減法反應(yīng)時(shí)實(shí)驗(yàn)分析

1、減法反應(yīng)時(shí)實(shí)驗(yàn)分析1引言在認(rèn)知心理學(xué)中，有些心理學(xué)家Clark和 Chase （1972）所做的句子-圖畫匹配實(shí)驗(yàn)推 崇為減法反應(yīng)時(shí)實(shí)驗(yàn)的范例。在這種實(shí)驗(yàn) 里，給被試看一個(gè)句子和緊接著的一幅圖 畫，如“星形在十字之上，*+”，要求被試盡 快地判定，該句子是否真實(shí)地說明了圖畫， 作出是或否的反應(yīng)，記錄反應(yīng)時(shí)。實(shí)驗(yàn)應(yīng)用 的介詞有“之上”和“之下”，主語有星形和十 字，句子的陳述有肯定的和否定的，共有8 個(gè)不同的句子。Clark和Chase設(shè)想，當(dāng)句 子出現(xiàn)在圖畫之前時(shí)，這種句子和圖畫匹配 作業(yè)的完成要經(jīng)過幾個(gè)加工階段，并提出了 度量一些加工持續(xù)時(shí)間的參數(shù)。依照他們的 看法，第一個(gè)階段是將句子轉(zhuǎn)換為

2、其深層結(jié) 構(gòu)，即以命題來表征句子，而且對(duì)，之下”的 加工要比對(duì)“之上”的加工需時(shí)較多（參數(shù) a），對(duì)否定句的加工需時(shí)多于肯定句的加工 （參數(shù)b）；第二個(gè)階段是將圖畫轉(zhuǎn)換為命 題，并帶有前句中所應(yīng)用的介詞即“之上”或 “之下”；第三個(gè)階段是將句子和圖畫兩者的 命題表征進(jìn)行比較，如果兩個(gè)表征的第一個(gè) 名詞相同，則比較所需的時(shí)間比不同時(shí)為少 （參數(shù)c），如果兩個(gè)命題都不含有否定，則 比較所需的時(shí)間比任一命題含有否定時(shí)為 少（參數(shù)d）；最后的階段為作出反應(yīng)，其所 需的時(shí)間被認(rèn)為是恒定的（參數(shù)t0）。這樣， 對(duì)句子和圖畫匹配作業(yè)來說，減法反應(yīng)時(shí)實(shí) 驗(yàn)就在于將依賴所呈現(xiàn)的句子和圖畫的諸 反應(yīng)時(shí)加以比較。例

3、如，“星形在十字之下” 這個(gè)句子真實(shí)說明了圖畫，那么它只有參數(shù) a和t0；如果“星形在十字之上”這個(gè)句子真 實(shí)說明了圖畫，那它就只有參數(shù)t0；這兩個(gè) 反應(yīng)時(shí)之差就為參數(shù)a的時(shí)間。但參數(shù)b和 d只出現(xiàn)在否定句中，所以無法分別測(cè)量。在研究快速的住信息加式過程如識(shí)別、 短時(shí)記憶時(shí)，常應(yīng)用這種反應(yīng)時(shí)實(shí)驗(yàn)。這個(gè) 方法最初是荷蘭生理學(xué)家Donders（1868） 提出的，目的是測(cè)量包含在復(fù)雜反應(yīng)中的辨 別、選擇等心理過程反需要的時(shí)間。在這種 實(shí)驗(yàn)里，通常需要安排兩種不同的反應(yīng)時(shí)作 業(yè)，其中一種作業(yè)包含另一種作業(yè)所沒有的 某個(gè)心理過程，即所要測(cè)量的過程，這兩種 反應(yīng)時(shí)的差即為該過程所需的時(shí)間。具體地說，在一

4、個(gè)反應(yīng)時(shí)實(shí)驗(yàn)中，要求 被試覺察一個(gè)燈光刺激并以右手按鍵作出 反應(yīng)，這種就測(cè)得一個(gè)簡(jiǎn)單的視覺反應(yīng)時(shí)（RT；）。如果實(shí)驗(yàn)安排紅綠光刺激，并要求 被度看到紅光時(shí)以右手按鍵來反應(yīng)；而看到 綠光時(shí)不反應(yīng)，這樣測(cè)到的復(fù)雜反應(yīng)時(shí)（RT2）要長(zhǎng)于前面的簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)（RT）。 這兩種反應(yīng)時(shí)作業(yè)的區(qū)別僅僅在于后者需 要將紅綠兩個(gè)色光刺激區(qū)分開來，反以這兩 個(gè)反應(yīng)的差就是辨別過程所需要的時(shí)間，即 RT2-RT1=g別過程時(shí)間。同理，如果實(shí)驗(yàn) 仍安排紅綠兩個(gè)色光刺激，但要求被試在看 到紅光時(shí)，以右手按鍵來反應(yīng)；而在看到綠 光時(shí)，以左手按鍵來反應(yīng)，這時(shí)被不僅要對(duì) 兩個(gè)色光刺激進(jìn)行激進(jìn)辨別，而且還要對(duì)反 應(yīng)作出選擇，將這樣

5、測(cè)到的復(fù)雜反應(yīng)時(shí)（RT3）減去含有辨別過程的復(fù)雜反應(yīng)時(shí) （RT2），就可得到選擇過程所需要的時(shí)間，即rt3-rt2=選擇過程時(shí)間。從上述實(shí)驗(yàn)可以看出，減法反應(yīng)時(shí)實(shí)驗(yàn) 起初是用來確定某個(gè)心理過程所需要的時(shí) 間的，但是反過來看，也可以從兩種反應(yīng)的 差數(shù)來判定某個(gè)心理過程的存在。認(rèn)知心理 學(xué)正是這樣來應(yīng)用減去反應(yīng)時(shí)實(shí)驗(yàn)的。在認(rèn)知心理學(xué)中，減法反應(yīng)時(shí)實(shí)驗(yàn)既可 用于研究某一個(gè)信息加工階段或操作，也可 用于研究一系列連續(xù)的加工階段。例如，自 60年代以來，一般認(rèn)為人的自顧不短時(shí)記憶 信息如字母是以聽覺形式表征的，即有聽覺 編碼。但是Posner等（1969, 1970）卻表明， 這種信息可以有視覺編碼。P

6、osner等（1969, 1970）用實(shí)驗(yàn)證明了人的短時(shí)記憶信息如字 母等不單單是以聽覺形式表征的，還可以有 視覺編碼。在其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，給被試并排 呈現(xiàn)兩個(gè)字母，這兩個(gè)字母可以同時(shí)給被試 看，或者插進(jìn)短暫的時(shí)間間隔，讓被試指出 這兩個(gè)字母是否相同并按鍵來反應(yīng)，記下反 應(yīng)時(shí)。所用的字母對(duì)有兩種，一種是兩個(gè)字 母的讀音和書寫都一樣，即為同一個(gè)字母（AA）；另一種是兩個(gè)字母的讀音相同而書 寫不同（Aa）。在這兩種情況下，正確的反 應(yīng)都為“相同”。兩個(gè)字母如果相繼呈現(xiàn)，其 時(shí)間間隔為0.5s和1s，或1s和2s等。實(shí)驗(yàn) 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在兩個(gè)字母同時(shí)呈現(xiàn)時(shí)，AA對(duì) 的反應(yīng)時(shí)小于Aa對(duì)；隨著兩個(gè)字母的時(shí)間

7、間隔增加，AA對(duì)的反應(yīng)時(shí)急劇增加，但Aa 對(duì)的反應(yīng)時(shí)則沒有發(fā)生大的變化，并且對(duì) AA對(duì)和Aa對(duì)的反應(yīng)時(shí)的差別也逐漸縮小， 當(dāng)兩個(gè)字母呈現(xiàn)的時(shí)間間隔達(dá)到2s，這個(gè)差 別就很小了。這意味著AA對(duì)的匹配是在視 覺編碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，至少部分如此，而 Aa對(duì)必須在聽覺編碼的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行匹 配，需要從視覺編碼過渡到聽覺編碼，因此 用時(shí)也較多。根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果Posner等認(rèn) 為，某些短時(shí)記憶信息可以有視覺編碼和聽 覺編碼兩個(gè)連續(xù)階段。減法反應(yīng)時(shí)實(shí)驗(yàn)的邏輯是安排兩種反 應(yīng)時(shí)作業(yè)，其中一個(gè)作業(yè)包含另一個(gè)作業(yè)所 沒有的一個(gè)因素，而在其他方面均相同，從 這兩個(gè)作業(yè)的反應(yīng)時(shí)之差來判定與之相應(yīng) 的加式階段。這種實(shí)

8、驗(yàn)在原則上有一定的合 理性，在實(shí)踐上是可行的。但用這種實(shí)驗(yàn)來 研究各種具體的心理過程，特別是在復(fù)雜的 過程中，區(qū)分出不同的加工階段，還是存在 一些困難的。需要依照不同課題的特點(diǎn)，進(jìn) 行精心設(shè)計(jì)，以避免或減少一些困難。2方法2.1被試11名浙江大學(xué)心理系大三本科生，年齡 范圍在19-21歲之間。2.2刺激與工具實(shí)驗(yàn)工具包括相應(yīng)數(shù)量的PC計(jì)算機(jī)及 試驗(yàn)程序。包括A、a、B、b的不同讀音、外形的字 母的兩兩組合。呈現(xiàn)方式包括同時(shí)呈現(xiàn)、繼 時(shí)呈現(xiàn)（時(shí)間間隔為0.5s）和繼時(shí)呈現(xiàn)（時(shí) 間間隔為2s）三種，采用拉丁方設(shè)計(jì)。2.3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本次實(shí)驗(yàn)為被試內(nèi)設(shè)計(jì)，也即重復(fù)測(cè)量 設(shè)計(jì)，自變量1為字母組合A（3個(gè)水

9、平， A1=音同字同，A2=音同字異，A3 =音異）； 自變量2為字母呈現(xiàn)間隔時(shí)間B （3個(gè)水平， 0s，0.5s和2s）；因變量是被試的反應(yīng)時(shí)和 被試判斷的正確率。實(shí)驗(yàn)材料采用拉丁方設(shè) 計(jì)。2.4實(shí)驗(yàn)程序2.4.1進(jìn)入系統(tǒng)被試使用已被告知的用戶名和密碼進(jìn)入 心理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，輸入簡(jiǎn)要個(gè)人信息并選擇所 需進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)組的序號(hào)（共有3組可選）。2.4.2實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備進(jìn)入系統(tǒng)后，被試閱讀屏幕上顯示的指 導(dǎo)語，并進(jìn)行隨后的操作練習(xí)。在練習(xí)過程 中，同組字母以時(shí)間間隔0.5s繼時(shí)呈現(xiàn)，如 果反應(yīng)錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)給以提示，以幫助被試 了解正確的操作方法。2.4.3正式實(shí)驗(yàn)練習(xí)結(jié)束后，被試進(jìn)入正式實(shí)驗(yàn)。正式 實(shí)驗(yàn)包括3

10、大組刺激呈現(xiàn)，每大組包含3個(gè) 不同刺激呈現(xiàn)方式的小組，每小組包含不同 的字母組合的所有16個(gè)刺激。每小組開始 前，系統(tǒng)會(huì)提示本小組的刺激呈現(xiàn)方式；每 大組結(jié)束后，會(huì)有60秒的強(qiáng)制休息時(shí)間。 被試對(duì)音同字同（AA）以及音同字異（Aa）刺 激均應(yīng)判斷為“相同”，并以最快的速度用食 指按下鍵盤上的“J”鍵；對(duì)音異的刺激應(yīng)判 斷為“不同”，并以最快的速度用食指按下鍵 盤上的“K”鍵。正式實(shí)驗(yàn)要重復(fù)進(jìn)行4次，每次實(shí)驗(yàn)組 的選擇要符合拉丁方設(shè)計(jì)，本次試驗(yàn)中4次 正式實(shí)驗(yàn)分別選用1、3、3、1實(shí)驗(yàn)組作為 實(shí)驗(yàn)材料。2.4.4數(shù)據(jù)記錄每位被試的正式試驗(yàn)結(jié)束后，系統(tǒng)會(huì)在 程序根目錄下生成兩個(gè)文件，分別為“減法

11、反應(yīng)時(shí)原始數(shù)據(jù)”和“減法反應(yīng)時(shí)結(jié)果”。所 有被試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過統(tǒng)計(jì)處理，剔除錯(cuò)誤 反應(yīng)、超時(shí)反應(yīng)數(shù)據(jù)及超過3g范圍內(nèi)的數(shù) 據(jù)后，得到的數(shù)值結(jié)果填入如下表格：表1反應(yīng)時(shí)結(jié)果記錄表（單位：ms）音同字同音同字異音異排列及間隔0s0.5s2s0s0.5s2s0s0.5s2s平均值標(biāo)準(zhǔn)誤標(biāo)準(zhǔn)差3結(jié)果與分析由于本實(shí)驗(yàn)中被試錯(cuò)誤率較低，因此僅 以反應(yīng)時(shí)數(shù)據(jù)作為分析對(duì)象。以下結(jié)果為全部11位被試數(shù)據(jù)經(jīng)過統(tǒng)計(jì) 處理，剔除錯(cuò)誤反應(yīng)、超時(shí)反應(yīng)及超過3g 范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)后得到。其中，共分析反應(yīng)數(shù) 據(jù)6600個(gè)，其中錯(cuò)誤反應(yīng)數(shù)據(jù)249個(gè)，超 時(shí)反應(yīng)數(shù)據(jù)3個(gè)，因超過3g范圍而被剔除 的數(shù)據(jù)120個(gè)，有效數(shù)據(jù)6228個(gè)。3

12、.1反應(yīng)時(shí)記錄統(tǒng)計(jì)結(jié)果由表1可知，各組合情況下被試的平均 反應(yīng)時(shí)隨呈現(xiàn)間隔的增大趨勢(shì)相近。最大值 均出現(xiàn)在0s，最小是出現(xiàn)在0.5s，間隔時(shí)間 為2s的反應(yīng)時(shí)居中。同條件下數(shù)值最不穩(wěn) 定的為音同字異組合，波動(dòng)最小的為音同字 同組合。表2反應(yīng)時(shí)結(jié)果記錄表（單位：ms）排列及間隔音同字同音同字異音異0s0.5s2s0s0.5s2s0s0.5s2s平均值524.228451.360499.556664.174541.348559.297641.826531.641556.301標(biāo)準(zhǔn)誤4.35504.20094.78577.14595.05475.59454.01833.70193.5537標(biāo)準(zhǔn)差98

13、.63895.147108.288164.822115.154127.207129.460119.670114.5503.2反應(yīng)時(shí)與字母間隔關(guān)系曲線由圖1可知，音同字同、音同字異以及 音異三種刺激類型下反應(yīng)時(shí)隨字母呈現(xiàn)時(shí) 間間隔的增大的變化趨勢(shì)相近，即先急劇下 降，再緩慢上升。在時(shí)間間隔在0-0.5s的變 化區(qū)間內(nèi)，三條曲線的變化幅度達(dá) 70-120ms，而在0.5-2.0s內(nèi)的變化相對(duì)平緩。其中，音同字異及音異兩種刺激類型反 應(yīng)時(shí)的變化趨勢(shì)更為接近，只是有相對(duì)穩(wěn)定 的絕對(duì)水平上的差異；而“音同字同”曲線由于在整個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)絕對(duì)水平均明顯其余 其他兩種組合方式，且在0-0.5s的區(qū)間內(nèi)下 降趨

14、勢(shì)較小，在0.5-2.0S內(nèi)上升幅度相對(duì)較 大。字母間隔時(shí)間(s)(SE)J,=回1反應(yīng)時(shí)與字母間隔關(guān)系曲線圖4討論4.1音同字同反應(yīng)時(shí)與音同字異反應(yīng)時(shí) 比較分析由以上描述以及圖1可知，音同字同反 應(yīng)時(shí)始終小于音同字異反應(yīng)時(shí)，且二者差別 隨字母呈現(xiàn)間隔時(shí)間的增大而減小。音同字同反應(yīng)時(shí)較小的原因在于對(duì)于這 類刺激的判斷完全可以直接按照視覺特征 來比較；而A與a、B與b之間有著一定的 外形差異，因此必須在聽覺編碼的基礎(chǔ)上才 能進(jìn)行判斷，又因?yàn)楸辉嚱邮艿拇碳げ牧鲜?視覺刺激，由視覺編碼過渡到聽覺編碼需要 一段時(shí)間，因此才有了音同字異刺激下較長(zhǎng) 的反應(yīng)時(shí)。以上分析說明，視覺編碼先出現(xiàn) 后，保持一個(gè)短暫

15、的瞬間，然后出現(xiàn)聽覺編 碼。音同字同反應(yīng)時(shí)與音同字異的反應(yīng)時(shí)的差別隨字母呈現(xiàn)間隔時(shí)間的增大而減小，是 因?yàn)殡S著時(shí)間間隔的增大，音同字同刺激產(chǎn) 生的瞬時(shí)視覺編碼的效應(yīng)減弱，聽覺編碼的 作用增大，因此與建立在聽覺編碼基礎(chǔ)上的 音同字異反應(yīng)時(shí)的差距減小。4.2總體趨勢(shì)分析音同字同、音同字異以及音異三種刺激 類型下反應(yīng)時(shí)隨字母呈現(xiàn)時(shí)間間隔的增大 的變化趨勢(shì)相近，即先急劇下降，再緩慢上 升，這種趨勢(shì)的產(chǎn)生可能是因?yàn)?，較之同時(shí) 呈現(xiàn)的情況，在0.5s的間隔時(shí)間下，被試有 更多的的時(shí)間處理接收到的第一個(gè)字母的 刺激，進(jìn)行相應(yīng)的視覺編碼，為第二個(gè)字母 的呈現(xiàn)以及作出相應(yīng)的判斷提供思考的間 隙；而在同時(shí)呈現(xiàn)的情

16、況下，被試被迫在瞬 間做出反應(yīng)，因此編碼的過程需在計(jì)時(shí)已經(jīng) 開始的時(shí)候進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)增加。由于被試事先已知所測(cè)試小組的時(shí)間間 隔，因此在2s的間隔時(shí)間下，被試傾向于 選擇在接收到第一個(gè)字母的刺激后主動(dòng)產(chǎn) 生瞬時(shí)記憶以應(yīng)對(duì)第二個(gè)字母的呈現(xiàn)，其具 體方式與0.5s的間隔時(shí)間下較為相似，而相 比之下對(duì)于刺激的處理方式上更具主觀性， 且間隔時(shí)間長(zhǎng)達(dá)兩秒，等待過程可能影響注 意力的集中，因此反應(yīng)時(shí)較0.5s下有小幅度 增加。5結(jié)論5.1被試對(duì)于音同字同刺激的判斷基于 視覺編碼；對(duì)于音同字異刺激的判斷基于聽 覺編碼。5.2隨著時(shí)間間隔的增大，音同字同刺 激產(chǎn)生的瞬時(shí)視覺編碼的效應(yīng)減弱，聽覺編 碼的作用增大。5.3適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔可以為被試提供對(duì) 接收到的第一個(gè)字母的刺激進(jìn)行相應(yīng)的視 覺編碼過程的時(shí)間，減少反應(yīng)時(shí)。5.4過長(zhǎng)的呈現(xiàn)時(shí)間間隔會(huì)導(dǎo)致被試對(duì) 于刺激的處理方式上主觀性增強(qiáng)，同時(shí)影響 注意力的集中，引起反應(yīng)時(shí)小幅度增加。序系統(tǒng)所提供的實(shí)驗(yàn)材料并不是Posner的 實(shí)驗(yàn)的完全重復(fù)。就筆者個(gè)人的理解，在 Posner的實(shí)驗(yàn)中，繼時(shí)呈現(xiàn)的兩個(gè)字母是不 同時(shí)呈現(xiàn)給被試的，即在第