计算信息量的多少？在日常生活中，极少发生的事件一旦发生 是容易引起人们关注的，而司空见惯的事不会引起注意，也就是说 ，极少见的事件所带来的信息量多。如果用统计学的术语来描述， 就是出现概率小的事件信息量多。因此，事件出现得概率越小，信 息量愈大。即信息量的多少是与事件发生频繁(即概率大小)成反比。
第二章 作业行为的神经与心理机制
1.1 生产作业中的主要生理心理活动
操作活动中的心理活动，是人们通过感觉、知觉、思维和注意等 一系列心理活动的集中性、指向性和组织性来能动地认识事物的 过程，也是人们受某种自我的激励，积极地指引劳动活动按一定 规范进行的过程。
“认知心理学”
❖ 认知心理学（Cognitive Psychology）是以信息加工观点为核心 的心理学，所以又称作信息加工心理学。
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认知心理学研究的基本思路
认知心理学家关心的是作为人类行为基础的心理机制，其核心是输入 和输出之间发生的内部心理过程。
人们不能直接观察内部心理过程，只能通过观察输入和输出的东西来 加以推测。所以，认知心理学家所用的方法就是从可观察到的现象来 推测观察不到的心理过程。有人把这种方法称为会聚性证明法，即把 不同性质的数据会聚到一起，而得出结论。
感觉
感受 器
适宜刺激
刺激源
振动觉
无特定器官
机械压力的振幅及频率变化
接触
压力觉 温度觉 表层痛觉 深层痛觉
皮肤及皮下组织
皮肤及皮下组织变形
接触
肤及皮下组织
环 变化境，媒机介械的运温动度，变某化些，化或学人物体质接触物的温度外部或接触面
确切的感觉尚不清楚，一 为是皮肤的自由神经末梢
般认强 物质度很大的压力、热、冷、冲击及某些化学外部或接触面
一般认为是自由神经末梢
极强自压力和高热
外部或接触面
位觉和运动觉 肌肉、腱神经末梢
肌肉拉伸，收缩
内部
自身动觉
关节
不清楚
内部
❖ 人的感官除了要求“适宜刺激”信号的载体外，感官对信息载体 的能量要求也有一定的限度。感官的这种对信号刺激能量范围要 求称为该感官的绝对感觉阈限。要保证信息传递畅通有效，信号 的能量必须较大幅度地超过人的绝对感觉阈限下限值。下表为几 种主要感觉器官的刺激阈限。