第5章-反应时法

智力测验中，衡量答题好坏的标准有什么？赛跑时，起跑是怎样的？第5章反应时间本章主要内容：一、反应时间的概述二、反应时间的测定方法三、反应时间的影响因素四、反应时间的测定仪器五、反应时间的实验要求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。一、反应时间概述（一）反应时间的概念（二）反应时间研究的简史

（一）反应时间的概念1、反应时间(reactiontime，RT)，

指刺激作用于有机体后到明显的反应开始时所需要的时间，即从刺激到反应之间的时距。即S-R之间的时距。所以也称之为“反应的潜伏期”。在反应潜伏期中包含着感觉器官、大脑加工、神经传入传出所需的时间以及肌肉效应器反应所需的时间，其中大脑所耗费的时间最多。2.反应时间是一种反应变量，它可以作为成就的指标及内部过程复杂程度的指标。

心理实验中常用速度作为反应变量，而反应时只是它的基本成分和最简单的例子。（二）反应时间研究的简史1796年英国格林尼治天文台公案；天文学家Bessel，人差方程（二）反应时间研究的简史1850年赫尔姆霍兹等关于青蛙运动神经传导速度（26m/s)的测定开始了反应时的研究。人的运动神经传导速度大约60m/s。波林曾指出这在科学心理学的历史上非常重要。他测出了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。（二）反应时间研究的简史1868年，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.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年后，冯特（Wundt）的学生对简单反应时和复杂反应时进行了一系列研究。卡特尔（Cattell）曾通过反应时的研究，揭示了选择反应时为什么长于简单反应时的原因。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。减法反应时法、加法反应时法、“开窗”实验等反应时新法。研究反应时间的意义：十分重要的指标心理物理学量表二、反应时的测定方法（一）反应时间的相减法1、唐德斯的三种反应时1）A反应时间（简单反应时）一个刺激与一个反应相联系。刺激与反应之间的时距就是反应时。最初可能在250毫秒之上，经过练习后，反应时可以缩短到200毫秒以下。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。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。2）B反应时间（选择反应时）

两个（或两个以上）刺激与两个（或两个以上）反应相联系。每个刺激都有与其相联系的独特反应。被试既要辨认刺激，又要选择反应，因此反应时要比A反应时间长。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。

3）C反应时间（辨别反应时）两个刺激中只有一个刺激与反应相联系。反应时模式图和三种反应时比较唐德斯提出：减法法则反应时间三成分说：基线时间辨别时间选择时间2、反应时相减法的逻辑及实验逻辑：如果一种作业包含另一种作业所没有的某个特定的心理过程，且除此过程之外二者在其他方面均相同，那么这两种反应时的差即为此心理过程所需的时间。两种反应时的差数来判定某个心理过程的存在。（1）Posner等的短时记忆编码实验Posner等（1990）运用反应时相减法来证实，短时记忆存在听觉编码和视觉编码两个连续阶段。实验过程：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。自变量：不同间隔时间(0s0.5s1s2s)呈现AA和Aa因变量：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。读音和书写方法一样AA读音相同而写法不同Aa同时呈现继时呈现AAAa实验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。

研究者按照减数法反应时的逻辑对实验结果作了解释：其一，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AA对中包含的加工过程要少于Aa对。Aa对与AA对的反应时之差反映了内部编码过程的差别。这意味着AA对匹配是在视觉编码的基础上进行的，而Aa对匹配只能在听觉编码的基础上进行。必须从视觉编码过渡到听觉编码，这样就包含了更多的加工，因此需时也较多。其二，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，才发生了听觉编码。

随着AA对两个字母之间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，其反应时间便也逐渐增大，从而缩小了与Aa对反应时的差别。(2）句子—图画匹配实验实验过程：实验时给被试看一个句子和一个图画，例如，“星形在十字之上”要求被试判断二者是否一致并作出反应，记下反应时。自变量：句子有八种，主语有“星型”和“十字”。谓语有“在之上”和“在之下”

“不在之上”和“不在之下”。因变量：

反应时星型在十字之上十字在星型之上星型不在十字之上十字不在星型之上星型在十字之下十字在星型之下星型不在十字之下十字不在星型之下

按他们的假设，信息加工有如下阶段：第一阶段是将句子转换为深层结构，即以命题表征句子，且否定句要长于肯定句（参数b），对“之下”的加工要长于对“之上”的加工（参数a）；第二阶段是将图画转化为命题；第三阶段是将句子和图画的命题表征进行比较，如果两个表征的第一个名词相同，则所需时间较少（参数c），如果两个命题都是肯定，则比含一个或两个否定时使用时间少（参数d），最后阶段是作出反应，所需时间为to,这样比较不同句子、图画匹配任务的反应时差异就可求出a、b、c、d的时间了。参数a为93毫秒，参数b和d为685毫秒，参数c为187毫秒，参数t0为1763毫秒。有研究者指出，克拉克和蔡斯的实验所划分的信息加工过程是否能那样清楚地区分开来是一个值得深思的问题。3、减法法评价优点：减数法在原则上是合理的，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。弱点：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。(二)反应时的相加因素法斯腾伯格提出，加法法是减法法的延伸，与减法法是同一个问题的两个不同的侧面。

斯腾伯格首先提出了加因素法的主要假设，也即加因素法的实验逻辑：人的信息加工过程是系列进行的，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，这是加因素法的一个基本前提。如果两个因素有交互作用，那么它们是作用于同一个加工阶段的；而如果两个因素不存在交互作用，即相互独立，那么它们则作用于不同的加工阶段。1）短时记忆信息提取实验1969年，斯腾伯格先给被试看1-6个数字（识记项目），再看1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识记过的，通过按键做出“是”或“否”反应。并记录反应时间。他认为信息提取过程包括四个独立的加工阶段：刺激编码、顺序比较、二择一和反应组织阶段。识记项目编码测试项目编码顺序比较决策反应组织反应时测试项目的质量识记项目的数量反应类型反应类型的相对频率加因素法反应时间实验：短时记忆信息提取相加因素法评价1、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。2、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？

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。3、开窗法评价优点：清楚、直接问题：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）速度和准确性的平衡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（speed-accuracy

trade-off）。研究者们依据SAT现象形成了SAT范式：反应时间长短作为自变量，反应准确率为因变量。速度准确权衡曲线速度与准确率分离技术SADtechnique1、滴定的反应时程序普通试验信号试验2、平行精细的猜测模型三、影响反应时间的因素（一）反应时间受刺激变量的影响（二）反应时间受机体变量影响（一）反应时间受刺激变量影响

强度刺激的感觉器官刺激呈现的方式及复杂程度等1.因刺激的强度不同而异对不同强度的1000赫兹纯音的反应时间

2、因刺激呈现方式不同而异如果刺激强度保持不变，增加时间或者面积时，也会增加心理强度。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，获得了表3-10的实验结果。3.因刺激的感觉器官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。同一感觉通道里，刺激的部位不同，反应时间也有差异。表3-6

不同感觉道的反应时间（被试为有训练的成人）

4.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。（二）反应时间受机体状态影响机体适应水平准备状态额外动机练习次数年龄因素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。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。这个材料表明，感受器适应水平的变化对反应时间的影响。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.额外动机动机（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。6、个体差异个体差异（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。7.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。四、测量反应时间的仪器1、自由落体尺计时器2、机械的钟表计时器3、电子计时器4、特殊摄影5、计算机

五、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。避免提前反应的方法：①插入“侦察试验”（每20次插入一次）②每次换一个时距（预备和呈现刺激的间隔）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。选定具有一定精确度和准确度的计时器是保证反应时测量准确的一个重要条件。3、计时器4、刺激与反应键对反应键的要求是一要安全，二要用释放式。刺激器和反应键应该适应所要刺激的感官，除了所要给的刺激外，不要发出额外的刺激（最好是无声的），如果做不到，就要把操作部分与被试的反应部分用隔音室隔开。反应时研究的新进展序列反应时（SerialReactionTime，SRT）内隐联想测验（ImplicitAssociationTest,IAT）

20世纪80年代末到90年代初，内隐学习研究中出现了新的研究范式——序列学习范式，用以研究人们对序列规则的无意识获得。序列反应时（serialreactiontime，SRT）任务正是序列学习范式中的经典任务之一,它以反应时作为反应指标，以序列规则下的操作成绩和随机序列下的操作成绩之差来表示内隐学习的学习量。（一）SRT的基本程序和原理序列反应时范式是尼森（Nissen,M.J.）和比勒姆（Bullemer,P.）于1987年提出的这种研究范式以反应时为指标，整个实验过程十分类似一个选择反应时实验：处于不同空间位置的视觉刺激分别对应不同的反应键，每次呈现一个视觉刺激，被试按相应键尽快予以反应，该刺激随即消失，短暂的时间间隔后出现下一个视觉刺激。而SRT的特点在于，整个实验中刺激的呈现序列是有规律的。

尼森和比勒姆（1987）的实验中，屏幕上从左到右的四个位置依次被设定为位置1、2、3、4，每个位置都对应着一个按键。视觉刺激是一个星状图形，并按固定的位置序列（4-2-3-1-3-2-4-3-2-1）呈现。一般来说，固定序列循环6－10次构成一个组段。在实验前，被试只被告知将要进行的是反应时测试，他们不知道在任务中刺激是按某个固定但不明显的模式依次呈现的。主试会在多次重复该固定位置序列的情况下（通常是8—12个组段）插入一个随机的位置序列，之后再恢复固定的位置序列。

结果发现，尽管被试没有意识到序列规则的存在，其反应时还是会随着固定序列的重复而逐渐下降，但这并不一定代表被试对序列规则发生了学习，因为反应动作的练习效应也是可能的解释。研究者必须比较被试对固定序列和对随机序列的反应时。当后者的反应时要显著大于对前者的时，才说明序列学习发生了。序列反应时的变式有研究者认为标准SRT中的序列规则对被试太过简单，很容易被意识到。由此，他们尝试着通过对实验材料进行一系列的革新来排除序列反应时任务中的外显成分为了提高序列反应时任务的说服力，使得反应时差异精确地对应内隐学习造成的心理过程差异，研究者进一步完善了序列反应时任务，主要包括对实验材料的改变和对实验程序的调整。通过对SRT实验材料的操纵，可以有效调节规则的难易程度，防止规则外显化，增加规则被内隐习得的可能性缪森和斯奎尔（Musen和Squire，1993）设计了一组新的实验材料，它们由7个打印颜色和本身含义不一致的色词（紫、绿、黄、橙、蓝、白、红）组成，要求被试对色词的打印颜色进行反应。色词和打印颜色间存在一一对应关系，比如：色词“红”一定是蓝色的，色词“黄”是白色的。实验采用了正常成人和健忘症患者两组被试，希望用SRT变式发现被试对上述规则的内隐学习。结果发现：两组被试的表现极其相似，在“词－色”对应规则保持不变的前6组实验中，反应时逐渐下降；而当对应规则发生变化时，反应时又迅速上升，这说明被试能够习得规则。这个实验的规则比标准SRT实验的规则难度大，且采用了健忘症患者被试，在论证规则学习的内隐性方面更具说服力。IAT的基本程序和原理IAT是由格林沃德（Greenwald）在1998年提出的。IAT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社会认知进行测量的。

1．基本程序步试验次数练习/测验左键反应对象右键反应对象120练习花的图象昆虫的图象220练习褒义词贬义