影響反應時的因素.doc

影響反應時的因素自反應時進入心理學研究以來，對于反應時的研究在很長一段時期內(nèi)主要集中于某些基本問題的解答，其中包括：反應時和所作反應種類數(shù)量的關系、反應時和反應準確性的關系，以及反應時的其他影響因素等。一、任務類別和刺激通道繼人差方程和赫爾姆霍茲（1850）青蛙運動神經(jīng)傳導速度的測定之后，荷蘭生理學家唐德斯第一次較為系統(tǒng)地研究了反應時。他試圖揭示反應時任務中的一些心理加工過程。為此，他設計了兩類反應時任務簡單反應時和選擇反應時任務。（一）簡單反應時簡單反應時（simple reaction time）是指給被試呈現(xiàn)單一的刺激，同時要求他們只作單一的反應，這時刺激反應之間的時間間隔就是反應時。譬如說，短跑運動員在聽到發(fā)令槍響后立即起跑，這一事件就可以作為一個簡單反應時任務。這種反應之所以稱之為簡單反應，是因為特定的刺激與特定的反應間的聯(lián)系十分明確。這種聯(lián)系不是一種先天的條件反射，為了建立聯(lián)系，被試必須進行反復的學習與訓練。在測定反應時的研究中，聽覺反應時和視覺反應時的研究比較多。1. 聽覺簡單反應時在聽覺簡單反應時任務中，研究者通過耳機向被試呈現(xiàn)聲音信號，并要求被試一聽到信號，就盡快地按某一反應鍵。剛開始實驗時，被試的反應也許會很慢，不過通過多次學習與訓練之后，被試獲得了信號與反應間的聯(lián)系，反應時就會迅速減少。如圖4-4列出的是某一被試的實驗結果?？梢?，聽覺簡單反應時存在波動，任何一個時刻被試對聽覺刺激的簡單反應時都不會完全相同，因為它會受到各種因素的影響，比如刺激本身性質(zhì)的變換和被試練習水平，圖4-4中超過160毫秒的幾次反應就是被試練習水平不夠，所導致的反應時延長，有關反應時任務的影響因素，我們將在本節(jié)的最后一部分詳細闡述。從圖4-4中還可以看出，出現(xiàn)次數(shù)最多的反應時大約為130毫秒左右，這便是被試最具代表性的、最為穩(wěn)定的簡單反應時值，也就是說，被試在正常情況下對可辨別聽覺刺激最易出現(xiàn)的簡單反應時。從整個反應時分布上來看，分布并非對稱于最高點130毫秒，它是偏態(tài)的，低于100毫秒的反應只出現(xiàn)一次，而高于160毫秒的反應卻不少。這似乎表明，被試可以任意減慢自己的反應速度，但卻無法任意加快自己的反應，此處被試的反應時似乎存在一個無法跨越的絕對界限100毫秒，無論進行多少次的訓練，這種時間極限就像一堵無法逾越的“生物墻”。05%10%15%20%25%100150 200平均值0.13秒圖4-4 聽覺簡單反應時（單位ms）（采自波佩爾，2000）“生物墻”是一種人類能力的限制，它根源于人類有機體的特性感官、腦以及肌肉工作的特性。外界的振動帶動耳廓的運動，后者帶動三塊聽小骨的運動，最后帶動耳蝸中氣流的運動，氣流又引起耳蝸纖毛的擺動，轉(zhuǎn)化成位聽神經(jīng)的神經(jīng)沖動形式，這需要耗費一定時間。外周神經(jīng)系統(tǒng)將信息通過郎飛氏結（Ranvier node），以最多不過每秒100米的速度傳導傳達到腦，又需要一定時間。此外大腦還需要時間來加工信息、對信息作出反應，而后還要再一次地通過郎飛氏結傳導以及突觸傳遞將信息傳送給肌肉組織，并指導其運動。因此，感官換能、神經(jīng)傳導、大腦加工和肌肉運動的時間總和便是我們所獲得簡單反應時。2視覺簡單反應時其他通道的簡單反應時是否也存在這樣的生物限制呢？研究者進行了視覺簡單反應時實驗：首先要安排好呈現(xiàn)光刺激的屏幕、反應鍵以及計時設備，然后請被試進入一個弱光照明的實驗室，要求被試端坐在屏幕前，指示他一旦看到屏幕上出現(xiàn)紅光就立即按下反應鍵。最初測得的反應時可能長達0.5秒，多次測定后很快會降至0.20.25秒，再后可能會降至0.2秒以下，但無論怎樣練習，都不可能降至0.15秒之下。和聽覺簡單反應時相比，視覺簡單反應時較長，其原因在于感官換能時間較長。視網(wǎng)膜的工作方式是累積性的：并不是在接受光刺激的同時，感光細胞便能引起神經(jīng)節(jié)細胞的興奮；而是當光量子達到一定數(shù)量后，感光細胞的興奮達到一定程度后，感光細胞才會引起神經(jīng)節(jié)細胞的興奮。而聽覺刺激的換能過程不存在能量累積的問題，不同振動頻率的刺激引起不同長度纖毛的擺動，并直接將信號傳遞至位聽神經(jīng)。視覺簡單反應時較聽覺簡單反應時來得慢，而聽覺反應時又較觸覺反應時來得慢。可見，不同感覺通道的簡單反應時具有差異。如果從赫希（Hirsch，1862）較為成功的研究算起，研究者對光、聲、觸等不同通道刺激的反應時研究已積累了大量資料，可約略綜合如表4-2。由于反應時的個體差異很大，所以即使是對于圖4-4中的一個感覺通道而言，反應時也有很大的不同。這里還需要指出的是，圖4-4中記錄的反應時是每個被試每次試驗的最高反應頻次的那個反應時，即上述聽覺實驗中的130毫秒。表4-2 不同感覺通道的簡單反應時感覺通道反應時間（毫秒）觸覺117182聽覺120182視覺150225冷覺150230溫覺180240嗅覺210300味覺3081082痛覺4001000注：被試為訓練有素的成人（采自赫葆源、張厚粲和陳舒永等，1983）總體而言，簡單反應時比較短，并且簡單反應時具有通道差異性。（二）選擇反應時與簡單反應時不同的是，選擇反應時任務中的刺激與反應之間存在多樣而復雜的聯(lián)系。選擇反應時（choice reaction time）就是根據(jù)不同的刺激物，而在多種反應方式中選擇符合要求的，并執(zhí)行反應所需要的時間。比如：一個視覺選擇反應時實驗可能會包括兩個刺激，被試必須在其中一個刺激出現(xiàn)時，按左邊的按鈕；而當另一個刺激出現(xiàn)時，按右邊的按鈕。不同于簡單反應時任務，被試必須在反應之前先判斷哪個按鈕是對當前刺激的正確反應。選擇反應時任務在內(nèi)容上更貼合日常生活的復雜反應，比如駕駛員常常要根據(jù)不同的情況盡快地作出剎車、加速和轉(zhuǎn)彎的反應，而一個優(yōu)秀的足球或排球運動員與普通運動員的區(qū)別就在于前者能迅速判斷新情況，和作出相應的反應，即選擇反應時較短。上述的視覺簡單反應時任務中只有單一的紅光和與之對應的單一反應鍵，在此基礎上稍作修改，就可以設計出一個典型的視覺選擇反應時實驗。如安排紅和綠兩種不同的色光刺激，并在被試前面放置兩個反應鍵，要求其左右手食指各放在一個鍵上，右手反應紅光，而左手反應綠光。顯然，這一選擇時間里包括了被試的辨別和選擇活動所花費的時間，他必須在作出反應之前對不同刺激有所辨別，并作出不同反應的選擇。結果發(fā)現(xiàn)二擇一的選擇反應時比簡單反應時長約0.07秒，這一時間便是辨別和選擇所需要的時間。對選擇反應作出系統(tǒng)區(qū)分的當屬唐德斯（1868）。他將上述兩個刺激對應兩個反應的反應時任務稱為B反應（B-reaction），即選擇反應，而將一個刺激對應一個反應的反應時任務稱為A反應（A-reaction），即簡單反應。將B反應經(jīng)過調(diào)整之后，可以獲得C反應（C-reaction），即辨別反應。與B反應不同的是，在C反應任務中，雖然也呈現(xiàn)紅綠兩種色光，但只要求被試看到紅光后立即用右手按反應鍵，而看到綠光后則不反應。C反應只包括辨別的時間，而B反應既包括了辨別時間，又包括了選擇時間。用C反應的反應時減去A反應的反應時，則得到辨別時間，而用B反應的反應時減去C反應的反應時，則得到選擇時間。他正是應用這種相減的方法通過反應時任務來分解心理加工過程的。選擇反應時是否也和簡單反應時一樣，涉及到通道問題呢？讓我們來看看聽覺的情況，實驗發(fā)現(xiàn)二擇一的聽覺選擇反應時也比聽覺簡單反應時長了約0.07秒?？梢?，不管是視覺還是聽覺，從一個刺激增加到兩個刺激，所需的時間增量是一樣的。辨別和選擇反應過程并不因通道不同而有所不同，這一過程不是外周神經(jīng)系統(tǒng)的功能，而應該是大腦的功能。多辨別一個刺激并多選擇一個反應大約需要0.07秒的心理加工時間，是否是說，再加入一個需要辨別的刺激或一個需要選擇的反應之后，心理加工時間又得再增加0.07秒？關于選擇（或辨別）的數(shù)目與反應時的關系，早期的心理學家曾經(jīng)作過不少研究。例如默克爾（Merkel，1885）用公式揭示了二者之間的函數(shù)關系：RT = lg N。其中，RT為反應時，N為辨別刺激的數(shù)目。20世紀50年代，卡克尼（Gauge, R. M.）繪制了目前公認的選擇數(shù)目與反應時的關系曲線圖（見圖4-5）。從圖中可以看出，反應時并不隨選擇項目的增多而線性增長，當刺激項目從兩個增加到三個時，反應時的增量小于0.07秒。反應時間（秒）0.20.40.62013 64571089圖4-5 選擇數(shù)目與反應時的關系（采自曹日昌等，1979）選擇反應時和刺激數(shù)目的對數(shù)成比例，這在刺激是同一通道的情況下被證明是正確的，但如果刺激不是同一通道的，那么情況又會發(fā)生什么變化呢？波佩爾進行的一項實驗回答了這一問題。他通過耳機向被試的右耳呈現(xiàn)聲刺激，并在被試的左視野呈現(xiàn)光刺激，實驗中只允許被試使用右手，當見到光時按一個反應鍵，聽到聲時則按另一個反應鍵。結果如圖4-6所示，圖中所列出的是聽覺反應時的頻數(shù)分布。從圖4-6中，我們發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象，和簡單反應時、單一通道選擇反應時頻數(shù)分布不同的是，不同通道的選擇反應時存在多個峰值，其間距約為0.03到0.04秒。周期性峰值的出現(xiàn)表明被試的選擇反應存在周期性。對此，應怎樣解釋呢？20030040005%10%15%圖4-6 聽覺選擇反應時（單位ms）（采自波佩爾，2000）波佩爾將其歸因于腦的周期性震蕩，即由特殊的神經(jīng)細胞網(wǎng)絡產(chǎn)生的電震蕩，這種振蕩過程對刺激的辨別選擇是至關重要的。對刺激辨別選擇的延時不是任意的，而是需要在一定的震蕩周期上，只有震蕩電流達到某一點后，已辨別的刺激才能引起某一特定的反應；但若即使辨別成功了，而震蕩電流還未達到這點，那么則仍必須等待下一輪震蕩周期的開始。這似乎表明：需要在不同刺激通道間進行轉(zhuǎn)換時，反應時增量不再是簡單的刺激項目的對數(shù)函數(shù)，或者說，反應時增量不再是一個確定的值，而是幾個周期性增大的值?？傊?，對于反應時任務的復雜度進行操縱可以獲得三類不同的反應時：簡單反應時、辨別反應時和選擇反應時。并且，它們之間相減可以獲得辨別和選擇加工所需的時間，這是唐德斯減數(shù)法的精髓，也是反應時研究的意義所在。也正是由于納入了辨別和選擇兩個心理加工過程，選擇反應時比簡單反應時更為復雜，它和刺激數(shù)目、不同刺激通道轉(zhuǎn)換都有關系，對這種關系的內(nèi)部機理的解釋有助于我們對辨別和選擇加工的進一步探討。二、速度準確性權衡反應時在心理學研究中被廣泛使用，反應時的快慢常被作為衡量加工的自動化程度、概念的激活水平以及注意需求量等的指標。然而，在具體采用反應時指標時常常會遇到一些問題，因為反應時實驗有兩個基本的因變量，即速度和準確性。反應時實驗中的一個突出問題就是反應速度和反應準確性間的反向關系，這使得我們必須在它們之間作出權衡。我們都有這樣的常識，當你急于做某件事時，你更可能出錯；相反，當你試圖準確地完成某件事時，如完成學期論文，為了達到預期的準確性，你必須放慢工作速度。心理學家將這種關系稱為速度準確性權衡（speed-accuracy trade off）。這對于以反應時為因變量的研究有著重要影響。不少心理學家試圖通過實驗來說明速度準確性權衡的道理。這里先舉泰奧斯（Theios，1975）的實驗為例。泰奧斯對刺激呈現(xiàn)的概率和反應時的關系進行了研究。實驗中，呈現(xiàn)的是視覺刺激，每次出現(xiàn)一個數(shù)字，被試的任務相當簡單，只需對某一特定的數(shù)字（例如4）作出反應，而對其他數(shù)字則不作反應。實驗的自變量是數(shù)字出現(xiàn)的概率（相對頻數(shù)），概率的變化范圍是0.20.8。換句話說，特定的數(shù)字在一系列刺激呈現(xiàn)中出現(xiàn)的概率是20%到80%。實驗結果如圖4-7所示，刺激呈現(xiàn)概率基本不影響反應時，特別是在不考慮錯誤率的情況下，這一結論是頗有道理的，和我們上面所得出的結論簡單反應時總是趨于一個穩(wěn)定值完全一致。然而，如果把錯誤率考慮在內(nèi)，我們就必須對這一實驗作出另一種解釋。雖然，從圖4-7中，我們可以發(fā)現(xiàn)錯誤率的均值大約在3%左右，這個值并不算高，但是進一步的分析會發(fā)現(xiàn)：第一，在這個實驗中被試的任務是相當簡單的；第二，實驗被試是具有較高文化水平的大學生；第三，錯誤率的變化是有規(guī)律的，最高值（6%）出現(xiàn)在最低刺激呈現(xiàn)概率處，并且錯誤率隨著刺激呈現(xiàn)概率的提高而下降。雖然錯誤率的變化范圍如此微小，但鑒于實驗任務對被試來說異常簡單，故可以認為這種錯誤率的系統(tǒng)變化是由于被試試圖保持反應速度而導致的。我們知道，速度和準確性之間存在內(nèi)在的聯(lián)系。設想如果實驗要求被試在各種刺激呈現(xiàn)概率條件下，保持高正確率，那么反應時又會怎樣變化呢？根據(jù)速度準確性權衡，為減小低呈現(xiàn)頻率條件下的錯誤率，必須增加反應時。帕奇勒 （Pachella，1974）在實驗中發(fā)現(xiàn)，在刺激呈現(xiàn)概率為0.2的條件下，要降低2%的錯誤率，反應時必須增加100毫秒。因此，一旦將錯誤率考慮進去，刺激呈現(xiàn)概率不影響反應時的結論必將受到質(zhì)疑。反應時（毫秒）錯誤百分率0.80.20.30.40.50.60.70123456330340350360圖4-7 反應時和錯誤率是刺激呈現(xiàn)概率的函數(shù)注：當反應時基本恒定時，錯誤率隨刺激呈現(xiàn)概率的升高而降低。（采自Theios，1975）奈特和坎特威茨（Knight和Kantowitz，1974）的實驗更明白地闡述了速度準確性權衡的道理。他們用兩個間隔很短的刺激作為自變量呈現(xiàn)給被試，這種刺激稱之為間隔刺激。因變量有兩個：一個是反應時，另一個是反應錯誤率。起初，奈特和坎特威茨發(fā)現(xiàn)，對于不同的刺激間隔不影響反應時，如圖4-7上圖。但是后來奈特和坎特威茨發(fā)現(xiàn)：刺激間隔和錯誤率間存在某種關系，刺激間隔越短，錯誤率就越高，如圖4-7下圖。如果在各種不同的刺激間隔條件下，要保持相同的錯誤率，那么反應時會有怎樣的變化呢？根據(jù)速度準確性權衡的原則，在短刺激間隔情況下，要保持與長刺激間隔相同的錯誤率，反應時就一定會加長。因而，反應時不受刺激間隔影響的結論是片面的。反應時錯誤百分率刺激間距圖4-8 反應時和錯誤率是刺激間距的函數(shù)注：當反應時恒定時，刺激間距越長，錯誤率越低。 （采自Knight和Kantowitz，1974）三、刺激變量在刺激變量中，對反應時影響比較大的因素有：刺激的強度、復雜程度等。反應時會受刺激強度的影響，當刺激強度很弱時，反應時就會延長；而當刺激增至中等或較高強度時，反應時就縮短了。然而反應時的縮短受到有機體結構的限制，無法突破某一極限。上面曾經(jīng)提到，大量訓練后反應時的縮短將遭遇“生物墻”，同樣的現(xiàn)象也出現(xiàn)在反應時隨刺激強度的變化過程中。綽綽里（Chocholle，1945）用1000赫茲強度不等的純音作反應時測定，結果兩名熟練被試的平均成績見表4-3：反應時隨刺激強度的增加而減少，強度每增加一個對數(shù)單位，反應時便有一定縮減；但達到中等強度后，減少量減??；而當刺激強度為10個單位（即在閾上100個分別）時，被試的反應時則始終處于110毫秒之上?？梢?，在反應時的實驗中，為了維持反應時的相對穩(wěn)定，必須要將刺激強度維持在一個穩(wěn)定值上。表4-3 對不同強度的1000赫茲純音的反應時lgIRT（毫秒）lgIRT（毫秒）040241390.231651300.428161240.624971180.82188112119391112161101103148（采自赫葆源、張厚粲和陳舒永等，1983）刺激的復雜程度也會影響反應時。謝波德和梅茨勒（Shepard和Metzler，1973）的實驗驗證了這一點。實驗中，在屏幕上呈現(xiàn)如圖4-9所示的一對圖形，要求被試報告兩個圖形是否相同。實驗共有三個條件：（1）左右兩個圖形中的物體是相同的，它們平放在一張紙上，只是角度不同，即從上到下的旋轉(zhuǎn)角度不同。這被稱為兩維旋轉(zhuǎn)；（2）左右兩個圖形中的物體是相同的，除了從上到下旋轉(zhuǎn)外，還要從前到后旋轉(zhuǎn)，這被稱為三維旋轉(zhuǎn)；（3）兩個物體相似，但實際上是不同的。在這個實驗中，為判斷物體是否相同所必需的心理旋轉(zhuǎn)角度代表了刺激的復雜度。實驗結果如圖4-10所示，兩維旋轉(zhuǎn)和三維旋轉(zhuǎn)有相似之處，反應時都隨著心理旋轉(zhuǎn)角度的增大而增大，即刺激復雜度影響了反應時。(A)(B)(C)圖4-9 三種實驗條件列舉（采自Shepard和Metzler，1973）0123404080120160旋轉(zhuǎn)角度（度）反應時間（秒）（A）兩維旋轉(zhuǎn)0408012016001234旋轉(zhuǎn)角度（度）反應時間（秒）0408012016001234旋轉(zhuǎn)角度（度）反應時間（秒）0408012016001234旋轉(zhuǎn)角度（度）反應時間（秒）（B）三維旋轉(zhuǎn)圖4-10 旋轉(zhuǎn)角度和反應時的關系（采自Shepard和Metzler，1973）上述及其他刺激變量對反應時的影響，可能成為反應時實驗中額外變量的來源，因此研究者在反應時實驗的設計中必須設法平衡或排除這些因素的干擾。四、 機體變量和其他心理現(xiàn)象一樣，反應時也會以機體內(nèi)部狀態(tài)為中介對外界刺激作出反映的。影響反應時的機體變量很多，主要有適應水平、動機和個體差異等。適應在此處指在刺激物的持續(xù)作用下，感受器所發(fā)生的變化?；舾ヌm（Hovland，1936）的實驗中，在被試雙眼對不同照明適應后，測量被試對254公尺遠的燭光的反應時。刺激是一直徑為20毫米照明為250支燭光的白色圓塊，觀察距離為30厘米。結果發(fā)現(xiàn)眼睛適應的照明水平越高，最后對250支燭光的反應時越長。可見，在反應時實驗中，應考慮被試的感