第五章 现代心理物理法

第五章现代心理物理法

第一节阈限概念和理论发展

一、阈限概念及其发展

（一）传统的阈限概念

费－伽马传统觉察理论假设的三个连续量

•刺激（S）

•内部反应（R）

•判断（J）

（二）对传统阈限概念的异议

1、两类非感觉变量

•刺激出现的概率

•反应代价

2、现代心理物理学的四个基本问题

•检测问题

•认知问题

•辨别差异问题

•量表问题

二、神经量子理论

1、两种连续

•刺激连续

•神经单元阶梯式的感觉连续

2、理想条件

•必须仔细控制刺激，避免噪音干扰

•被试保持恒定的判断标准

•神经量子的大小保持恒定

•从标准刺激向比较刺激的转换迅速

三、史蒂文斯的幂定律

（一）韦伯定律

•韦伯分数和韦伯定律：⊿I / I＝K

•韦伯定律的修正：⊿I / （I＋a）＝K

（二）费希纳定律

•每一个最小可觉差（jnd）可看作感觉上的一个最小变化，其主观值是相等的，是感觉的单位。

•任何阈上感觉的大小都可用感觉随刺激变化而发生的总和表示。

•S＝K lg R

（三）史蒂文斯的幂定律

1、幂函数

•S＝bI a

•量的连续体

•质的连续体

•数量估计法

2、修正的幂函数

•S＝b（I－I0）a

3、等感觉匹配法

四、物理相关论

•瓦伦（1959）年提出

•被试作出感觉量的判断时，实际是通过过去的经验对与刺激相联系的某种物理属性作出判断。

•由不同的感觉通道得到的各种变化的幂函数的指数并不反映不同的生物转换器的操作特点，相反是由被试对于不同刺激的特定物理属性的反应所决定。

第二节信号检测论的原理

一、信号检测论引入的缘由

1、信号检测论由来

•信号检测论（Signal Detection Theory, SDT）是信息论的分支，研究信息传输过程中信号的接受问题，即用数学的形式描述“接受者”在某一观察时间如何从噪音中分辨出信号。

•信号检测论是人们在同噪音干扰进行斗争的过程中总结出来的方法，实质上是有意识地利用信号和噪音的统计特性来尽可能地抑制噪音，从而提取信号的。

•20世纪50年代，人们在广泛应用现代数学工具的基础上，建立了比较系统的信号检测论。在雷达、通讯、自动控制、地震学、天文学、生物物理学、心理学等学科领域得到广泛应用和发展。

•人类的感知系统好比是一个信号觉察器，各感官都可看作一个信息处理系统。把各种刺激看作是信号，把刺激的随机物理变化和感官信息处理中的随机变化看作是噪音。

•传统的心理物理学方法所测定的阈限，实际上包含着两方面的内容：

•①对刺激的感受性或者叫做辨别刺激的能力。

•②被试判定刺激是否出现的标准。

•尽管在使用这些传统的心理物理学方法时，曾考虑到被试的态度、偏好、倾向和所采用的标准对测量阈限所产生的影响，并且采取了一些措施来消除这些影响。但这一系列的措施，只能是使影响阈限的估计因素保持恒定，并不能测出被试的反应标准，也不能把反应标准和辨别力分开。对于有些实验，尽管采用了一些措施，使影响阈限的估计因素在一个当中前后保持恒定，但对于各个不同被试各自所掌握的标准，究竟是否一样，很难检验，因此，对有些实验结果的解释就非常困难。因此，把感受性和判断标准加以区分，是心理物理实验中早待解决的问题。

2、信号检测论引入心理学的原因

•信号检测论本身的发展

•心理学的发展需要有新兴理论的加入

•许多心理物理学研究对传统阈限概念的质疑

•人的感官和中枢分析综合过程可看作一个信息处理系统

3、信号检测论作用

•坦纳和斯韦茨（1954）等人最早将信号检测论用于人的感知过程。

•彻底改变了以往人们对阈限的理解，将个体客观的感受性和主观的动机与反应偏好等区分开来。

二、信号检测论的基本思想

(1)统计学原理

①统计决断理论是信号检测理论的数学基础。统计学的主要工具是概率论。心理学信号检测实验一般是在信号和背景不易分清的条件下进行的。对信号检测起干扰作用的背景叫噪音。

②在信号检测实验中，被试者对有无信号出现的判定，可以有四种结果：击中、虚惊、漏报和正确排斥。从统计学的观点，信号检测就是要检验两个统计假设H0(无信号)和H1(有信号)的真伪。

当实际是H0而选择的是H1的概率，即所谓第一类错误

当实际是H1而选择的是H0的概率时，即第二类错误

•信号检测论的最主要贡献是在反应偏向与反应敏感性之间能作出区分。

•击中概率P（N）可以因为检测者持严格的反应标准（高β）而减低；另一方面，即使观测者持宽松的反应标准（低β），P（N）也可能因为敏感性的降低而降低。

(2)最优决策原则

最优决策原则是指人类在做出一个判断标准时，一般是按照最优原则进行的。在确定判断信号的标准时，常常受到三个因素的影响：信号和噪音之先验概率(根据以往经验和分析得到的概率)的大小；判断结果的奖惩(价值)多少；被试所要达到目的以及其他一些有关因素等。

1、信号和噪音

•信号即是刺激

•对信号检测起干扰作用的背景就是噪音

2、先定概率

•在呈现刺激前，主试告诉被试N（噪音刺激）和SN（信号刺激加噪音刺激）出现的概率。

3、奖惩办法

4、信号检测论的统计学原理

•根据统计学原理，可以把从噪音干扰中接收信号的过程看作为一个统计判断过程。

•P（S）不等于1，被试可能的反应类型从两种增加为4种。

•信号加噪音和单独出现噪音两种情况下，心理感受量值形成两个概率分布：信号加噪音分布P1（X）和噪音分布P0（X）。

•由于信号和噪音的感觉强度都受各种随机因素的干扰，两个分布都呈正态。且信号分布的均值总是大于噪音分布的均值。

•反应标准Xc

•气象判定实例（第一类错误和第二类错误）

三、信号检测论的两个独立指标

1、反应偏向

（1）似然比（β）

•给定区分信号与噪音反应的心理感受水平Xc水平上信号分布的纵轴与噪音分布的纵轴之比。

•β＝纵轴击中/ 纵轴虚惊＝O击中/ O虚惊

•一般认为，β＞1说明被试者掌握的标准较严。β值接近或等于1，说明被试者掌握的标准不严也不松

（2）报告标准（C）

即个体反应偏向，以C值表示。

C值高表示被试者判断的标准严格，不轻易报告“旧的”图片；反之，C值低表示

被试者判断旧刺激的标准宽松，易把一些新刺激说成旧刺激

•公式：C＝（I2－I1）/ d´ x Z1＋I1

I2：为高强度刺激（1）

I1：为低强度刺激（0）

Z1：为低强度刺激时的正确拒斥概率的Z值

•信号检测论指标C受被试者的动机、态度、利害得失等心理因素影响。我们可从指标C的变化中，分析被试者的心理因素。

2、敏感性（辨别力）指标（d´）

•感觉辨别力指标，亦称感觉敏感性，以d'值表示，不受情绪、期望、动机等变数的影响。

•d'值低表示被试对新、旧刺激不易辨别。当刺激很接近或被试者再认不敏感时，d'值就低。d'降低表示再认能力减弱。

•信号检测论指标d'比较稳定，不受实验条件不同的影响。

•d´＝Z击中－Z虚惊

•敏感性可以表现为内部噪音分布与信号加噪音分布之间的分离程度。敏感性的指称为辨别力d'，d'越大，表示敏感性越高，d'越小，表示敏感性越低。

四、接受者操作特性曲线

•在心理学上又称感受性曲线，就是说，曲线上的各点反映着相同的感受性，它们都是对同一信号刺激的反应，只是在几种不同的判定标准下所得的结果。接受者操作性曲线以虚惊概率为横轴，击中概率为纵轴所组成的坐标图和被试者在特定刺激条件下由于采用不同的判断标准得出的不同结果划出的曲线。接受者操作性曲线是严格地由给定阈的信号和噪音的概率密度函数决定的。

•反映被试在特定刺激条件下由于采用不同的判断标准得出的不同结果。

•ROC曲线上的各点反映着相同的感受性。

五、信号检测论的应用

4.信号检测论的应用

(1)有无法

有无法的基本程序是当主试呈现刺激后，让被试判定所呈现的刺激中有无信号，并予以口头报告，被试的反应很简单。

(2)评价法

①评价法又叫多重决策法，或评级量表法。这种方法呈现刺激的方式同“有无法”一样，对信号和噪音的先验概率，