第五講心理物理法

Psychophysics--------心理物理法Psychologicalbrightness------PhysicalvisualintensityPsycho-----------------------PhysicsBrightness------------------ VisualintensityLoudness--------------------AuditoryintensityHeaviness-------------------WeightPain-------------------------ElectricalintensityWhatdoesitmeanwhenasubjectreportsthatheorshedetectsapainfulstimulus?Topic:OperationaldefinitionsIllustration:ThresholdsHowdowedeterminewhetheronelightintensityappearstwiceasbrightasanother?Topic:MeasurementscalesIllustration:Fechner’sLawandStevens’LawWhatmethodswereusedintheresearchofpsychophysics?Topic:Small-ndesignsIllustration:PsychophysicalmethodsThreescientifictopicsOutlineOperationaldefinitionsThresholdsAbsolutethresholdDifferencethresholdWeber’sLawOperationaldefinitionsofthresholdsMethodsoflimitsSignalDetectionTheoryOperationaldefinitionsAformulaforbuildingaconstructinsuchawaythatotherscientistscanduplicateit,byspecifyingtheoperationsusedtoproduceandmeasureit.Thresholds

閾限可以分為兩類：絕對(duì)閾限(AL)和差別閾限(DL)

絕對(duì)閾限是指剛剛能引起感覺(jué)的刺激量；

差別閾限是指剛剛能引起差別感覺(jué)的刺激間的最小差別。然而根據(jù)上述兩個(gè)定義，我們無(wú)法對(duì)它們進(jìn)行測(cè)量。為了便于測(cè)量，必須給抽象的定義下操作定義。

絕對(duì)閾限的操作定義：有50%的實(shí)驗(yàn)次數(shù)能引起積極反應(yīng)的刺激值。

差別閾限的操作定義：有50%的實(shí)驗(yàn)次數(shù)能引起差別感覺(jué)的那個(gè)刺激強(qiáng)度差。AbsolutethresholdAsmallestintensityofasensorystimulusthatcanbedetectedorcanreliablyevokeasensation.閾限測(cè)定實(shí)驗(yàn)的基本要求選好刺激系列和反應(yīng)系列。刺激系列是指一系列強(qiáng)度不同的同類刺激。刺激系列的范圍要包括被試總是無(wú)法感覺(jué)到刺激和被試一直能感覺(jué)到的刺激。要盡量簡(jiǎn)化被試對(duì)刺激所作的反應(yīng)。常用的反應(yīng)有：“有、無(wú)”；“大于，小于，等于”；“兩倍，一半”等。測(cè)定的次數(shù)要多。由于閾限值不是一個(gè)突然的分界點(diǎn)，而是一個(gè)逐漸的過(guò)度區(qū)，因此需要多次反復(fù)測(cè)量。一般都需要上百次。采用最小變化法測(cè)定絕對(duì)閾限最小變化法又叫極限法。其特點(diǎn)為：（1）將刺激按遞增或遞減系列的方式交替出現(xiàn)；（2）各系列刺激由小到大或由大到小以間隔相等的小步階梯變化；（3）目的在于探索從一類反應(yīng)到另一類反應(yīng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)或閾限位置。自變量（注意：閾限測(cè)定中的實(shí)驗(yàn)和前述實(shí)驗(yàn)不同）自變量為刺激系列和呈現(xiàn)方式。刺激系列包括15-20個(gè)具體的刺激值，即檢查點(diǎn)。呈現(xiàn)方式包括漸增系列和漸減系列，為了控制順序效應(yīng)，二者以ABBA的順序交替呈現(xiàn)。漸增系列從閾下刺激開(kāi)始，漸減系列從閾上刺激開(kāi)始。兩種系列的實(shí)驗(yàn)次數(shù)分別至少需要50次。因變量被試的內(nèi)省報(bào)告，具體反應(yīng)為“有”和“無(wú)”，主試分別用“+”和“-”記錄被試的反應(yīng)。遞增系列在第一次報(bào)告“有”時(shí)停止，遞減系列在第一次報(bào)告“無(wú)”時(shí)停止。閾限的確定在一個(gè)刺激系列中，被試報(bào)告“有”和“無(wú)”時(shí)，相應(yīng)的兩個(gè)刺激強(qiáng)度的中點(diǎn)，就是這個(gè)系列的閾限值。在每個(gè)系列的閾限值的基礎(chǔ)上，計(jì)算出遞增系列與遞減系列的兩個(gè)平均值，這兩個(gè)平均值的平均數(shù)就是一種感覺(jué)的絕對(duì)閾限值。誤差及控制被試受到對(duì)刺激由“是”變?yōu)椤胺瘛边^(guò)程中預(yù)期的影響。被試會(huì)非常小心地改變判斷。

某些近似的覺(jué)察閾限感覺(jué)種類覺(jué)察閾限值視覺(jué)清晰無(wú)霧的夜晚30英里處看到的一只燭光聽(tīng)覺(jué)安靜條件下20ft.處表的滴答聲味覺(jué)一茶匙糖溶于8L水中嗅覺(jué)一滴香水?dāng)U散到三室一套的整個(gè)房間觸覺(jué)一只蜜蜂的翅膀從1cm高處落到你的背部引自Schiffman（1996），這些閾限值僅作示意用。1ft.=30.48cmDifferencethresholdThesmallestdetectablechangeinastimulusordifferencebetweentwostimulithatcanbereliablydetected.采用最小變化法測(cè)量差別閾限自變量（實(shí)驗(yàn)刺激）每次試驗(yàn)都包含兩個(gè)刺激：標(biāo)準(zhǔn)刺激和比較刺激。比較刺激也有漸增系列和漸減系列；標(biāo)準(zhǔn)刺激與比較刺激可以同時(shí)呈現(xiàn)也可以繼時(shí)呈現(xiàn)。因變量有關(guān)差別感覺(jué)的內(nèi)省報(bào)告。有三種反應(yīng)結(jié)果：比較刺激>標(biāo)準(zhǔn)刺激，記錄為“+”； 比較刺激<標(biāo)準(zhǔn)刺激，記錄為“-”； 比較刺激=標(biāo)準(zhǔn)刺激，記錄為“=”。差別上限（Upperthreshold，UT）：漸增系列中從第一次（最后一次）非“正”到“正”的之間的中點(diǎn)，和漸減系列中從最后一次“正”到非“正”之間的中點(diǎn)差別下限（Lowerthreshold，LT）：漸增系列中從最后一次“負(fù)”到第一次非“負(fù)”之間的中點(diǎn)；和漸減系列中從第一次非“負(fù)”到“負(fù)”之間的中點(diǎn)。不肯定間距（Intervalofuncertainty,IU）：上限與下限之間的距離，IU=UT-LT主觀相等點(diǎn)（Pointofsubjectiveequality,PSE）：就是不肯定間距的中點(diǎn)。PSE與標(biāo)準(zhǔn)刺激之間的差別為常誤（CE）。差別閾限：不肯定間距的一半。IU/2差別閾限的確定Weber’sLaw:ΔI/I=K（I表示標(biāo)準(zhǔn)刺激的物理量；ΔI表示差別閾限；K是常數(shù)）差別閾限和標(biāo)準(zhǔn)刺激成正比，并且差別閾限和標(biāo)準(zhǔn)刺激的比例是個(gè)常數(shù)。Themagnitudeofthedifferencethresholdincreaseswithincreasesinthemagnitudeofthestandardstimulus.（差別閾限隨著標(biāo)準(zhǔn)刺激的增大而增大。）Foraparticularsensorymodality,thesizeofthedifferencethresholdrelativetothestandardstimulusisconstant.（對(duì)于某個(gè)特定的感覺(jué)，差別閾限相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)刺激的值是恒定的。）.au/jw/hearing.html最優(yōu)條件下各種感覺(jué)通道的韋伯比例感覺(jué)通道韋伯比例（韋伯分?jǐn)?shù)）音高/2000Hz1/333重壓覺(jué)/400g1/77視明度/100光子1/62舉重/300g1/52響度/100dB，1000Hz1/11橡膠氣味/200嗅單位1/10皮膚壓覺(jué)/5g/mm21/7咸味道/3mol/L（3克分子/公升）1/5適用條件只適用于中等強(qiáng)度的刺激。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)刺激接近絕對(duì)閾限時(shí)，韋伯分?jǐn)?shù)有較大的增加。韋伯定律的意義是有關(guān)心理量與物理量之間函數(shù)關(guān)系的第一個(gè)定律，具有深遠(yuǎn)的影響。提供了一個(gè)比較辨別能力的重要指標(biāo)，使個(gè)體之間及感覺(jué)道之間感受性的比較成為可能。在社會(huì)科學(xué)中有深刻引申意義。如在生活滿意度，消費(fèi)心理，個(gè)人追求與欲望方面都蘊(yùn)涵著韋伯定律的道理。最小變化法恒定刺激法平均差誤法SignalDetectionTheory(SDT)

NothresholdEvidenceIntensityofthesignalTheacuityoftheobserverResponsebiasPayoffsFrequencyMotivationVigilanceResponse信號(hào)檢測(cè)論：反應(yīng)偏向、辨別力指標(biāo)主要術(shù)語(yǔ)：擊中概率、虛報(bào)概率、漏報(bào)概率、正確否定概率分布統(tǒng)計(jì)判斷標(biāo)準(zhǔn)二擇一的刺激情境一定范圍內(nèi)的模糊感覺(jué)（弱-強(qiáng)）判斷為SN的概率判斷為N的概率辨別能力判斷標(biāo)準(zhǔn)由N引起的感覺(jué)分布由N+SN引起的感覺(jué)分布Evidence:Tumorsmayhavedifferentimagecharacteristicsfromhealthylungs(differentshape,brighterordarker,differenttexture,etc.)ResponsebiasDifferentdoctorsmayfeelthatthedifferenttypesoferrorsarenotequal.More“Yes”response.Missanopportunityforearlydiagnosismaymeanthedifferencebetweenlifeanddeath;Falsealarmmayonlyresultinaroutinebiopsyoperation.More“No”response.Unnecessarysurgeriesareverybad(expensive,stress,etc.).e.g.ImaginethataradiologistisexaminingaCTscan,lookingforevidenceofatumor.Noise膠片上的污跡、某人正常的肺看上去像腫瘤Signal+Noise腫瘤＋污跡、像腫瘤部分Receiver-operatingcharacteristic(ROC)curve

接受者操作特征曲線

等感受性曲線Sensitivity(d’)：EvidenceCriterion():

ResponsebiasROC曲線舉例：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容讓被試在白噪音的的背景上檢測(cè)一個(gè)純音信號(hào)。為了改變被試的判斷標(biāo)準(zhǔn)，使用了五種先驗(yàn)概率，分別為0.1、0.3、0.5、0.7、0.9。每個(gè)先驗(yàn)概率測(cè)試400次。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：P（SN）0.100.300.500.700.90P（y/N）0.100.220.410.610.65P（y/SN）0.300.500.700.780.88ZN1.280.770.23-0.02-0.39ZSN0.520.00-0.53-0.77-1.17d’0.760.770.760.750.78β1.981.340.890.740.54P（SN）0.100.300.500.700.90P（y/N）0.100.220.410.610.65P（y/SN）0.300.500.700.780.88d’0.760.770.760.750.78β1.981.340.890.740.54圖示：00.200.400.600.801.0P（y/N）1.00.80.60.40.2P（y/SN）五種先驗(yàn)概率下的ROC曲線ROC曲線的特性：（1）對(duì)于一條特定的ROC曲線來(lái)說(shuō)，d’是恒定的，所以也叫等感受性曲線。（2）對(duì)角線代表辨別力等于0的一條線，也叫純機(jī)遇線。（3）ROC曲線離純機(jī)遇線越遠(yuǎn)，表明被試的辨別力越強(qiáng)。（4）辨別力不同的被試的ROC曲線也不同。d’:Distancebetweensignalandnoisedistribution;MaximumdistancebetweentheROCcurveandthediagonal1≈0.05844/0.2432≈0.243/0.398941≈0.39894/0.243SlopeoftheROCfunctionatthepointofinterest.

SN+1-1N-1+1反應(yīng)刺激yn支付矩陣

SN+20-20N-1+1反應(yīng)刺激yn

SN+1-1N-30+30反應(yīng)刺激ynNothreshold?Intensityofstimulus:

detectable,undetectableDecisionthreshold:

report,ornotreportd’,AdvantagesTheabilitytomeasurebothsensitivityandresponsebias.ApplicationsMedical-imagingsystemsAccuracyofliedetectorsEyewitnesstestimonyAptitudetestsforselectingsuitablepersonnelTopic:

Measurementscales

Illustration:

Fechner’sLawandStevens’LawOutlinePropertiesofmeasurementscalesTypesofmeasurementscalesTwoapproachestowardthemeasurementofsensationPropertiesofmeasurementscalesDifference（差異）Magnitude（強(qiáng)度）Equalintervals（等距）Truezero（絕對(duì)零點(diǎn)）Nominalscales(名稱量表)Ordinalscales（順序量表）Intervalscales（等距量表）Ratioscales（比例量表）TypeofScaleDifferenceMagni-tudeEqualintervalsTruezeroState-mentsExamplesStatisticsNominalYesNoNoNoA≠BGenderNonparametricOrdinalYesYesNoNoA>BRankingsNonparametricIntervalYesYesYesNo(A-B)=(C-D)IQ,ScoresParametricRatioYesYesYesYesA=2BHeight,weightParametricTypesofmeasurementscalesTwoapproachestowardthemeasurementofsensationFechner’sLawIndirectscalingBasedonWeber’slawAbsolutethresholdindicatesthepointofzerosensation.Just-noticeabledifference(最小可覺(jué)差,JND)Theinternalsensationevokedbytwostimulithatdifferbyonedifferencethreshold.Theunitdefiningtheintervalsofaninternalpsychologicalscale.Ordinalscale(順序量表)ψ=Klog(S)當(dāng)刺激量以幾何級(jí)數(shù)增加時(shí),心理量則以算術(shù)級(jí)數(shù)增加.Stevens’PowerLaw(冪定律)DirectscalingMethodofmagnitudeestimationE.g.,EssayexamsRatioscaleψ=KSn心理量和物理量都按幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng).Topic:

Small-ndesigns(小樣本設(shè)計(jì))

Illustration:

PsychophysicalmethodsSmall-ndesignsAlargenumberoftightlycontrolledobservationsaremadeonasmallnumberofobservers.(基于少量被試在嚴(yán)格控制的環(huán)境下得到大量觀測(cè)值。)Whenusesmall-ndesigns?Less-complexpsychologicalprocessesWell-controlledsettingsE.g.,Psychophysics,LearningSummaryTopic:Operationaldefi