第03章 反应时间 一、目的要求： 1．了解反应时间的性质和测量反应时间的仪器、方法； 2．掌握影响反应时间的因素； 3．掌握用反应时间分析信息加工的方法。 二、讲授内容： （一）反应时间概述 （二）反应时间的测定方法 （三）影响反应时间的因素 （四）测量反应时间的仪器和注意事项 课题导入 反应时间是心理实验中使用最早、应用最广泛的反应变量之一。 对反应时间的研究最先始于天文学家Bessel对于人差方程的研究。 最早将反应时间的测量用于心理实验的是荷兰生理学家Donders. 1879年以后，冯特及其学生对反应时间进行了一系列实验研究。 认知心理学兴起后，为了揭示信息加工过程和特点，反应时间的测量也获得进一步的发展，出现了一些新的研究方法，如相加因素法、开窗实验法、速度-准确率分离技术。 一、 反应时间的性质 （一） 反应时间的概念 反应时间是指从刺激的呈现到反应的开始之间的时距。 反应时间也被称为“反应的潜伏期”。 （二）反应时间研究的简史 1796年英国格林尼治天文台公案； Brandly的眼耳法（1820年）、人差方程； 1850年Helmholtz运用反应时间来测定神经传导速度； 1868年，Donders发明分离反应时间的实验（反应时间的相减法），分离出简单反应时、辨别反应时和选择反应时； 1879年及以后，冯特及其学生对反应时间进行了系列研究。其中，Cattell揭示了选择反应时长于简单反应时的原因——在反应的准备上不同； 20世纪50年代中期以后，认知心理学兴起。认知心理学主张研究认知活动本身的结构和过程，并把这些过程看作信息加工过程。而任何过程都需要时间，因而可利用反应时间这一客观指标，来对加工过程进行研究，以揭示信息加工过程和信息加工的各个阶段。 例如，运用反应时间相减法，安排两种作业A和B，其中A包含B所没有的某个特定心理过程，而在其他方面相同，那么这两个作业的反应时间之差就是那个特定的心理过程所需要的时间。 1969年，Sternberg在相减法的基础上发展了反应时间的相加因素法。相加因素法假定，完成一个作业所需的时间是一系列信息加工阶段分别所需时间的总和。 由于反应时间的相减法和相加因素法都不是直接测得某一特定加工阶段所需的时间，而是要通过间接的比较才能得到，并且相应的加工阶段也要通过严密的推理才能被发现。因此，Hamilton等（1977）、Hockey等（1981）发展了一种新的实验技术——“开窗”实验。 Meyer等（1988）速度-准确率分解技术（speed-accuracy decomposition, SAD） （三）简单反应时间和选择反应时间 简单反应时间是给予被试者以单一的刺激，要求他作同样的反应。被试的任务很简单，他预先已知道将有什么样的刺激出现并需要作出什么样的反应。 选择反应时间是根据不同的刺激物，在各种可能性中选择一种符合要求的反应。 简单反应时间实验： 在一弱光照明的室内，被试端坐在桌前，面对一个屏幕，注视屏幕上的一个孔（通过这个孔可以呈现灯光）。事先呈现灯光给被试看看，让他熟悉这个刺激。桌上放一电键，指示被试当他听到预备信号时即将手指放在电键上，当灯光一呈现就立即按下电键。屏幕后是主试操纵仪器的地方，使用计时器来测量刺激到反应的时间。 选择反应时间实验： 安排红和绿两种不同的色光刺激，有两个反应键放在被试面前，规定其用左右手指各放在一个键上，并用右手反应红光，用左手反应绿光，这是选择反应测量的典型示例。显然，在这一选择时间里包括了被试的辨别和选择活动所花费的时间，他必须在作出反应之前对不同刺激有所辨别，并作出不同反应的选择。 （四）反应时间实验的要求 进行反应时间实验，除了和其他心理实验一样，都要很严格地控制实验条件，像刺激的强度和刺激持续的时间等等。除此之外，进行反应时间实验研究，要讲求策略思想，应严格遵循一定的程序和要求，方能取得预期的效果。 1.对被试反应的要求 首先从被试反应要求上看，应避免出现过早反应或其他错误的反应。 防止出现“假反应”的有效措施是在实验中插入侦察试验（detection test），即给预备信号之后并不呈现刺激。 2.选择反应数目 选择反应的数目需要与辨别的刺激数目相等，即有几种反应就要有几种刺激。 （五）反应时间的因变量? 反应时实验中有二个基本因变量（或依变项）（dependent variable），即速度（speed）和准确性（accuracy）。 反应时间实验中的一个突出问题就是权衡反应速度和反应准确性的相互关系。 人们都有这样的常识，当一个人很快去完成某件事时，他会比慢慢地做某件事犯更多的错误。反之，如果某人很正确地做某件事时，速度上就会变慢。心理学家称这种关系为速度-准确性权衡 。 帕彻拉（Pachella，1974）的实验结果表明，为了使错误率降低到2％，反应时将增加100毫秒。 这说明根据速度-准确性权衡，为了减少错误率，反应时间就会延长。 二、影响反应时间的因素 （一）反应时间受刺激变量影响 在刺激变量中，对反应时间影响比较大的因素有：刺激的不同类型、强度、复杂程度及刺激呈现的方式等。 1.因刺激的不同类型而异 不同类型的刺激通过特定的通道作用于各个感官，它们的反应时间是不同的。同一感觉道里，刺激的部位不同，反应时间也有差异。 2.因刺激的强度不同而异 表3-7? 对不同强度的1000赫兹纯音的反应时间 3.因刺激的复杂程度而异 （1）刺激选择数目越多，愈复杂； （2）刺激相似程度越低，则愈复杂。 显然，刺激越复杂，反应时间必然越长。 4.因刺激呈现方式不同而异 我国心理学家（张铁忠和沙建英，1987）对双眼视野不同位置的视觉运动反应时间进行了测定。 （二）反应时间受机体变量影响 影响反应时间的主要刺激变量如上所述，但外在原因需通过内在条件而起作用，和其他心理现象一样，反应时间也是以机体的内部状态为中介而对外界刺激作出反应的。 影响反应时间的机体变量为数众多，主要有：机体适应水平、准备状态、练习次数、动机、年龄因素和个别差异、酒精和药物作用等。 1.适应水平 适应（adaptation）在此处意指在刺激物的持续作用下，感受器发生的变化。感受器的适应水平对反应时间有着明显的影响。 霍弗兰（Hovland，1936）的实验中，当双眼对不同的照明适应后，测量了对254公尺烛光的反应时间。刺激是一直径为 20 毫米（0.8吋）照明为250 支烛光的白色圆块，观察距离为 30厘米（12吋），五名被试者的平均成绩（每人每种条件各测试100次）列于表3－11。 2.准备状态 准备状态（readiness）是指机体对于某种行为作出的准备情况。 被试者在主试者发出“预备”口令到刺激呈现这段预备时间内的准备状态也是影响反应时间的因素之—。在这时距内，被试者处于积极准备状态，力求尽快对刺激作出反应。如果预备时间太短，被试者可能来不及准备；如果太长，被试者的准备状态又可能出现衰退而延误反应。 许多研究说明，尽管存在个体差异，但最有利的预备时间大约是1.5秒。中村在研究蹲踞式起跑时，把从预备口令到鸣枪的时间间隔分别定为1、1.5和 2 秒三种，结果发现间隔时间为1.5秒时，运动员从听鸣枪到手离地的反应时间最短 3.练习次数 在心理实验中，练习（exercise）是一个控制变量，即一个潜在的自变量。练习与反应时间的关系相当密切。在一定范围内，练习次数越多（上百次），反应会越快，反应时间减少的趋势是逼近一个极限而稳定下来。 4.动? 机 动机（motive）是由于人的某种需要所引起的有意识或无意识的行为指向。 反应时间实验中被试者易受某种额外动机的影响。 约翰逊（Johnson，1922）的实验发现主试者所设计的一些附加动机能使听觉反应加快。 5.年龄因素和个体差异 一般认为，自发育阶段至25岁前（青少年阶段），反应时间随年龄增长而减少，起初减得快，以后较慢。 戈茨达克（Gottsdamker，1968）在对一组年龄为 18～93 岁的成人被试者的研究中注意到，随着年龄的增长，感觉-运动反应时间逐渐延长。 此外，还有人发现在25岁以后到 60 岁的一段时间内，反应时间的增长极为缓慢，但60 岁以后反应时间开始有了较大增加。 个体差异（或个别差异）指不同个体之间在品质和属性上存在的任何差别。 菲萨尔（Fessard，1926）曾对1000名男性成人被试者作听觉简单反应时间的测定，结果发现反应时间的均数分配大致上呈常态。但是老年组的变异系数较显著地高于青年和中年组，说明老年组在感觉-运动反应速度方面存在着较大的个别差异。 6.酒精及药物的作用 酒精在脑神经系统达到一定浓度时，中枢神经系统逐渐迟钝，对周围情况变化的反应速度大大下降。如果是酗酒，其反应时间将延长2～3倍，甚至更长，往往紧急情况已到眼前，还未发现或采取任何措施便已肇事。 例如车速每小时40公里，未饮酒的驾驶员对道路复杂情况作出反应只需0.6秒，而饮酒后的驾驶员却要1.8秒。这样，汽车在反应时间内所行驶的距离就从0.6秒的7公尺增加到1.8秒的21公尺，所需的安全距离增加了14公尺，即从27公尺增加到41公尺。 目前，刺激中枢神经的心理杀伤性药剂，大致分三类，即镇静剂、兴奋剂和致幻剂。镇静剂虽能消除情绪紧张、焦躁、恐惧感，但会使驾驶员肌肉活动能力下降，并出现睡意，以致反应迟钝。兴奋剂对中枢神经系统的作用与镇静剂作用相反，它可以消除疲劳，驱逐睡意，改善思维活动力，提高反应速度，但会使各类职业人员思想麻痹，过高估计自己的能力。致幻剂会使人有时产生幻觉。 如伤风感冒服用过量解热镇痛剂，会使人的注意力、精力、反应能力下降。 三、反应时间的测定方法 （一）反应时间的相减法 1、Donders的3种不同的RT A-反应时间——简单反应时； B-反应时间——简单反应时+辨别刺激的时间+选择反应的时间； C-反应时间——简单反应时间和辨别反应时间； 2、减法法实验 （1） Posner等的短时记忆编码实验 （2）句子-图画匹配 （1）Posner等的短时记忆编码实验 某些短时记忆信息可以有视觉编码和听觉编码两个连续阶段 Posner 等（1990）给被试并排呈现两个字母，这两个字母可以同时给被试者看，或者中间插进短暂的时间间隔，要被试者指出这一对字母是否相同并按键作出反应，记下反应时。 结果 在两个字母同时呈现时，AA对的反应时小于Aa对； 随着两个字母的时间间隔增加，AA对的反应时急剧增加，但Aa对的反应时则没有发生大的变化。并且AA对和Aa对的反应时的差也逐渐缩小，当时间间隔达到2秒，这个差别就很小。 （2）句子-图画匹配实验（Clark＆ Chase，1972） 方法：给被试看一个句子，紧接着再看一幅图画，如“星形在十字之上， ”，要求被试尽快地判定，此句子是否真实地说明了图画，作出是或否的反应，记录反应时。 实验条件：变量1—介词（之上、之下） 变量2—主语（星形、十字） 变量3—陈述方式（肯定、否定） 实验假设：当句子出现在图画之前时，这种句子和图画匹配任务的完成要经过几个加工阶段： 实验假设 第一个阶段是将句子转换为其深层结构，而且对“之下”的加工要长于对“之上”的加工（参数a），对否定句的加工要长于对肯定句的加工（参数b）； 第二个阶段是将图画转换为命题，并常有前面句子中所应用的介词（“之上”或“之下”）； 第三个阶段是将句子和图画两者的命题表征进行比较，如果两个表征的第一个名词相同，则比较所需的时间比不同时为少（参数c），如果两个命题都不含有否定，则比较所需的时间比任一命题含有否定时为少（参数d）； 最后的阶段为作出反应，其所需的时间被认为是恒定的（参数t）。 3、减法法评价 减数法的反应时间实验的逻辑是安排两种反应作业，其中一个作业包含另一个作业所没有的一个处理（加工）阶段，并在其他方面均相同，从这两个反应时间之差来判定此加工阶段。这种实验在原则上是合理的，在实践上是可行的。认知心理学也正是应用减数法反应时间实验提供的数据来推论其背后的信息加工过程的。 减数法也有其弱点：使用这种方法要求实验者对实验任务引起的刺激与反应之间的一系列心理过程有精确的认识，并且要求两个相减的任务中共有的心理过程要严格匹配，这一般是很难的。这些弱点大大限制了减数法的广泛使用。 （二）反应时间的相加因素法 1、什么是相加因素法？ 在20世纪，Sternberg（1969）发展了唐德斯的减数法反应时间，提出了加法法则，称之为加因素法（additive factors method）。这种实验并不是对减数法反应时间的否定，而是减数法的发展和延伸。 加因素法反应时间实验认为完成一个作业所需的时间是一系列信息加工阶段分别需要的时间的总和，如果发现可以影响完成作业所需时间的一些因素，那么单独地或成对地应用这些因素进行实验，就可以观察到完成作业时间的变化。 加因素法反应时间实验的逻辑： 如果两个因素的效应是互相制约的，即一个因素的效应可以改变另一因素的效应，那么这两个因素只作用于同一个信息加工阶段；如果两个因素的效应是分别独立的，即可以相加，那么这两个因素各自作用于不同的加工阶段。 这样，通过单变量和多变量的实验，从完成作业的时间变化来确定这一信息加工过程的各个阶段。 因此，重要的不是区分出每个阶段的加工时间，而是辨别认知加工的顺序，并证实不同加工阶段的存在。 加因素法假定，当两个实验因素影响两个不同的阶段时，它们将对总反应时间产生独立的效应，即不管一个因素的水平变化如何，另一个因素对反应时间的影响是恒定的。这样称两个因素的影响效应是相加的。 加因素法的基本手段是探索有相加效应的因素，以区分不同的加工阶段。 2、加因素法的典型实验 Sternberg运用反应时相加因素法研究短时记忆信息提取的阶段： 方法：先给被试看1～6个数字（识记项目），然后看一个数字（测试项目）并同时开始计时，要求被试判定此测试数字是否是刚才识记过的，按键作出是或否的反应，计时也随即停止。这样就可以确定被试者能否提取以及所需要的时间（反应时间）。 通过一系列的实验， Sternberg从反应时的变化上确定了对提取过程有独立作用的四个因素，即测试项目的质量（优质的或低劣的）、识记项目的数量、反应类型（肯定的或否定的）和每个反应类型的相对频率。 因此，他认为短时记忆信息提取过程包含相应的四个独立的加工阶段，即刺激编码阶段、顺序比较阶段、二择一的决策阶段和反应组织阶段（先前曾将最后的两个阶段合并为一个阶段）。 Sternberg认为，测试数目的质量对刺激编码阶段起作用，识记项目的数量对顺序比较阶段起作用，反应类型对决策阶段起作用，反应类型的相对频率对反应组织阶段起作用。 具体的实验步骤： 第一步，改变检验刺激（probe）的质量（即改变叹针刺激的性质），发现对一个残缺、模糊的刺激进行编码比对一个完整、清晰的刺激花的时间较长，而且对不同大小的记忆表影响相似，表明系列比较阶段之前存在一个独立的编码阶段。 第二步，改变记忆表中项目的数量，得出记忆表大小与反应时间之间的线性关系，证实了系列比较阶段的存在。 第三步，分别计算Y与N反应，发现对不同大小的记忆表，都是N反应时长于Y反应时，表明了两种决定阶段的存在，即在系列比较之后，有一个被试选择反应种类的决策阶段，而且产生N反应比产生Y反应难。 第四步，改变某一种类反应（Y或N）的出现频率，发现对两类反应产生同样的影响，提高任一类反应的出现频率，都会使这类反应的组织更为容易，从而使反应时下降。表明反应选择之后存在一个独立的反应组织阶段。 斯顿伯格在完成了上述实验后提出，加因素反应时有二个特点： （1）实验者可以通过操作变更阶段的持续时间，完成这项工作的自变量就称之为因素，当然，因素可以不只是一个； （2）在这些因素中又可分为二类：一类为影响反应时间的附加因素，亦为非交互作用的因素，这类因素称之为影响反应的附加因素，另一类因素为影响同一阶段的因素，这类因素为交互作用的因素。 因此，斯顿伯格认为，一旦找到交互作用和附加因素的模型，心理学家也就揭示了加工阶段是怎样相关的。 3、相加因素法评价 加因素法的弱点是，它的基本前提是人的信息加工是系列加工，这一点受到很多心理学家的质疑。因为加因素法反应时实验是以信息的系列加工而不是平行加工为前提的，因而有人认为其应用会有很多限制。 更为直接的问题是关于加因素法反应时实验的逻辑，即能否应用可相加和相互制约的效应来确认信息加工的阶段。Pachella（1974）指出，两个因素也许能以相加的方式对同一个加工阶段起作用，也许能对不同的加工阶段起作用并且相互发生影响。 还有人指出，加因素法反应时实验本身并不能指明一些加工阶段的顺序，在这个方面，它极大地依赖于一定的理论模型。 （三）反应时间的“开窗”实验 1、什么是“开窗”实验？ 前面谈到的减数法和加因素法反应时实验难以直接得到某个特定加工阶段所需的时间，并且还要通过严密的推理才能被确认。如果能够比较直接地测量每个加工阶段的时间，而且也能比较明显地看出这些加工阶段，那就好像打开窗户一览无遗了。这种实验技术称为“开窗”实验，它是反应时实验的一种新形式。 2、开窗实验 Hamilton（1977）和Hockey（1981）的字母转换实验： 方法：给被试呈现1～4个英文字母并在字母后面标上一个数字，如“F+3”、“KENC＋4”等，当呈现“F＋3”时，要求被试说出英文字母表中F后面第三个位置的字母即“I”。换句话说，“F＋3”即将F转换为I，而“KENC＋4”的正确回答是“OIRG”，但这四个转换结果要一起说出来，凡刺激字母在一个以上时，都应如此，只作出一次反应。 “KENC＋4” 实验的具体过程 四个字母一个一个地继时呈现，由被试者按键自行控制，被试者第一次按键就可以看见第一个字母K，同时开始计时，接着被试者按照要求作出声转换，说出LMNO，然后再按键看第二个字母E，再作转换。如此循环直至四个字母全部呈现并作出回答，计时也随之停止。出声转换的开始和结束均在时间记录中标出来。 根据这种实验的反应时数据，可以明显地看出完成字母转换作业的三个加工阶段： （1）从被试者按键看到一个字母到开始出声转换的时间为编码阶段，被试对所看到的字母进行编码并在记忆中找到此字母在字母表中的位置； （2）被试按规定进行转换所用的时间即为转换阶段； （3）从出声转换结束到按键看下一个字母的时间为贮存阶段，被试将转换的结果贮存到记忆中，有时还须将前面的转换结果加以复述和归并。 字母转换作业示意图 3、开窗法评价 不难看到，这种“开窗”实验的优点是引人注目的，但也存在着一些问题。例如，可能在后一个加工阶段出现对前一个阶段的复查，贮存阶段有时还包含对前面字母的转换结果的提取和整合，并且它难以与反应组织分开来。 （四）速度-准确率权衡范式 反应速度与准确绿的权衡现象（SAT）：被试根据不同的实验要求或在不同的实验条件下，建立一个权衡反应速度与反应准确率的标准来指导自己的反应。 速度-准确率权衡实验范式： 在SAT实验中，通过控制被试作出反应的时间长短来作为实验自变量，测定在各种实验条件下的反应准确率。 举例：用反应信号法进行再认实验 反应信号法是指在实验过程中，在刺激呈现后的不同时间间隔内出现一个信号（如声音），要求被试觉察到这一信号后就迅速对刺激作出反应，不一定要求准确，允许被试猜测。 （五）反应时间的速度-准确率分解技术 传统反应时实验是在所有的加工过程已经完成之后的，速度已准确率的单个结果； 速度与准确率权衡范式能测得在刺激呈现后关于速度与准确率的多个结果，特别是对加工开始的最初几百毫秒也能加以测量，因此它比反应时实验更具优越性。然而它不能验证信息加工是连续性质的还是离散性质的。 Meyer等（1987、1988）的速度与准确率分离技术（SAD技术）。 SAD技术由两部分组成：滴定的反应时程序（TRT程序）、平行精细的猜测模型（PSG模型） （1）TRT（滴定反应时）程序 滴定法：用已知物质的量的浓度的酸或碱来测定未知浓度的碱或酸的方法。 滴定分析是通过滴定来实现分析的一种分析方法。在滴定过程中，使用的已知准确的溶液称为标准溶液，被滴定的溶液叫做试样溶液。当标准溶液与试样溶液组成的反应恰好完全时，即为反应的理论终点。滴定分析法是基于标准溶液与试样溶液之间发生化学反应时，它们的量之间存在的一定数量关系，利用标准溶液的浓度和所消耗的体积来计算被测物质含量的一种方法。 TRT程序包括两类实验： ①普通实验，在实验中要求被试在保证准确率的情况下尽快反应； ②信号实验，在实验过程中，在刺激呈现后的不同时间间隔内出现一个信号（如声音），要求被试觉察到这一信号后就迅速对刺激作出反应，不一定要求准确，允许被试猜测。 （2）平行精细的猜测模型 PSG模型假定有两个平行的加工过程： ①正常加工过程 ②猜测加工过程 这两个加工过程是平行的、互不干涉的。两个过程相互竞争。