河南大学 实验心理学课件

似然比（likelihood ratio） 纵轴 o ＝
击中 击中
反 应 偏 向
纵轴虚报
o击中
似然比
O ( SN ) l ( x) O( N )
反应
Pay-off matrix
Decision threshold
判断标准
P(N)=P(S)=0.5
刺激 S N
有
＋1 －1
无
－1 ＋1
O( SN ) O击中 O( N ) O虚报
传统的阈限概念
• 从测量上考虑传统阈限的概念，经过发展，形 成了费－伽马（Phi-gamma）假设的传统觉 察理论。该理论假设有三个连续量：刺激 （stimulus，S）、内部反应（response， R）和判断（judgment，J）。参见下页图：
判断J
内部反应
刺激出现的概率 对传统阈限概念的异议： 反应代价
• 人类觉察是建立在统计决策理论的基础上，就 是说被试选择一个标准，当给定的刺激超过这 个标准时，被试就反应“有”，否则报告 “无”。这个反映标准的选择决定于很多因素。 这个反应的标准就是阈限，而不是感觉本身的 真实的东西。信号检测论还认为，感觉是连续 的，而不是神经量子论的阶梯式间断，也不是 传统阈限理论的3个标准差处。不存在固定的 阈限。所谓的阈限是统计检测的结果，是随判 断标准而变化的。
神经量子理论（neural quantum theory）
• ①刺激连续（stimulus continuum） （任意度标）。②神经单元阶梯式的感 觉连续（sensory continuum）。在 刺激连续体上，St是标准刺激值，a是 肯定能够兴奋附加量子的刺激增量， △φ是只能部分兴奋神经量子所需要的 刺激增量。
信号检测论应用于感知觉测量的两个 基本假设
• SDT认为重复呈现一个刺激并不产生相同的感觉量。因此， 当多次重复同一刺激会形成同一刺激的一个感觉分布，而且， 刺激信号和噪音形成的感觉分布均是正态分布，两个分布的 标准差相等信号分布的平均数大于噪音分布的平均数。两个 分部的重叠部分可能是由信号引起的，也可能是由噪音引起 的。 • 被试判断某一个刺激是信号还是噪音时，是根据自己的主观 感受进行判断的，而且这种主观的判断标准是受信号呈现的 先验概率和对判断结果的奖惩措施的影响。一般在被试的感 受性保持恒定的情况下，判断标准（严格、一般、宽松）对 被试的击中率和虚报率产生影响。当判断标准严格时，被试 的击中率和虚报率都比较低，当判断标准一般时，被试的击 中率和虚报率均居中，当判断标准比较宽松时，被试的击中 率和虚报率均较高。
神经量子理论（neural quantum theory）
• 斯蒂文斯等人提出用来解 释阈限的一种理论。他们 通过响度和音高的辨别实 验，推论其基本的神经过 程 是 按 全 或 无 定 律 （ allor-none law）进行的。
• 这种理论假设，反映刺激变化过程的神经结构， 在机能上被分成各个单元或量子，具体来说就 是，每当刺激增量兴奋的量子数，超过标准刺 激所兴奋的量子一个时，这个刺激增量就被辨 别出来。如果刺激增量所兴奋的量子数，没有 超过标准刺激所兴奋的量子一个时，这个刺激 增量就不能被辨别出来，即刺激增量是线性连 续的，而感觉是按阶梯形式进行的。必要的刺 激增量的大小取决于一个刺激高于上一个兴奋 了的神经单位的阈限是多少。
• 在感觉连续上，P是S所产生的“剩余”兴奋量，如果 说，假定17个能量单位的刺激量足以兴奋神经量子a、 b、c，而且还能够部分兴奋“d”量子，这个剩余量只 能是由超出20个能量单位的那点能量所引起。因此， 剩余量和感受性的波动有关。只有△φ和S剩余量总和 达到等于和大于兴奋一个附加量子所需的能量时，才 能产生一个可觉察的感觉反应。所以剩余和能量是有 关的，即剩余大，要求增量便小。用数学表达式则为： △φ=Q－P ,△φ：使附加量子活动所需要的刺激增量。 Q：肯定能够兴奋一个量子的增量的大小。P：标准刺 激剩余量能引起的部分兴奋量。
现代心理物理学研究的课题
检测问题（detection）
现 代 心 理 物 理 学 课 题
认知问题（Cognitive） 辨别差异问题（discriminative difference） 量表问题：scale→心理测量学 （psychometrics）；测量心理活动并转换 为某种尺度（yardstick）
检测问题
• 检测（或觉察）（detection）就是察觉一个 事物是否存在的问题。这是一个低水平、低层 次的感知觉问题，它所要解决的问题是，人检 测到了信号，报告为“有”，没有检测到信号， 报告为“无”的简单问题。 • 在使用方法时，如果研究者承认“阈限”的存 在，就可用传统的极限法和常定刺激法来测定 阈限；如果不承认“阈限”的存在，就可用信 号检测论来分析检测信号的辨别力和反应倾向。
信号检测理论（signal detection theory,SDT）
• 该理论认为，人类被试觉察信号有一个 神经中枢效应，这种效应随着每次刺激 的出现，时刻都在变化；信号总是在噪 音的背景上产生，信号的影响和纯噪音 的影响都是正态分布，两种分布，由于 信号比噪音微弱增强，所以有一定的重 叠而使得信号和噪音都可能引起同一程 度的感觉。
Y SN N 击中 漏报 p(Y/SN) p(N/SN) f2 f1 虚报 p(Y/N) f3 正确拒斥 p(N/N) f4
N
P（Y/SN）=f1/(f1+f2)
P（N/SN）=f2/(f1+f2)=1－P（Y/SN）
P（Y/N）=f3/(f3+f4) P（N/N）=f4/(f3+f4)=1觉 量值X
收益 动机 注意 频率
大脑决策模块
反应
依据SDT，知觉由感觉 和决策过程控制。一个 信号或刺激产生的感觉 取决于信号强度和观察 者的感受性其部分决定 着观察者作出“有”的 反应。其他还有一些决 定作出“有”的反应的 因素，包括观察者说出 “有”刺激出现的意愿 即反应偏向。
信号检测论的原理(续)
• 人类被试觉察信号有一 个中枢神经效应，这种 效应随着每次刺激的出 现，时刻发生变化。因 为存在着内部和外部噪 音，所以即便没有信号 出现，中枢效应也可能 由纯噪音引起。可以把 被试做出判断所根据的 感觉材料，设想为对神 经活动的测量，或者把 它看作在给定时间内， 达到皮质上给定点的神 经冲动数目。
不同感觉通道的交叉匹配（crossmodality matching）
• 斯蒂文斯的数量估计法和 幂定律后来受到人们的批 评。人们认为被试给出的 数目字可能更多地反映它 的数字习惯而不是反映他 的感觉。为此，斯蒂文斯 采用不同感觉通道的交叉 匹配法来进行实验，从而 进一步验证幂定律。实验 中，被试不需要产生数字 判断，被试的任务是把两 个不同的感觉通道产生的 感觉量相等起来。
• 心理物理实验中所选定的信号和噪音的刺激强 度相差很小，而且只有单维的强度差异。因此， 噪音和信号加噪音的两个正态分布有重叠的部 分。信号实际上总是在包含内部和外部噪音的 背景上产生，因此所谓对信号感觉的分布，实 际上是对信号加噪音的分布。由于噪音及信号 所引起的两个感觉分布有重叠的部分，所以某 一特定的感觉既可以由噪音所引起，也可以由 信号所引起。
认知问题
• 认知（cognitive）就是辨认一个事物的问题。 这里已包括较高水平的问题，如当一个雷达操 作员在屏幕上观察到了有信号以后，就要进一 步向自己提出这样的问题：“这是什么？”。 这就包括了复杂的知觉过程。这里包括可以采 用信息论的方法来认知对象。 • 应当指出，检测和认知阶段有时是不可分的， 相互联结的，所以有时也称为检测-认知阶层。
统计决策所需的两个基本假设——两个相等的、有重叠的正态分布— —在信号检测论中能够得到满足，→统计决策的原理可以成为信号检 测理论的数学基础。
判断反应矩阵 反应 有信号 刺激 有信号 无信号 hit False alarm miss Correct rejection 无信号
决策（判断）
接受H0（无信号） H1为真（有信号） β（漏报） 拒绝H0（有信号）
• The Power Law：S=bIa S——物理量I的幂函数 b量 表单位决定的常数 a感觉通 道和刺激强度决定的幂指数。 • 修正的幂定律：S=b(I－I0)a 这样幂定律就可以用于全不可 知觉的刺激范围。在某些研究 者看来，I0就是绝对阈限值。 从I中减去I0，意味着以阈限 以上有效单位而不是以物理量 表上的零点以上单位去说明刺 激。
• 斯蒂文斯又补充了两个问题：①刺激次序，被 试将某些组的刺激排成等级和次序的测定。② 刺激等级评定，确定被试评定刺激的真正物理 值的准确性。而这些都是以如下对感觉阈限的 理解为基础的：作用于感受器的一个刺激，引 起一系列冲动在大脑中枢发生了一种效应。这 种效应的大小将随着刺激的强度、感受器的感 受性、传导通路的效率和中枢的活动水平背景 而发生变化。
辨别差异问题
• 辨别差异是叙述某些事物与标准的区别 问题。这是一个更高的梯级。例如雷达 操作员要正确无误地分辨出这一刺激不 同于别的刺激。心理物理学中的韦伯定 律（或韦氏定律）（Weber’s law）， 分辨中的信号检测论，以及用反应时来 测定分辨等，都属于辨别差异问题。
量表问题 • 量表（scale）这方面的研究方法和内 容，已构成了一个专门的学科——心理 测量学（psychometrics）。测量 心理活动并转换成某种尺度 （yardstick）的问题。
感觉分析将感觉量值（x）发送到决策模块。X的数值是信号强度和观察者感受性的函数。收益动机以及注意过程 将反应偏向信息发送到决策模块。感觉和偏向成分共同决定观察者的反应。感觉量值x位于分布的横坐标。收益等 因素决定着反应标准的位置
第二节 信号检测论的原理
• 一、信号检测论的由来 • 二、信号检测论的统计决策原理
• 例如，要求被试调整施加于指端的 振动强度，以便使振动的感觉印象 和一爆破噪音的响度相匹配。这样 在不同的刺激水平上获得跨感觉通 道的匹配，一条等感觉函数的曲线 便产生了，它表示出一感觉通道的 刺激与造成相等感觉量的判断的另 一感觉通道刺激的关系。这种方法 称 之 为 等 感 觉 匹 配 法 （ equalsensation function obtained by matches）。假设某一感觉通 道的主观值S1=Im1 ，另一感觉通道 的主观值为：S2=In2 ；如果主观值 S1 和S2 相等，则最后的相等感觉函 数 形 式 为 ： Im1=In2 ； ogI1=n/m logI2