第5章 現(xiàn)代心理物理學(xué)

第五章現(xiàn)代心理物理學(xué)ModernPsychophisics1第5章現(xiàn)代心理物理法主要內(nèi)容閾限的概念的發(fā)展和信號檢測論的由來對傳統(tǒng)的閾限概念的質(zhì)疑電子偵察系統(tǒng)的啟示信號檢測論的原理色子游戲人對信號刺激的覺察信號檢測論的實驗方法有無法評價法迫選法信號檢測論的應(yīng)用2第5章現(xiàn)代心理物理法一、閾限概念的發(fā)展傳統(tǒng)的閾限概念:傳統(tǒng)的閾限概念起源于費希納。波林在《實驗心理學(xué)史》一書中指出，心理物理學(xué)的古典問題有五個：絕對閾限：觀察者對個別刺激的感受；差別閾限：觀察者對刺激增量的感受性；等量：被判斷為相等的刺激，一般指主觀判斷的強度方面；感覺距離：被判斷為相等的兩對刺激間的差別；感覺比例：彼此判斷為有特定比率的那些刺激。3第5章現(xiàn)代心理物理法史蒂文斯的補充刺激次序：觀察者將某些組的刺激排成等級或次序的測定；刺激等級評定：確定觀察者評定刺激的真正物理值的準(zhǔn)確性。可見，一百多年前，費希納在創(chuàng)建心理物理學(xué)時，就把注意力集中在感覺閾限的測量上。經(jīng)過長期研究，形成了許多閾限理論，包括柏拉克韋爾的高閾限理論，路司的低閾限理論，格林的高-低兩種閾限理論，以及史蒂文斯的神經(jīng)量子理論和斯韋茨等人的信號檢測理論。4第5章現(xiàn)代心理物理法從測量上考慮傳統(tǒng)閾限的概念，最后形成了傳統(tǒng)覺察理論基礎(chǔ)。傳統(tǒng)覺察理論假設(shè)有三個連續(xù)量：刺激內(nèi)部反應(yīng)判斷從圖中可見，刺激S2被定義為絕對閾限（T），因為它是引出“有”反應(yīng)的一半次數(shù)。5第5章現(xiàn)代心理物理法6第5章現(xiàn)代心理物理法例1：兩個人正在看電視的時候有人敲門，甲說“有人敲門”，乙卻說“沒有”。是否可以說，甲的聽覺比乙的更敏銳？例2：兩人在夜間行走在野外的小路上，忽然，甲指著遠(yuǎn)處說“那里有燈光”，乙卻說“沒有”。是否可以說，甲的視力比乙的更敏銳？例3：戰(zhàn)斗中兩位戰(zhàn)士同時胳膊中彈，在衛(wèi)生兵取出子彈的時候，一位戰(zhàn)士疼得大聲喊叫，另一位戰(zhàn)士卻一聲不吭。是否可以說，第二位戰(zhàn)士對疼痛的感覺不敏銳？對傳統(tǒng)閾限概念的質(zhì)疑7第5章現(xiàn)代心理物理法例4：精神分裂癥患者和正常人關(guān)于大小常性的對照研究：伯雷斯等人認(rèn)為精神分裂癥患者比正常人的大小常性要高；漢米爾頓等人則認(rèn)為精神分裂癥患者比正常人的大小常性要低；皮什克姆-史密斯等人的看法認(rèn)為他們彼此并沒有差別。那么，誰的研究更符合事實呢？

8第5章現(xiàn)代心理物理法1950年代以后，經(jīng)典的閾限測量最大的問題在于沒有能夠把被試的辨別能力（感受性）和他們做出判斷時的傾向性（反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)）區(qū)別開來經(jīng)典的閾限測量沒有考慮許多非感覺變量對被試的影響。在這些非感覺變量中，主要有下列二種：刺激出現(xiàn)的概率(先定概率)

反應(yīng)代價（反應(yīng)傾向）9第5章現(xiàn)代心理物理法刺激出現(xiàn)的概率(先定概率)傳統(tǒng)的心理物理學(xué)實驗中，刺激出現(xiàn)的概率（以P（S）表示），其值總是1.0，這樣被試的反應(yīng)只有兩種：“有”或“無”。且僅憑機遇也有50％的精確性，難以避免地存在著期望誤差。

問題：當(dāng)P（S）系統(tǒng)變化時，做出“有”判斷的概率（以P（yes）表示）是否也會發(fā)生變化，測出的閾限值是否亦發(fā)生變化？10第5章現(xiàn)代心理物理法P(S)不等于1意味著每一次實驗都可能出現(xiàn)也可能不出現(xiàn)刺激，這樣一來被試的可能反應(yīng)類型就擴大到了4種：“擊中”（Hit）：刺激出現(xiàn)并報告”有”(y)“漏報”（Miss）：刺激出現(xiàn)并報告“無”(n)“虛驚”（FalseAlarm）：刺激沒有出現(xiàn)并報告“有”(y)“正確拒斥”（CorrectRejection）：刺激沒有出現(xiàn)并報告“無”(n)P(y)=P(Hit)+P(FA)11第5章現(xiàn)代心理物理法GesCheideretal.（1971）實驗結(jié)果表明，改變P（S）對于傳統(tǒng)的閾限測量具有強烈的影響。當(dāng)P（S）等于0.7時，閾限是1微米；P（S）為0.3時，閾限則是1.5微米。而且，當(dāng)刺激不出現(xiàn)時，P（yes）也明顯地高于零。而根據(jù)傳統(tǒng)的閾限理論，在不呈現(xiàn)刺激時，訓(xùn)練有素的、忠實可靠的被試者只是偶然地報告“有”感覺，P（yes）不可能明顯地高于零。12第5章現(xiàn)代心理物理法GesCheideretal.（1971）：對指尖震動刺激的絕對閾限測定實驗

13第5章現(xiàn)代心理物理法反應(yīng)代價（反應(yīng)傾向）反應(yīng)代價影響反應(yīng)的結(jié)果，即反應(yīng)受到獎賞和懲罰的影響。如果正確地報告了“有”刺激（“擊中”）得到的獎賞多，而且錯報時受到的懲罰少，則被試傾向于降低反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)（爭取獎賞），在這種情況下，所測量的閾限相對值便低。如果擊中時所得獎賞少，而錯報時所受懲罰多，則被試者傾向于提高反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)（回避懲罰），不會輕易做出“有”反應(yīng)，這時，所測量的閾限值便高。這一顯而易見的事實，傳統(tǒng)的閾限理論恰不能給予解釋。14第5章現(xiàn)代心理物理法從上述二種非感覺變量的討論中看到：現(xiàn)代心理物理學(xué)從對閾限概念的不同理解出發(fā)，把被試者的辨別力和他的反應(yīng)傾向區(qū)分開處理；而傳統(tǒng)心理物理學(xué)測得的感覺閾限是二者不可分割的混合物。這是現(xiàn)代心理物理學(xué)對閾限概念和感覺理論的新發(fā)展。15第5章現(xiàn)代心理物理法現(xiàn)代心理物理學(xué)的研究課題現(xiàn)代心理物理學(xué)不僅對心理研究方法帶來新的突破，而且也對心理學(xué)理論帶來了巨大影響。這些變化不僅明顯地表現(xiàn)在對閾限概念的理解上，而且也反應(yīng)在心理物理學(xué)所研究的課題上。對研究的課題，現(xiàn)代心理物理學(xué)從系統(tǒng)論出發(fā)，將一個事物看成是有層次階段和多水平的結(jié)構(gòu)，因此，它所面臨要解決的問題也是有層次和不同水平的事件。16第5章現(xiàn)代心理物理法具體地說，現(xiàn)代心理物理學(xué)課題可分割為檢測、認(rèn)知、分辨、量表等四個基本問題，敘述如下：檢測問題：察覺一個事物是否存在

認(rèn)知問題：辨認(rèn)一個事物

辨別差異問題：敘述某些事物與標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別

量表問題：測量心理活動并轉(zhuǎn)換成某種尺度

17第5章現(xiàn)代心理物理法檢測（或覺察）（detection）就是察覺一個事物是否存在的問題。這是一個低水平、低層次的感知覺問題，它所要解決的問題是，人檢測到了信號，報告為“有”，沒有檢測到信號，報告為“無”的簡單問題。在使用方法時，如果研究者承認(rèn)“閾限”的存在，就可用傳統(tǒng)的極限法和常定刺激法來測定閾限；如果不承認(rèn)“閾限”的存在，就可用信號檢測論來分析檢測信號的辨別力和反應(yīng)傾向。18第5章現(xiàn)代心理物理法認(rèn)知（cognitive）就是辨認(rèn)一個事物的問題。這里已包括較高水平的問題，如當(dāng)一個雷達(dá)操作員在屏幕上觀察到了有信號以后，就要進(jìn)一步向自己提出這樣的問題：“這是什么？”這就包括了復(fù)雜的知覺過程。這里包括可以采用信息論的方法來認(rèn)知對象。應(yīng)當(dāng)指出，檢測和認(rèn)知階段有時是不可分的，相互聯(lián)結(jié)的，所以有時也稱為檢測-認(rèn)知階層。19第5章現(xiàn)代心理物理法辨別差異是敘述某些事物與標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別問題。這是一個更高的梯級。例如：雷達(dá)操作員要正確無誤地分辨出這一刺激不同于別的刺激。心理物理學(xué)中的韋伯定律（或韋氏定律）（Weber’slaw），分辨中的信號檢測論，以及用反應(yīng)時來測定分辨等，都屬于辨別差異問題。20第5章現(xiàn)代心理物理法量表（scale）就是測量心理活動并轉(zhuǎn)換成某種尺度（yardstick）的問題。這方面的研究方法和內(nèi)容，已構(gòu)成了一個專門的學(xué)科——心理測量學(xué)（psychometrics）。21第5章現(xiàn)代心理物理法電子偵察系統(tǒng)的信噪分離信號檢測論的由來22第5章現(xiàn)代心理物理法二、信號檢測論的原理信號檢測論（signaldetectiontheory，SDT）是信息論的一個重要分支。它的理論基礎(chǔ)是統(tǒng)計決策理論。1954年，美國心理學(xué)家W.P.Tanner和J.A.Swets把它應(yīng)用于人的知覺過程，使心理物理學(xué)方法發(fā)展到一個新的階段。抽樣分析總體推斷良好決策損益分析行動可能性分析23第5章現(xiàn)代心理物理法骰子游戲假設(shè)一次擲三顆骰子：兩顆是正常的，即每個面有一個數(shù)字，依次為1到6。第三顆是特殊的，三面寫0，另三面寫3。你的任務(wù)是猜測，特殊骰子的哪一面朝上？猜對有獎，猜錯受罰。在猜測之前，告訴你三顆骰子朝上的數(shù)目總和。那么，這個游戲的實質(zhì)是什么？24第5章現(xiàn)代心理物理法骰子游戲：決策過程8=出現(xiàn)3的可能性為4種總數(shù)特殊骰子（三）正常骰子（一）正常骰子（二）3+50+81+42+33+24+1+6+5+4+3+2出現(xiàn)0的可能性為5種25第5章現(xiàn)代心理物理法骰子游戲：反應(yīng)類型擊中P(Y/3)漏報P(N/3)虛報P(Y/0)正確否定P(N/0)骰子游戲的四種情形猜3030特殊骰子P(N/3)＝1－P(Y/3)P(N/0)＝1－P(Y/0)26第5章現(xiàn)代心理物理法數(shù)目總和0出現(xiàn)次數(shù)3出現(xiàn)次數(shù)0出現(xiàn)概率%3出現(xiàn)概率%虛報率％擊中率％累加虛報率％累加擊中率％2101/1=10001／36＝30／36＝01001003202/2=10002／36＝50／36＝0971004303/3=10003／36＝90／36＝0921005414/5=801/5=204／36＝111／36＝3831006525/7=712/7=295／36＝142／36＝572977636/9=673/9=336／36＝163／36＝958928545/9=564/9=445／36＝144／36＝1142839454/9=445/9=564／36＝115／369=336/9=673／36＝96／36＝16175811252/7=295/7=712／36＝55／36＝1484212141/5=204/5=801／36＝34／36＝11328130303/3=1000／36＝03／36＝9017140202/2=1000／36＝02／36＝508150101/1=1000／36＝01／36＝300總和363627第5章現(xiàn)代心理物理法骰子游戲：0分布與3分布28第5章現(xiàn)代心理物理法骰子游戲：標(biāo)準(zhǔn)變化引起的擊中率、虛報率的變化以虛報率作為橫坐標(biāo)，擊中率作為縱坐標(biāo)做圖時，我們就可以形象地看到隨著標(biāo)準(zhǔn)的變化，擊中率與虛報率也相應(yīng)地發(fā)生變化的情形。這個曲線上各點代表在特定刺激條件下被試所采用的各種反應(yīng)方式，所以叫做接受者操作特征曲線（receiveroperatingcharacteristiccurve,ROC）。29第5章現(xiàn)代心理物理法如何解讀ROC曲線？曲線的斜率：曲線的坡度代表了決策標(biāo)準(zhǔn)β。

對角線：從左下角到右上角的對角線（虛線）是一條機遇線。如果被試的決策標(biāo)準(zhǔn)在信號分布的最右邊，即采用最嚴(yán)格的決策標(biāo)準(zhǔn)，則無論出現(xiàn)什么刺激，被試均以“無信號”反應(yīng)，擊中率和虛報率都是零。如果被試的決策標(biāo)準(zhǔn)在信號分布的最左邊，即采用最寬松的決策標(biāo)準(zhǔn)，則無論出現(xiàn)什么刺激，被試均以“有信號”反應(yīng)，擊中率和虛報率都是1。

30第5章現(xiàn)代心理物理法人對信號刺激的覺察（1）

骰子游戲已知骰子數(shù)目總和3判斷0判斷標(biāo)準(zhǔn)

信號覺察獲得某種感覺

信號判斷

噪音判斷標(biāo)準(zhǔn)31第5章現(xiàn)代心理物理法噪音（Noise）分布與信號（Signal）分布（信號＋噪音分布）信號檢測論所指的信號可以理解為刺激（stimuli）,而被試的任務(wù)就可以相應(yīng)地理解為”信號檢測”，即判斷”有信號”還是”無信號”。噪音就是信號所伴隨的背景。信號檢測論認(rèn)為，信號和噪音總是混雜在一起的，且產(chǎn)生不同的感覺印象分布。

32第5章現(xiàn)代心理物理法人對信號刺激的覺察（2）對骰子游戲的分析完全適用于人對信號的覺察過程。人對信號的覺察也有擊中、虛報等四種情形；隨著標(biāo)準(zhǔn)的變化，其擊中率與虛報率也在變化；也同樣可以繪制其操作者特征曲線和分布曲線。33第5章現(xiàn)代心理物理法34第5章現(xiàn)代心理物理法

信號檢測論的兩個獨立指標(biāo)

——辨別力指數(shù)（d’）和決策標(biāo)準(zhǔn)（β）

敏感性指標(biāo)：辨別力指數(shù)d’信號分布和噪音分布的中軸（平均數(shù)）之間的距離（d’）代表信號與噪音之間的可辨別性，也是人的感受性的反映。因此，信號分布的平均數(shù)（MSN）和噪音分布的平均數(shù)（MN）的距離，就可以作為被試辨別力的指標(biāo)。辨別力指數(shù)（d’）的計算公式是：d’＝（MSN－MN）／δN

＝ZSN－ZN

35第5章現(xiàn)代心理物理法反應(yīng)偏向指標(biāo)：決策標(biāo)準(zhǔn)β由于存在信號與噪音的混雜，必須確定一個判斷信號是否出現(xiàn)的內(nèi)在標(biāo)準(zhǔn)，即決策標(biāo)準(zhǔn)（β），也稱似然比。在圖上以一條垂直于橫坐標(biāo)軸的直線表示，它可以左右移動表示標(biāo)準(zhǔn)的變化。β的數(shù)學(xué)定義為給定Xc水平上信號分布的縱軸與噪音分布的縱軸之比。β的計算公式是：β＝Of(y/SN）/Of(y/N）

36第5章現(xiàn)代心理物理法設(shè)d’不變，β可能出現(xiàn)三類情況37第5章現(xiàn)代心理物理法設(shè)β=1，d’可能出現(xiàn)三類情況38第5章現(xiàn)代心理物理法三、信號檢測論的實驗方法有無法評價法迫選法39第5章現(xiàn)代心理物理法有無法有無法要求事先選定SN刺激和N刺激，并規(guī)定SN和N出現(xiàn)的概率，然后以隨機方式呈現(xiàn)SN或N，要求被試回答：剛才的刺激是SN還是N。根據(jù)被試對呈現(xiàn)刺激的判斷結(jié)果來估計擊中率P(y/SN)和虛報率P(y/N)，進(jìn)而計算兩個指標(biāo)d’和β。40第5章現(xiàn)代心理物理法有無法（2）擊中f1漏報f2虛報f3正確否定f4反應(yīng)ynSNN刺激P(y/SN)=f1/(f1+f2)P(y/N)=f3/(f3+f4)41第5章現(xiàn)代心理物理法例：白噪音背景上的純音信號，二者各隨機呈現(xiàn)100次，擊中16次（P=0.16），虛報2次（P=0.02），結(jié)果如下圖。

β＝0.242／0.048＝5.042；d’＝2－1＝1（這是特定實驗條件下的結(jié)果）ZSN：表示β與ＭSN的距離；ZN：表示β與ＭN的距離。二者之差就是ＭSN和ＭN的距離。42第5章現(xiàn)代心理物理法影響判斷標(biāo)準(zhǔn)的兩個因素：先定概率和獎懲標(biāo)準(zhǔn)

例：當(dāng)獎懲辦法固定時，先定概率對判斷標(biāo)準(zhǔn)的影響。

（不同的實驗條件：先定概率不同）實驗信號出現(xiàn)頻率結(jié)果ynA0.20SNN0.160.020.840.98β＝5.042d’=1.0B0.50SNN0.500.160.500.84β＝1.649d’=1.0C0.80SNN0.930.690.070.31β＝0.378d’=1.043第5章現(xiàn)代心理物理法實驗獎懲