现代心理物理学

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▪ 从测量上考虑传统阈限的概念，最后形成 了传统觉察理论基础。
▪ 传统觉察理论假设有三个连续量：
➢ 刺激 ➢ 内部反应 ➢ 判断
▪ 从图中可见，刺激S2被定义为绝对阈限 （T），因为它是引出“有”反应的一半次 数。
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对传统阈限概念的质疑
▪ 例1：两个人正在看电视的时候有人敲门，甲说 “有人敲门”，乙却说“没有”。是否可以说， 甲的听觉比乙的更敏锐？
➢ 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。
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▪ 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。
➢ “虚惊”（False Alarm）：刺激没有出现并报告 “有” (y)
➢ “正确拒斥”（Correct Rejection）：刺激没有出 现并报告“无” (n)
P(y) = P(Hit) + P(FA)
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▪ Ges Cheider et al.（1971）实验结果表明，改变 P（S）对于传统的阈限测量具有强烈的影 响。
➢ 当P（S）等于 0.7时，阈限是 1 微米；P（S） 为0.3时，阈限则是1.5 微米。而且，当刺激不 出现时，P（yes）也明显地高于零。
➢ 而根据传统的阈限理论，在不呈现刺激时，训 练有素的、忠实可靠的被试者只是偶然地报告 “有”感觉，P（yes）不可能明显地高于零。
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Ges Cheider et al.（1971）：对指尖震动刺激的绝对阈 限测定实验
▪ 这一显而易见的事实，传统的阈限理论恰不能给 予解释。
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▪ 从上述二种非感觉变量的讨论中看到：
➢ 现代心理物理学从对阈限概念的不同理解出发， 把被试者的辨别力和他的反应倾向区分开处理； 而传统心理物理学测得的感觉阈限是二者不可 分割的混合物。这是现代心理物理学对阈限概 念和感觉理论的新发展。
如果被试的决策标准在信号分布的最右边，即 采用最严格的决策标准，则无论出现什么刺激， 被试均以“无信号”反应，击中率和虚报率都 是零。
如果被试的决策标准在信号分布的最左边，即 采用最宽松的决策标准，则无论出现什么刺激， 被试均以“有信号”反应，击中率和虚报率都 是1。
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人对信号刺激的觉察（1）
▪ 传统的阈限概念:
➢ 传统的阈限概念起源于费希纳。波林在《实验 心理学史》一书中指出，心理物理学的古典问 题有五个：
绝对阈限：观察者对个别刺激的感受； 差别阈限：观察者对刺激增量的感受性；
等量：被判断为相等的刺激，一般指主观判断的强 度方面；
感觉距离：被判断为相等的两对刺激间的差别； 感觉比例：彼此判断为有特定比率的那些刺激。
4/9=44
3/9=33 2/7=29 1/5=20
0 0 0
3 出现概
率% 0 0 0
1/5=20 2/7=29 3/9=33 4/9=44
5/9=56
6/9=67 5/7=71 4/5=80 3/3=100 2/2=100 1/1=100
虚报率 ％
1／36＝3 2／36＝5 3／36＝9 4／36＝11 5／36＝14 6／36＝16 5／36＝14
9
10 11 12 13 14 15 总和
0 出现 次数
1 2 3 4 5 6 5
4
3 2 1 0 0 0 36
3 出现 次数
0 0 0 1 2 3 4
5
6 5 4 3 2 1 36
0 出现概
率% 1/1=100 2/2=100 3/3=100 4/5=80 5/7=71 6/9=67 5/9=56
▪ 问题：当P（S）系统变化时，做出“有”
判断的概率（以P（yes）表示）是否也会发 生变化，测出的阈限值是否亦发生变化？
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▪ P(S)不等于1意味着每一次实验都可能出现 也可能不出现刺激，这样一来被试的可能 反应类型就扩大到了4种：
➢ “击中”（Hit）：刺激出现并报告”有”(y)
➢ “漏报”（Miss）：刺激出现并报告“无”(n)
▪ 这个曲线上各点代表在特 定刺激条件下被试所采用 的各种反应方式，所以叫 做接受者操作特征曲线 （receiver operating characteristic curve, ROC）。
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▪ 如何解读ROC曲线？
➢ 曲线的斜率：曲线的坡度代表了决策标准β。
➢ 对角线：从左下角到右上角的对角线（虚线） 是一条机遇线。
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▪ 具体地说，现代心理物理学课题可分割为 检测、认知、分辨、量表等四个基本问题， 叙述如下：
➢ 检测问题：察觉一个事物是否存在 ➢ 认知问题：辨认一个事物 ➢ 辨别差异问题：叙述某些事物与标准的区别 ➢ 量表问题：测量心理活动并转换成某种尺度
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▪ 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。
▪ 例2：两人在夜间行走在野外的小路上，忽然， 甲指着远处说“那里有灯光”，乙却说“没有”。 是否可以说，甲的视力比乙的更敏锐？
▪ 例3：战斗中两位战士同时胳膊中弹，在卫生兵 取出子弹的时候，一位战士疼得大声喊叫，另一 位战士却一声不吭。是否可以说，第二位战士对 疼痛的感觉不敏锐？
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▪ 例4：精神分裂症患者和正常人关于大小 常性的对照研究：
▪ 噪音就是信号所伴 随的背景。
▪ 信号检测论认为， 信号和噪音总是混 杂在一起的，且产 生不同的感觉印象
分布。
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人对信号刺激的觉察（2）
▪ 对骰子游戏的分析完全适用于人对信号的觉察 过程。
➢ 人对信号的觉察也有击中、虚报等四种情形； ➢ 随着标准的变化，其击中率与虚报率也在变化； ➢ 也同样可以绘制其操作者特征曲线和分布曲线。
▪ 经典的阈限测量没有考虑许多非感觉变量 对被试的影响。在这些非感觉变量中，主 要有下列二种：
➢ 刺激出现的概率(先定概率) ➢ 反应代价（反应倾向）
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刺激出现的概率(先定概率)
▪ 传统的心理物理学实验中，刺激出现的概 率（以P（S）表示），其值总是1.0，这样 被试的反应只有两种：“有”或“无”。 且仅凭机遇也有50％的精确性，难以避免 地存在着期望误差。
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▪ 量表（scale）就是测量心理活动并转换 成某种尺度（yardstick）的问题。
➢ 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）。
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信号检测论的由来 ▪ 电子侦察系统的信噪分离
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二、信号检测论的原理
▪ 信号检测论（signal detection theory，SDT）是 信息论的一个重要分支。它的理论基础是 统计决策理论。
➢ 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。
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▪ 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。
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反应代价（反应倾向）
▪ 反应代价影响反应的结果，即反应受到奖赏和惩 罚的影响。
➢ 如果正确地报告了“有”刺激（“击中”）得到的奖 赏多，而且错报时受到的惩罚少，则被试倾向于降低 反应标准（争取奖赏），在这种情况下，所测量的阈 限相对值便低。
➢ 如果击中时所得奖赏少，而错报时所受惩罚多，则被 试者倾向于提高反应标准（回避惩罚），不会轻易做 出“有”反应，这时，所测量的阈限值便高。
2 +6
3 +5
4 + 4 出现0的 可能性为
5 + 3 5种
6 +2
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骰子游戏：反应类型
3
特殊 骰子
0
骰子游戏的四种情形
猜
3
击中
0
漏报
P(Y/3)
P(N/3)
虚报 P(Y/0)
正确否定 P(N/0)
P (N/3)＝1－P (Y/3)
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P (N/0)＝1－P (Y/0)
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数目 总和
2 3 4 5 6 7 8
累加 虚报率
％
100 97 92 83 72 58 42 28 17 8 3 0 0 0
累加 击中率
％
100 100 100 100 97 92 83 72 58 42 28 17 8 0
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骰子游戏：0分布与3分布
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骰子游戏：标准变化引起的击中率、虚报率的变化
▪ 以虚报率作为横坐标，击 中率作为纵坐标做图时， 我们就可以形象地看到随 着标准的变化，击中率与 虚报率也相应地发生变化 的情形。
第五章 现代心理物理学
Modern Psychophisics
主要内容
▪ 阈限的概念的发展和信号检测论的由来
➢ 对传统的阈限概念的质疑 ➢ 电子侦察系统的启示
▪ 信号检测论的原理
➢ 色子游戏 ➢ 人对信号刺激的觉察
▪ 信号检测论的实验方法
➢ 有无法 ➢ 评价法 ➢ 迫选法
▪ 信号检测论的应用
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一、阈限概念的发展
4／36＝11
3／36＝9 2／36＝5 1／36＝3 0／36＝0 0／36＝0 0／36＝0
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击中率 ％
0／36＝0 0／36＝0 0／36＝0 1／36＝3 2／36＝5 3／36＝9 4／36＝11
5／36＝14
6／36＝16 5／36＝14 4／36＝11 3／36＝9 2／36＝5 1／36＝3
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3
▪ 史蒂文斯的补充
➢ 刺激次序：观察者将某些组的刺激排成等级或次序的 测定；
➢ 刺激等级评定：确定观察者评定刺激的真正物理值的 准确性。
▪ 可见，一百多年前，费希纳在创建心理物理学时， 就把注意力集中在感觉阈限的测量上。
▪ 经过长期研究，形成了许多阈限理论，包括柏拉 克韦尔的高阈限理论，路司的低阈限理论，格林 的高-低两种阈限理论，以及史蒂文斯的神经量 子理论和斯韦茨等人的信号检测理论。
抽样分析
总体推断
损益分析 行动可能性分析
良好决策
▪ 1954年，美国心理学家W. P. Tanner和J. A. Swets把它应用于人的知觉过程，使心理物 理学方法发展到一个新的阶段。
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骰子游戏
▪ 假设一次掷三颗骰子：两颗是正常的，即 每个面有一个数字，依次为1到6。第三颗 是特殊的，三面写0，另三面写3。
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信号检测论的两个独立指标
——辨别力指数（d’）和决策标准（β）
▪ 敏感性指标：辨别力指数d’
➢ 信号分布和噪音分布的中轴（平均数）之间的距离（d’） 代表信号与噪音之间的可辨别性，也是人的感受性的 反映。因此，信号分布的平均数（MSN）和噪音分布的平 均数（MN）的距离，就可以作为被试辨别力的指标。
➢ 伯雷斯等人认为精神分裂症患者比正常人的 大小常性要高；
➢ 汉米尔顿等人则认为精神分裂症患者比正常 人的大小常性要低；
➢ 皮什克姆-史密斯等人的看法认为他们彼此 并没有差别。
那么，谁的研究更符合事实呢？
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▪ 1950年代以后，经典的阈限测量最大的问 题在于没有能够把被试的辨别能力（感受 性）和他们做出判断时的倾向性（反应标 准）区别开来
骰子游戏
已知骰子数目总和 3
判断 0
判断标准
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信号觉察
获得某种感觉 信号
判断 噪音
判断标准
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噪音（Noise）分布与信号（Signal）分布（信号＋噪音分布）
▪ 信号检测论所指的 信号可以理解为刺 激（stimuli）,而被 试的任务就可以相
应地理解为”信号
检测”，即判断”
有信号”还是”无 信号”。
▪ 你的任务是猜测，特殊骰子的哪一面朝上？ 猜对有奖，猜错受罚。
▪ 在猜测之前，告诉你三颗骰子朝上的数目 总和。
▪ 那么，这个游戏的实质是什么？
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骰子游戏：决策过程
总数
8=
特殊骰子 （三）
3+5
0+8
正常骰子 （一）
正常骰子 （二）
1+4
2 + 3 出现3的
3 + 2 可能性为 4 + 1 4种
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现代心理物理学的研究课题
▪ 现代心理物理学不仅对心理研究方法带来新 的突破，而且也对心理学理论带来了巨大影 响。这些变化不仅明显地表现在对阈限概念 的理解上，而且也反应在心理物理学所研究 的课题上。
▪ 对研究的课题，现代心理物理学从系统论出 发，将一个事物看成是有层次阶段和多水平 的结构，因此，它所面临要解决的问题也是 有层次和不同水平的事件。