河南大学 实验心理学课件
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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。
• 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。
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
信号检测过程的理论说明
感觉系统 大脑感觉模块 感觉 量值X
收益 动机 注意 频率
大脑决策模块
反应
Leabharlann Baidu
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。
• 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
• 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。
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。
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。
斯蒂文斯的幂定律
• △I/I=K →两个假设:①每一 个最小可觉差(JND)可以看 作感觉上的一个最小变化,它的 主观量相等的,是感觉的单位; ②任何阈上感觉的大小都可以用 感觉随机刺激变化而发生的总和 表示,也就是说可以用最小可觉 差作感觉单位,对阈上感觉进行 间接测量。其函数关系表达式为: S=KlogR S——感觉大小(以 JND为单位)R——刺激强度 K——常数。(Fechner’Law & Law of logarithmic function )。
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。
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)
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。
• 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。
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
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
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-P(Y/N)
第四章 现代心理物理法
• 第一节 阈限概念和理论的发展 • 传统的阈限概念 :波林指出,心理物理 学的古典问题有五个:①绝对阈限,被 试对个别刺激的感受。②差别阈限,被 试对刺激增量的感受性。③等量,被判 断为相等的刺激,一般指主观判断的强 度方面。④感觉等距,被判断为相等的 两对刺激之间的差距。⑤感觉比例,彼 此判断为有特定比率那些刺激。
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。
• 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。
• 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。
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)
1-β(击中)
H0为真(无信号) 1-α(正确拒斥) α(虚报)
信号检测论的原理
• 信号检测论测量感受性的基本假设:传 统心理物理法认为人在感知方面的生理 功能存在一定的局限性使个体在对感知 觉刺激进行感知和判断时,要求刺激达 到一定的程度才能克服这种生理局限。 SDT认为不存在这种生理局限性,没有 真正的感觉阈限被试对某以刺激是否存 在或刺激之间是否存在差别的决策困难 来源于内部和外部的干扰。
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。