认知心理学实验设计

一、转换和衰减:
感官将外界的物理能量输入到我们的神经和认知系统。

并在此对能量做进一步加工。

外界的物理能量必须转换为神经事件的模式（一种神经能），这种模式作为以后所有认知加工的基础。

一旦感觉刺激中的物理能量被转换为神经事件的模式，则所有未被转换的物理能就会完全丢失。

当认知系统衰减感觉输入时，就发生这种转换。

衰减意味着神经和认知过程也许不能保存感觉世界中的所有能量。

在感觉世界中我们不断地处于潜在刺激的包围之中，这种衰减是必要的。

二、反应时
一、涵义：它是指刺激作用于有机体后到其作出明显反应所需要的时间，即刺激与反应之间的时间间隔。

又称为有机体反应潜伏期，其过程包括刺激作用于感官、引起感官的兴奋、感受器的换能、将兴奋传递到大脑的相应区域，大脑再对这些兴奋进行分析加工并通过传出通路将指令传到运动器官，运动效应器接受神经冲动，产生一定的反应。

它是一种反应变量，作为个体成绩指标或内部加工信息过程的复杂程度的指标
1850年赫尔姆霍兹，测定青蛙运动神经传导速度
1868年唐德斯（荷兰，FＣDonders）利用反应时观察研究人的心理活动所需要的“心理过程速度”的时间，由此反应时被引入心理学研究领域（一）减法反应时（唐德斯反应时ABC）
减法反应时实验的延伸，最初是由斯腾伯格(Sternberg, 1966, 1967, 1969)发展出来的
其逻辑是安排两种反应时作业，其中一个作业包含另一个作业所没有的一个因素，而在其它方面均相同，从这两个作业的反应时之差来判定与之相应的加工阶段
反应时实验存在的问题
速度与正确率权衡（trade off)问题：目前的主导看法是，就一般的反应时实验来说，在实验达到高正确率的条件下，反应时数据是有效的。

在统计实验结果时，应单独对反应错误率进行统计，在分析结果时加以考虑
三、自下而上加工（Bottom－up Processing）：指知觉系统直接接受外部世界输入信息的影响。

安德森（J.R.Anderson）认为：“自下而上的加工是指信息由细小的知觉片断产生由它们组成的较大的单位”。

数据驱动加工（Deta-driven processing）:根据知觉到的特征和构造这一数据知觉外界对象。

格拉斯（A.L.Glass）模型。

1、从视觉输入开始以视觉的再现结束。

2、视觉输入传递顺序，分为高低阶段。

3、低阶段依赖视觉输入；高阶段产生知觉再现。

4、低阶段的结果，不受高阶段影响。

自上而下加工（Top-down Processing）
概念驱动加工（Conceptually driven Processing）
人类根据记忆中已有知识解释知觉数据并认知对象。

1、输入图形分成字母串；
2、将字母串与单词比较，从而确定单词的意义。

3、对组成单词理解其意义；
4、对不能组成的单词，则返回最初阶段重复加工，直到将字母串全部组成单词。

认知心理学的一个基本观点：人已有的知识和知识结构对当前的认知活动具有决定性作用。

四、Tulving, mandler & baumal字词识别实验
通过改变刺激呈现时间研究bottom-up ；通过改变上下文的字数研究top-down ；刺激材料为一些句子
二因素设计：上下文刺激材料的长度
0 disorder
2 dirt and disorder
4 filled with dirt and disorder
8 The huge slum was filled with dirt and disorder
靶子词呈现的时间（ms）
0，20，40，60，80，100，120，140
结果：1. 60-80ms时有上下文的靶子词识别率最高， 8字词比0字词高出40%
2. 140ms时差别缩小，8字词比0字词高出30%
五、David marr的三层次理论
第一阶段(也称为早期阶段)：将输入的原始图像进行处理，抽取图像中诸如角点、边缘、纹理、线条、边界等基本特征，这些特征的集合称为基元图(primitive sketch)；
第二阶段(中期阶段)：指在以观测者为中心的坐标系中，由输入图像和基元图恢复场景可见部分的深度、法线方向、轮廓等，这些信息的包含了深度信息，但不是真正的物体三维表示，因此，称为二维半图(2．5 dimensional sketch)；
第三阶段(后期阶段)：在以物体为中心的坐标系中，由输入图像、基元图、二维半图来恢复、表示和识别三维物体。

六、注意
注意的一般性定义：注意是心灵被占据的状态，以一种清晰、鲜明的形式，从众多同时可能的对象或思维中选择其中的一项。

其本质是意识的聚焦、集中与贯注。

注意的操作性定义：以所使用的作用的要求来对注意做描述性的界定。

七、注意的理论
过滤器理论（Broadbent,1958）。

布罗得班特认为：一个输入刺激在完全加工之前需要通过一个过滤器，过滤器根据刺激的物理特征选择一个输入刺激，拒绝同时呈现的其他所有刺激。

衰减模型（attenuation model）
特瑞斯曼认为：进来的刺激要经历三种分析或检验；
第一个检验分析刺激的物理属性；
第二个检验决定刺激是否是语言的，如果是，将它们分为音节和单词；
第三个检验是识别单词并赋予意义；
这三个检验并非对所有进来的刺激都是必须的，确切的加工一直持续到竞争刺激能与其他刺激区分开为止。

即，非追随耳的信息并没有被完全过滤掉，而只是在强度上的衰减，一些重要的信息或有意义的信息刺激仍然可能
部分通过并接受进一步加工。

注意的衰减理
谢里等人（cherry&Kruger,1983）的发现证明了这一衰减理论。

他们研究了学习障碍儿（learing-disabled,LD）选择性注意的能力。

被试：7-9岁的儿童。

任务：指出立体声耳机一个通道中呈现的单词的对应图片。

刺激：目标单词、干扰语（非语言、非语义的噪声；到着说，是语言但无语义的；顺着说，既是语言的又有语义的。

）
结果：当受到干扰的限制时，学习障碍儿童的成绩比正常儿童成绩差得多。

当使用语义干扰时异常儿童与正常儿童间的成绩差异最大。

这一发现表明（理解学习障碍儿的障碍原因）：
1)学习障碍儿童的前注意分析包括非追随信息的语义分析。

2)这一发现也表明学习障碍儿童问题至少部分是因为他们不能控制非追随信息的衰减。

3)学习障碍儿童不能完全衰减非追随（和多余的）竞争刺激。

cherry&Kruger的研究提供了一种证明认知分析如何帮助理解和处理实际问题——教育教学问题的有效途径。

注意的后期选择理论
Deutsch(1963)的理论：
对于选择注意的争论焦点是：选择注意的瓶颈在信息加工中出现的时间。

Deutsch(1963)的理论认为：几乎所有进来的刺激都被进一步加工，当信息达到工作记忆时，开始选择获得进一步加工的信息。

即，信息的进一步加工选择是在工作记忆中进行的，而不是在较早的感觉记忆通道中，故，此理论被称为：“后期选择理论（late-selection theory）”
Deutsch(1963)的理论得到Lewis(1970)的验证
在一项双耳分听实验作业中，要求被试者追随呈现在一只耳朵中的单词，忽略呈现在非追随耳中的任何信息。

单词，也在非追随耳中呈现，这些单词有时与追随的单词没有语义上的联系，而有时非追随单词与追随单词同义。

在过滤器理论中：非追随信息完全被过滤掉，单词的性质不应该增加反应的潜伏期；在衰减理论中：非追随单词被衰减，虽然非追随单词的意义有时可能会闯入追随信息中，但是像同义这样的语义联系则不该闯入。

知觉选择模型和反应选择模型的比较：
两类注意模型的主要不同点，在于对注意选择机制（即过滤器）在信息加工系统中所处的位置不同
目前，对于这两类模型，心理学界还没有充分依据来肯定一个而否定另一个。

然而，从研究方法和研究的具体问题而言，这两类模型似乎还不至于像双方所想象的那么对立。

主张知觉选择模型的研究者，一般都运用附加追随耳程序的双耳分听的实验方法。

这种实验方法将注意引向一个通道，然后再来分析和比较两个通道的作业情况。

可见，他们所研究的是注意的集中性。

而支持反应选择模型的研究者，一般都运用不附加追随耳程序的靶子词的双耳同时分听的实验方法。

这种实验方法使注意分配到两只耳朵中，可见他们所研究的具体问题是注意的分配性。

由于这两种实验方法和研究的具体问题不同，所以它们必然会反映在实验结果上，并影响理论分析。

八、中枢能量有限理论
Kahneman认为注意力的能量是有限的，人可利用的资源总是与唤醒相关联，其资源的数量可随各种情绪、药物、肌肉紧张等因素的作用相连。

分配方案：（1）唤醒因素可利用的能量（2）个人当前的意愿（3）对完成任务所需能量的评价（4）个人的长期意愿
Norman等人（1975）把能量或资源有限分成两类过程：
资源有限过程（resource-limited process）：若某作业因受到所分配的资源的限制，而不能有效地完成。

但一旦能得到较多的资源，这种作业就能顺利地进行，则称之为资源有限过程；
材料有限过程（data-limited process）：若某作业因受到其质量低劣或记忆信息不适当的限制，当时即使分配到较多的资源，也不能改善该作业操作水平，则称之为材料有限过程。

双作业操作的互补原则（principle of complementarity）在进行双作业操作过程中，如果一个作业的操作所需用的资源增加多少，就会使另一作业操作可得到的资源相应地减少多少。

三点假设：
首先，容量模型假设不同来源的刺激产生的干扰是非特定的。

当我们同时进行两件事时，所产生的问题并非由于这两件事互相干扰，而是进行两件事需要较多的资源，超出我们所供应的范围。

因此，该模型预测，只要这些活动不超过所需的资源数目，我们便能同时进行这些活动。

第二个预测是跟着第一个预测而来的，即当这些活动所需的总资源要求超过既有容量时，要同时进行第二件事，必然使第一件事的反应退步。

第三个预测是认为分配决策有弹性，能改变来适应输入刺激的资源需要。

（Johnson & Heinz, 1978）
验证：Posner和Boies（1971）的实验：被试要同时做两个实验项目。

主要项目（即被试必须集中注意的）使字母配对项目。

视觉警告信号出现后，被试先看到一个字母，如T，约持续
50ms。

第二个字母于1s后出现，被试决定是否与第一个字母相同，以按键表示。

如果字母相同，被试以右手食指按键，如果字母不同，被试以右手中指按键。

第二个实验项目是听觉侦察项目，以耳机呈现声音刺激几次，被试若听到声音，则以左手食指尽快按键表示。

这个研究具体支持Kahneman的第一个假设：当整个情境要求不超过可用容量时，被试能处理互相竞争的刺激。

警告信号的警觉效果并不持久，在延长时距中（即第二个字母尚未出现），被试可能从感觉记忆中引出第一个字母的代码，并在工作记忆中产生较持久的认知代号，这解释第6点增加反应时间的理由。

但是反应时间增加最多的是第7点和第8点，在这两点以上，第二个字母已经出现，被试忙着分类、辨认并判断。

这些活动占用了被试大多数的可用资源，剩下少之又少的资源来处理声音。

因此这个发现也支持Kahneman的第二个预测；当所需资源超过容量时，听觉侦察反应项目的成绩必然退步。

九、两种加工过程理论
在能量有限理论的前提下，Schneider和Shiffrin（1977）提出了两种加工过程理论——控制性加工和自动加工。

他们认为，控制性加工（controlled processing）是一种需要应用注意的加工，其容量有限，可灵活地用于变化着的环境。

由于这种加工受人的意识控制，所以称为控制性加工，又称注意性加工；
自动加工（automatic processing）是不需应用注意，无一定的容量限制，不受人的意识控制的加工，并且一旦形成就难于改变。

自动加工与练习有密切关系。

Shiffrin和Schneider（1977）视觉搜索实验：在该实验中要求被试在一系列字母中搜寻目标字母，而目标字母数从1~6个随机变化；因变量为反应时间。

结果：未经练习的被试，其反应时随目标字母数增加而增加；经反复练习的被试，其结果是他们搜寻6个目标字母与搜寻1个目标字母的反应时间几乎相同。

实验依据：Shiffrin和Schneider的记忆扫描实验：
在实验中，先让被试识记1~4个项目，然后再视觉呈现再认项目1~4个，要求被试判定在再认项目中是否有以前识记过的项目，“有”按yes键；“无”按no键。

在实验中，识记项目和再认项目设置两种条件：
不同范畴条件，其中识记项目均为字母，而再认项目中只含一个字母，其余的为数字或再认项目均为数字（也可字母和数字倒过来设置）。

在这一条件中，被试只需从数字（或字母）中发现是否有字母（或数字），就可作出是与否的反应。

此条件中识记项目和无关的再认项目分属不同范畴。

相同范畴条件，其中识记项目均为字母（或均为数字），再认项目中也全部为字母（或全为数字），在再认项目中可包含也可不包含曾识记过的项目。

在此条件中被试要从字母（或数字）中，发现是否有识记过的字母（或数字）并作出恰当的反应。

此条件中识记项目和再认项目同属相同范畴。

实验结果：在相同范畴条件下，当识记项目和再认项目均为1个时，要达到80%的正确反应率，再认项目的呈现时间需120ms；而当识记项目和再认项目均为4个时，要达到70%的正确反应率，再认项目的呈现时间需800ms。

在不同范畴条件下，不论识记项目和再认项目的数量多少，再认项目的呈现时间只需80ms，就可达到80%以上的正确反应率
这些结果说明：不同范畴条件下的再认或搜索优于相同范畴条件，而且识记项目和再认项目的数量对不同范畴条件下的反应没有什么影响。

但是在相同范畴条件下，随着识记项目和再认项目的增多，判定所需的时间也增加。

结果解释： Schneider和Shiffrin认为，在相同范畴条件下，被试所进行的是控制性加工。

它将每一个再认项目与同一范畴的每一个识记项目按顺序进行比较，直到匹配为止。

在不同范畴条件下，被试从字母中搜索出数字或从数字中搜索出字母。

他们所进行的是自动加工。

由于采用加工方式不同，所以表现出判定速度的不同。

被试在不同范畴条件下所进行的自动加工是在长期的实践中分辨字母和数字的结果
十、线索范式
利用定向线索研究空间注意的转移方式：一种是利用中央线索的内源性定向；一种是利用外围线索的外源性定向
Jonides（1981）内源性定向和外源性定向的注意系统至少有三项不同。

第一，内源性定向的注意系统是可以为人的意识所控制，外源性定向否
第二，外源性定向的注意比较不会耗损认知资源，可以同时执行其他的认知活动。

第三，外源性定向的注意较不受几率的影响。

十一、搜索范式
特征整合论的核心是将客体知觉过程分成早期的前注意阶段和特征整合阶段；理论的出发点是知觉的特征分析。

知觉在前注意阶段是对特征进行自动的平行加工，无需注意，而在整合阶段，通过集中注意将诸特征整合为客体，其加工方式是系列的。

对特征和客体的加工是在知觉过程的不同阶段实现的。

她将特征看作是某个维度的一个特定值，而客体则是一些特征的结合。

Treisman的视觉搜索实验：
在实验中，向被试视觉呈现1~30个不同颜色的字母，要求他们从其中搜寻一个特定的靶子，这靶子或者是一个客体（如绿色的字母T），或者是一个特征（如兰色的字母或一个字母S）。

同时，记录被试的反应及所用的时间。

结果：当靶子是一个客体时，呈现的项目数量对观察靶子所需的时间有很大影响，项目数越多，所需的时间也越长。

当靶子是一个特征时，呈现的项目数量对觉察靶子所需的时间没有实际意义的影响。

解释：Treisman认为，搜索特征比搜索客体快，并不受所呈现的项目数的影响，是因为对特征的加工是自动的平行式加工；而搜索客体则是系列加工。

十二：过滤范式
1.双耳分听范式
2.Stroop范式
3.反应竞争作业
十三、记忆的各种变量
Dependent Variables：Remembering may be measured in numerous ways; these often involve recall or recognition.
Three popular recall tests are serial recall, free recall, and paired-associate recall.
Iconic memory：large capacity ；Same modality as experience ；Very fast decay
Short Term Memory,：Limited capacity ；Acoustic recoding ；Rehearsal maintains information ；Probabilistic transfer into LTM ； information from LTM retrieved and used here
Long term memory ：Unlimited capacity ；Semantic coding ；Little decay
十四、记忆系统加工过程：（多重记忆模型）
1.三种记忆贮存：感觉登记、短时记忆、长时记忆
2，信息传入的顺序
3.三种记忆的特点：在信息存储的时间长短、容量和遗忘快慢等方面是不同的。

短时记忆的容量可以通过测定记忆广度（memor y span）来获得。

短时记忆容量通常是以组块（chunk）作为测量单位的，组块是人们熟悉的一
短时记忆是感觉记忆和长时记忆之间的缓冲器
短时记忆是信息进入长时贮存的加工器
十五、工作记忆（包括：中央执行系统、语音回路、视空间画板。

）
中枢执行系统：容量有限；能处理任何需要认知参与的任务
语音环：贮存单词的呈现的顺序
视空图像处理器：贮存和加工视觉和空间信息
三个成分均容量有限，相互独立
假设：如果两个任务同时使用某一个成分，那么两个任务的成绩都不理想。

如果两个任务使用不同成分，那么两个任务的成绩应该同分别完成两个任务一样好
语音环：声韵相似效应：当给被试视觉呈现一个短的词表时，对声韵相似词表的序列回忆成绩要比不相似词表差。

十四、加工层次理论
Craik等人认为，记忆是同知觉加工的水平联系在一起的。

知觉涉及对刺激物作一系列水平的分析。

初级阶段涉及物理或感觉特点，而后来的阶段则更多涉及把输入与头脑中已存储的经验的抽象进行匹配，即涉及模式识别和意义的抽取。

这些不同的加工阶段属于不同的“加工深度”。

启动效应的测量：任务分离程序（task-dissociation procedures）
过程分离程序（process-dissociation procedures）
人们把在同一自变量影响下两种测验产生相反结果的情形称为实验性分离（experimental dissociation）。

Tulving曾对实验性分离作过如下描述：“符合实验性分离逻辑的实验是这样的：控制单一的变量而比较在两种不同的测验任务中变量的效应…，如果变量影响被试在一种测验任务中的结果，但不影响另一种测验任务的结果，或者变量对两种测验任务的结果的影响有不同的方向，我们就说分离产生了” 。

外显记忆测验（explicit memory tests）与内隐记忆测验（implicit memory tests）的区别
“有意提取标准” ：内隐记忆与外显记忆测验中客观的线索是相同的，只是提取的指导语不同；实验操作程序时相同的，但它对两种测验的影响不同。