第四章 反应时

第四章反应时第一节反应时概述一、反应时的概念反应时是从刺激的呈现到反应的开始之间的时距，也被称为“反应的潜伏期”，不是指反应的延续时间。第一时段刺激使感受器产生兴奋，神经冲动传递到感觉神经元的时间；第二时段神经冲动沿传入神经传至神经中枢（感觉和运动中枢），然后从那里经传出神经到达效应器的时间；第三时段效应器接受冲动开始效应活动的时间在反应时中包含着感觉器官、大脑加工、神经传入传出所需要的时间以及肌肉效应器反应所需要的时间，其中大脑加工所耗费的时间最多。

反应时是一种反应变量，它可以作为内部心理过程复杂程度的指标，内部心理过程越复杂，反应时间就越长；也可以作为动机的引起、联想的强弱、辨别的快慢以及学习、动作反应等的指标。几乎所有的心理学的实验研究都会将反应时作为一个重要的指标，反应时研究在心理学研究中占有重要地位，尤其是在认知心理学中。二、反应时研究简史1、对反应时的研究最早始于天文学1796年，格林威治天文台的“公案”与贝塞尔的“人差方程式”B－A=1.233s（B为Bessel的反应时，A为另一天文学家的反应时）2、1850年，赫尔姆霍兹及其同事巧妙地测定蛙的运动神经的传导速度，后来又测定了人的神经传导速度。这个研究在科学心理学上的重要性是不可轻视的。他测量出了在当时被认为是无法测量的东西，从而确立了与神经过程不可分离的心理过程是在时间和空间中完成的观点。他的发现使对心灵分析跨出了一步，为后来的实验心理学中的所有关于心理活动和反应时间的测量都做好了准备。3、1868年,生理学家唐德斯（Donders）发明了分离反应时间的实验。他认为在一个刺激和一个反应的简单反应中若增加另一种心理过程使之复杂化。如果反应时间增加，那么这一增量就是加入的心理过程的完成的时间，从而发明了反应时的相减法。4、1879年，冯特及其学生将反应时间作为心理学课题来研究，冯特的学生卡特尔不仅在冯特的实验室中并在回到美国后都作了许多关于反应时间的研究。5、20世纪50年代，认知心理学开始兴起，由于它主张研究认知活动本身的结构和过程，并把这些心理过程看作信息加工过程。而任何过程都需要时间，因而可以利用反应时间这一客观指标来对加工过程进行研究，并可用于揭示信息加工过程和各个阶段。6、1969年，Sternberg提出了反应的相加因素法，开始了反应时研究的新阶段。加因素法假定，完成一个作业所需要的时间是一系列信息加工阶段分别所需要时间的总和，如果两个因素的效应是相互制约的，即一个因素的效应可影响另一个因素的效应，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，即可相加，那么这两个因素各自作用于某一特定的加工阶段。7、Hamilton和Hockey发展了“开窗”实验，意即能直接地测量每个加工阶段的时间，从而能明显地看出这些加工阶段，就好像打开窗子一样。8、速度-准确率权衡问题（Speed-accuracytrade-off，SAT）和速度-准确率分解技术。（Speed-accuracydecomposition，SAD）第二节反应时间的测定方法一、反应时间的相减法（一）相减法的原理相减法由唐德斯Donders的实验范式扩展而来，后来成为信息加工心理学的基本研究方法。其基本原理是：当两个信息加工过程具有包含和被包含的关系时，即其中一个信息加工过程除了含有另一个信息加工过程的所有过程之外，还存在一个独特的信息加工过程，这两个加工系列之间的时间差就是这个独特的信息加工过程需要的时间，如Donders对辨别、选择反应时的确定。Donders首先测定三种不同的反应时间。A反应时间：一个反应仅对应一个刺激，当一个刺激呈现时，就立即对其作出反应，这种反应时间也称为简单反应时间。B反应时间：多个反应，各自对应于事先所规定的那个刺激进行反应，此时测得的反应时间，其中包含简单反应时间、辨别刺激的时间和选择反应的时间。C反应时间：一个反应，仅对应于多个刺激中的那个事先规定的刺激进行反应，而对其他刺激的出现则不反应。所测得的反应时间，其中包括简单反应时和辨别反应时。有了上述3种反应时数据，就可以从中计算出辨别过程反应时和选择过程反应时。辨别过程的反应时间可由C反应时减去A反应时而获得。选择过程的反应时可由B反应时减去C反应时而获得。反应时间的相减法最初是被用来测定某一心理过程所需要的时间的，但是反过来看，也可以从两种反应时的差数来判定某个心理过程的存在。（二）相减法的应用1、证明心理旋转存在的实验2、证明短时记忆视觉编码的实验3、句子——图形匹配实验心理旋转实验

心理旋转指单凭心理运作（不靠实际操作），将所知觉之对象予以旋转，从而获得正确知觉经验的心理历程。即：当一个知觉对象不是以符合知觉经验的角度呈现时，人们可能是通过内部心理过程把这个对象旋转到符合知觉经验的角度加以辨认。那么怎么证明心理旋转是否存在呢？70年代初，库柏（Cooper）和谢波德（1973）用减数法反应时实验证明了心理旋转的存在。

假设有两个任务，它们之间除了被知觉对象需要心理旋转的角度不同外，别无差异，那么两者的反应时之差应当就是心理旋转完成两者间角度差所需的时间。进一步推论：如果发现以上任务的反应时确有差异，而且这种差异和两任务间角度差呈现正比关系，就可以证明心理旋转的确存在。注：图中210应为240短时记忆视觉编码实验Posner运用反应时相减法来证实，短时记忆的信息除听觉编码外，还存在视觉编码。Posner让被试判断两个字母是否是同一个字母（如AB，AA，Aａ，Aｂ）。两个字母的呈现方式分别为同时呈现和先后呈现。先后呈现时两个字母的时间间隔为0.5s、1s、2s。判断为相同的两个字母的关系有两种：一种是同形关系（如AA），一种是同音关系（Aａ）。结果如下：

结果描述（1）两个字母同时呈现时，AA对的反应时小于Aa对；（2）随着字母呈现时间间隔的增加，AA对的反应时急剧增加，但Aa对的反应时没有多大变化。并且AA对和Aa对的反应时差也逐渐缩小，当时间间隔达到2秒时，这个差别就很小了，即两条曲线趋于靠拢。

研究者按照减数法反应时的逻辑对实验结果作了解释：（1）当两个字母同时呈现给被试时，Aa对的反应时大于AA对。根据减数法的逻辑，这个反应时之差反映了对Aa对的加工过程中包含了对AA对的加工所没有的过程；反过来说，AA对包含的加工过程少于Aa对。Aa对和AA对的反应时之差反映了内部编码过程的差别。对AA对的判断直接能根据视觉特征进行，而Aａ对的判断需要从视觉编码过渡到听觉编码才能进行判断，故用时多。（2）如何解释二者反应时差逐渐减少的现象？AA对同时呈现的反应时小于继时呈现的反应时，继时呈现的反应时与Aa对趋同，而Aa对的反应时受同时或继时呈现的影响很小。这说明，随着时间的延长，AA对的加工过程与Aa对趋于一致。根据这个结果可以推测，短时记忆时，先发生的是视觉编码，它保持一个短暂的瞬间后，才发生听觉编码。这样，即使是AA对，随着两个字母插入时间间隔的逐渐增大，视觉编码的效应逐渐消失，听觉编码的作用逐渐增强，其反应时也逐渐增大，从而缩小了与Aa对反应时的差异。（三）相减法的假定反应时的相减法假定之一是，所安排的两种作业中的一种作业包含另一种作业所没有的某个特定心理过程，而在其他方面均相同，这样就可以判定这两个作业的反应时之差就是完成那个特定心理过程所需要的时间。这种实验在原理上有一定的合理性，但在具体实施上往往有一定的困难。因为要求两种作业在其他方面均严格匹配往往是难以做到的。反应时相减法的假定之二是，在复杂的信息加工过程中，插入或减少某些加工阶段而不影响其余的加工阶段。只有这样，相减才有意义。但是这一假定在许多课题的研究上也都是难以确定的。二、相加因素法（加数法）（一）基本原理相加因素法不是对减法法的否定，而是对相减法的发展和延伸。斯腾伯格认为，人的信息加工过程是系列进行的而不是平行发生的。人的信息加工过程是由一系列有先后顺序的加工阶段组成的。因此，在相加因素法反应时间的实验中，研究者通常认定，完成一个作业所需的时间是这一系列信息加工阶段分别需要的时间总和。

实验逻辑：如果两个因素的效应是相互制约的，那么这两个因素只作用于同一个信息加工阶段；如果两个因素效应分别独立，即可以相加，那么这两个因素各自作用于不同的加工阶段。也就是说，相加因素法假设：如果两个因素有交互作用，则它们作用于同一个加工阶段；如果两个因素不存在交互作用，即相互独立，则作用于不同的加工阶段。根据上面的实验逻辑，在应用相加因素法进行实验时，研究者在影响反应时间的各种因素中找出其中独立的因素。如果发现可以影响完成作业所需要时间的一些因素，那么单独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的时间变化。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，这样我们可以说这两个因素的影响效应是相加的。相加因素法就是这样通过探索有相加效应的因素，来区分不同的加工阶段，从而尝试找出某信息加工的所有阶段，以推断整个的信息加工过程。可见，加因素法实验所侧重的，不是区分出每个阶段的加工时间，而是证实不同加工阶段的存在，以及辨认它们各自的前后顺序。（二）相加因素法实验举例斯腾伯格的短时记忆信息提取实验：发现短时记忆提取包含的阶段。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能否提取以及所需要的时间（反应时间）。

通过一系列的实验，斯腾伯格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（探针刺激的质量）、识记项目的数量（记忆集的大小）、反应类型（肯定的或否定的）、反应类型的相对频率。

实例分析步骤：第一步：改变测试刺激（探针刺激）的质量，发现对一个残缺、模糊的刺激编码比对一个完整、清晰的刺激花的时间更长，且该因素对不同大小记忆表的影响相似。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

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。

上述4个因素分别对4个独立的加工阶段起作用：（1）测试项目（探针刺激）的编码阶段：需时e（2）顺序比较阶段：若每一项目的比较耗时为b，则N个项目所需时间为Nb（3）决策阶段（4）反应组织阶段：决策与反应组织共需时C评价：对于相加因素法所依托的系列加工而不是平行加工的前提，一些心理学家提出了质疑，他们认为信息加工中是应该存在平行加工的可能的。加因素法首先假设信息加工是系列的，然后推测出信息加工的各个加工阶段，这有一种循环认证的倾向。另一方面，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，也遭到了众多研究者的质疑。但斯腾伯格用加因素法进行了一系列严谨的实验，并得出了一系列有力的实验结果。因此不能因为这些质疑而否定加因素法的价值，加因素法在很大程度上对认知心理学的发展起到了积极的推动作用。（三）开窗实验开窗实验能够比较直接地测量每个加工阶段的时间，并且能比较明显地看出这些加工阶段，就好像打开窗户一样，一览无余，故称之为“开窗实验”，是反应时实验的一种新形式。优点在于能够比较直接地测量每个加工阶段的时间以及这些加工阶段是什么。举例：字母转换实验

呈现1～4个英文字母并在字母后标上一个数字，如“F+3”、“GNEC＋4”等，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”。呈现“GNEC＋4”时，要求被试说出的正确回答是“KRIG”。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。看第一个字母出声转换贮存转换结果看第二个字母编码阶段转换阶段贮存阶段被试按键转换开始转化结束被试再按键开窗实验：字母转化作业的３个阶段二、速度与准确性权衡（一）速度与准确率权衡现象研究者为了研究人类信息加工特性，常把反应时作为指标。其考虑的逻辑是：心理加工过程的复杂性和反应时的长短有一种对应关系，即对复杂刺激的加工所需时间较长；而对简单刺激的加工时间则要短一些。然而，反应时实验中除反应速度外还有反应准确率问题。

被试有时会以牺牲准确率为代价换取反应速度，有时则会以牺牲反应速度为代价换取反应准确率，即被试能根据不同的实验要求或在不同的实验条件下，建立一个反应速度与反应准确率的标准来指导他的反应。这就是反应速度与准确率的权衡（speed-accuracytrade-off，SAT）在对反应时间实验和SAT现象的研究中，研究者们利用SAT现象形成了一种不同于传统反应时实验的新的反应时实验范式，即速度与准确率权衡范式（SAT范式）。在SAT实验中，通过控制被试作出反应时间的长短来作为实验自变量，测定在各种时间条件下的反应准确率。然后以反应时间为横坐标，以反应准确率为纵坐标，得到一条速度与准确率的权衡曲线，表示准确率与速度之间的关系。反应时和准确率之间的权衡关系在加工早期很显著，当接近或达到准确率极限时，权衡关系不明显。（二）反应时的速度与准确率分离技术Meyer发展了“速度与准确率分离技术”(speed-accuracydecompositiontechnique,SADtechnique)来了解认知过程中的信息积累情况，并以此来推测信息加工是连续性质的还是离散性质的。SAD技术由两部分组成：滴定的反应时程序（TRT程序）和平行精细的猜测模型（PSG模型）。（１）TRT程序TRT程度是一种混合程序，是SAD技术的一个具体获得反应时分布和反应准确率的方法。TRT程序包括两类试验：１）普通试验：要求被试在保证准确率的前提下尽快反应：２）信号试验：刺激呈现后的不同时间间隔内出现一个信号，要求被试觉察到信号后就迅速对刺激作出反应，不一定要求准确，允许猜测。正式实验中，两类试验随机混合进行。这样普通试验的结果表明，被试的反应是根据完整信息所作出的，而信号试验中，被试的反应可能是根据完整的信息也可能是根据不完整的信息由猜测作出的。这样，信号试验的反应时和准确率就可补充普通试验，这很类似化学分析中的“滴定法

”，故称TRT程序。综合两类试验的数据，经新的数据分析方法，可发现信息累积过程的特点。（２）平行精细的猜测模型对于TRT程序所获得的数据进行定量分析，要依赖于一个理论模型，即平行精细的猜测模型PSG模型），这是针对TRT程序而提出的一个定量分析的理论框架。PSG假定有两个平行的加工过程：１）正常加工过程：包含在普通试验和信号试验中，当测验刺激呈现，被试能在“全部”信息达到很高的阈值时即能利用全部信息作出反应。２）猜测加工过程：始于反应信号刚呈现时，一旦信号出现，被试必须立即决定对测验刺激作出什么反应，并立即执行。被试的这种迫选决定是根据测验刺激呈现和信号出现之间的正常加工过程中已经积累的所有部分信息而作出的。因此，被试的猜测是有一定根据的，尽管可能是不充分的。PSG模型还假定，猜测加工过程和正常加工过程的持续时间都是随机独立的，即这两个加工过程是平行的，互不干涉的。这两个加工过程相互竞争。若猜测加工过程先于正常加工过程完成，则所观察到的反应时间和准确率就是由猜测加工过程的持续时间和输出来决定的，反之，则由正常加工过程来决定。在上述这些假定的基础上，就可对所得的数据进行定量分析，求出猜测加工过程的反应时间和准确率，从而推测信息加工是连续的还是离散性质的。三、影响反应时的因素（一）刺激强度2、刺激的时间与空间特性（三）感觉器官

同一感觉器官受到不同的刺激物，其反应时间也不同，甚至同一刺激作用于同一感觉器官的不同部位，其反应时也不同。当利用复合刺激同时作用于不同的感觉道时，其反应时间也不同。（四）被试的机体状态1、适应水平2、被试的准备状态3、额外动机4、被试年龄25岁前，反应时间逐渐变快；成人阶段，反应时间变化很少，60岁后，反应时开始缓慢下来。5、练习一般地，练习越多，反应时越短，其变化是逐渐的，最后达到反应时不可再减少的最小限度。6、个体差异：被试间差异和被试内差异。第四节

测量反应时间的仪器和注意事项（一）测量反应时间的仪器1.自由落体计时器2.机械的钟表计时器3.电子计时器4.特殊摄影5.计算机（二）测量反应时间的注意事项1、避免过早的反应以及其他错误的反应防止提前反应的方法：①加入“侦查刺激”；②变化预备信号和刺激呈现的时间间隔2、对反应数目的要求反应的数目要与刺激的数目一样，即有几种刺激，就要有几种反应复习思考题1、如何理解反应时间、简单反应时间、选择反应时间、辨别反应时间、减法反应时法、加因素法、开窗实验、速度-准确性权衡？2、如何测定简单反应时间、选择反应时间、辨别反应时间？3、认知心理学研究中的反应时间方法主要有哪些？4、举例说明减法反应时法的基本原理。5、反应时间测量中需要注意的问题有哪些？6、加因素法实验的基本假设是什么？7、影响反应时间的因素有哪些？8、反应时间测量在实际中的应用主要有哪些？内隐联想测验（ImplicitAssociationTest，IAT）

（一）内隐联想测验的基本程序和原理由格林沃尔德（Greenwald）在1998年提出的。内隐联想测验是以反应时为指标，通过一种计算机化的分类任务来测量两类词（概念词与属性词）之间的自动化联系的紧密程度，继而对个体的内隐态度等内隐认知进行测量的。补充内容：如何测量内隐态度？1、基本程序IAT的基本实验程序分为7步：（1）呈现概念词（conceptwords）的样例，要求被试尽快地进行辨别归类，由系统记录反应时，在花—虫IAT中，概念词为”花”或”虫”，样例为某种花或虫的图象；（2）对属性词（attributivewords）样例进行归类反应，在上例中，属性词为褒义词或贬义词，褒义词的样例如漂亮、芬芳等，贬义词样例如恶心、讨厌等；（3）联合任务1，要求被试对概念词与属性词的联合作出反应，由于概念词和属性词之间有两种可能的关系：相容的（compatible）和不相容的，通常在IAT实验中设置两个联合任务----相容联合任务和不相容联合任务。所谓相容，即是指二者的联系与被试内隐的态度一致，如相对于虫，被试对花的态度更为积极，那么花和褒义词的关系为相容，虫和褒义词的关系为不相容。不过，在实施IAT之前，无法知道哪个联合是相容的，所以在这里仅称为联合任务1和联合任务2，对上例来说，在联合任务1中，要求被试在花的图象和褒义词共同出现时，按左键，虫的图象和贬义词共同出现时，按右键；（4）对联合任务1进行测试；（5）为了配合联合任务2的实施，交换左右键反应的内容，再次要求被试对概念词样例进行反应；（6）联合任务2，和联合任务1的反应内容正好相反；（7）对联合任务2进行测试。

具体数据处理步骤（1）只选取两个测试阶段的数据；（2）删除联合任务测试中的前两次试验，即第四步和第七步周第一、二次试验数据；（3）将短于300毫秒的反应时记为300毫秒，长于3000毫秒的反应时记为3000毫秒，不对错误试验的反应时进行任何处理，也不删除极端数据；（4）将反应时进行自然对数转换；（5）求两个测试阶段反应时的均值；（6）相容和不相容联合测试反应时是均值相减即为所求得内隐联想测验效应。2、基本原理为何相容和不相容任务的反应时之差可以作为IAT效应呢？依据唐德斯减数法的原理，反应时的不同阶段对应着不同的加工过程，反应时越长，心理加工过程越复杂。在社会认知研究中，由于所呈现的刺激多具有复杂的社会意义，其必然引起被试心理的复杂反应，这些刺激可能与内在需要或内隐态度相一致，也可能与之相矛盾，刺激所暗含的社会意义不同，被试的加工过程的复杂程度就会不同，从而反应时的长短也会不同。相容任务中，概念词和属性词的关系与被试的内隐态度一致或二者联系较紧密，此时辨别任务更多依赖自动化加工，相对容易，因而反应速度快，反应时短；不相容任务中，概念词和属性词的关系与被试的内隐态度不一致或二者缺乏紧密联系，这往往会导致被试的认知冲突，此时辨别任务更多依赖复杂的意识加工，相对较难，因而反应速度慢，反应时长。所以，两种联合任务的反应时之差可以作为概念词和属性词的关系与被试的内隐态度相对一致性的指标，即上述的IAT效应(二）评价：反应时差异如何才算反映态度？格林沃德和诺塞克（Greenwald和Nosek，2003）对传统的IAT数据处理法进行了分析，发现它未考虑到速度－准确性权衡（speed-accuracytradeoffs）、反应极值（extremeresponsevalue）和老年人的反应迟缓（age-relatedslowing）等因素。基于此，提出了衡量IAT数据处理法好坏的标准

（1）内隐测验和外显测验的相关：由于IAT和外显测验的共同元素是概念间的联系强度，所以内隐和外显测试间的高相关表示IAT结构效度高；（2）IAT效应和简单反应时间的相关：IAT效应所表示的态度则应与反应速度无关，所以IAT效应与简单反应时间的相关应尽可能低；（3）内部一致性（4）对所测量的对象的敏感性：格林沃德等（1998）的研究以效应大小D值（D=均值差/标准差）作为敏感度的指标，D值越大，表明测量工具越敏感；（5）抵制两个联合任务呈现先后顺序影响的能力：相容任务在前时，IAT效应较大，反之，IAT效应较小，这可能是由于练习效应所形成的反应