第五讲心理物理法

Psychophysics--------心理物理法Psychologicalbrightness------PhysicalvisualintensityPsycho-----------------------PhysicsBrightness------------------ VisualintensityLoudness--------------------AuditoryintensityHeaviness-------------------WeightPain-------------------------ElectricalintensityWhatdoesitmeanwhenasubjectreportsthatheorshedetectsapainfulstimulus?Topic:OperationaldefinitionsIllustration:ThresholdsHowdowedeterminewhetheronelightintensityappearstwiceasbrightasanother?Topic:MeasurementscalesIllustration:Fechner’sLawandStevens’LawWhatmethodswereusedintheresearchofpsychophysics?Topic:Small-ndesignsIllustration:PsychophysicalmethodsThreescientifictopicsOutlineOperationaldefinitionsThresholdsAbsolutethresholdDifferencethresholdWeber’sLawOperationaldefinitionsofthresholdsMethodsoflimitsSignalDetectionTheoryOperationaldefinitionsAformulaforbuildingaconstructinsuchawaythatotherscientistscanduplicateit,byspecifyingtheoperationsusedtoproduceandmeasureit.Thresholds

阈限可以分为两类：绝对阈限(AL)和差别阈限(DL)

绝对阈限是指刚刚能引起感觉的刺激量；

差别阈限是指刚刚能引起差别感觉的刺激间的最小差别。然而根据上述两个定义，我们无法对它们进行测量。为了便于测量，必须给抽象的定义下操作定义。

绝对阈限的操作定义：有50%的实验次数能引起积极反应的刺激值。

差别阈限的操作定义：有50%的实验次数能引起差别感觉的那个刺激强度差。AbsolutethresholdAsmallestintensityofasensorystimulusthatcanbedetectedorcanreliablyevokeasensation.阈限测定实验的基本要求选好刺激系列和反应系列。刺激系列是指一系列强度不同的同类刺激。刺激系列的范围要包括被试总是无法感觉到刺激和被试一直能感觉到的刺激。要尽量简化被试对刺激所作的反应。常用的反应有：“有、无”；“大于，小于，等于”；“两倍，一半”等。测定的次数要多。由于阈限值不是一个突然的分界点，而是一个逐渐的过度区，因此需要多次反复测量。一般都需要上百次。采用最小变化法测定绝对阈限最小变化法又叫极限法。其特点为：（1）将刺激按递增或递减系列的方式交替出现；（2）各系列刺激由小到大或由大到小以间隔相等的小步阶梯变化；（3）目的在于探索从一类反应到另一类反应的转折点或阈限位置。自变量（注意：阈限测定中的实验和前述实验不同）自变量为刺激系列和呈现方式。刺激系列包括15-20个具体的刺激值，即检查点。呈现方式包括渐增系列和渐减系列，为了控制顺序效应，二者以ABBA的顺序交替呈现。渐增系列从阈下刺激开始，渐减系列从阈上刺激开始。两种系列的实验次数分别至少需要50次。因变量被试的内省报告，具体反应为“有”和“无”，主试分别用“+”和“-”记录被试的反应。递增系列在第一次报告“有”时停止，递减系列在第一次报告“无”时停止。阈限的确定在一个刺激系列中，被试报告“有”和“无”时，相应的两个刺激强度的中点，就是这个系列的阈限值。在每个系列的阈限值的基础上，计算出递增系列与递减系列的两个平均值，这两个平均值的平均数就是一种感觉的绝对阈限值。误差及控制被试受到对刺激由“是”变为“否”过程中预期的影响。被试会非常小心地改变判断。

某些近似的觉察阈限感觉种类觉察阈限值视觉清晰无雾的夜晚30英里处看到的一只烛光听觉安静条件下20ft.处表的滴答声味觉一茶匙糖溶于8L水中嗅觉一滴香水扩散到三室一套的整个房间触觉一只蜜蜂的翅膀从1cm高处落到你的背部引自Schiffman（1996），这些阈限值仅作示意用。1ft.=30.48cmDifferencethresholdThesmallestdetectablechangeinastimulusordifferencebetweentwostimulithatcanbereliablydetected.采用最小变化法测量差别阈限自变量（实验刺激）每次试验都包含两个刺激：标准刺激和比较刺激。比较刺激也有渐增系列和渐减系列；标准刺激与比较刺激可以同时呈现也可以继时呈现。因变量有关差别感觉的内省报告。有三种反应结果：比较刺激>标准刺激，记录为“+”； 比较刺激<标准刺激，记录为“-”； 比较刺激=标准刺激，记录为“=”。差别上限（Upperthreshold，UT）：渐增系列中从第一次（最后一次）非“正”到“正”的之间的中点，和渐减系列中从最后一次“正”到非“正”之间的中点差别下限（Lowerthreshold，LT）：渐增系列中从最后一次“负”到第一次非“负”之间的中点；和渐减系列中从第一次非“负”到“负”之间的中点。不肯定间距（Intervalofuncertainty,IU）：上限与下限之间的距离，IU=UT-LT主观相等点（Pointofsubjectiveequality,PSE）：就是不肯定间距的中点。PSE与标准刺激之间的差别为常误（CE）。差别阈限：不肯定间距的一半。IU/2差别阈限的确定Weber’sLaw:ΔI/I=K（I表示标准刺激的物理量；ΔI表示差别阈限；K是常数）差别阈限和标准刺激成正比，并且差别阈限和标准刺激的比例是个常数。Themagnitudeofthedifferencethresholdincreaseswithincreasesinthemagnitudeofthestandardstimulus.（差别阈限随着标准刺激的增大而增大。）Foraparticularsensorymodality,thesizeofthedifferencethresholdrelativetothestandardstimulusisconstant.（对于某个特定的感觉，差别阈限相对于标准刺激的值是恒定的。）.au/jw/hearing.html最优条件下各种感觉通道的韦伯比例感觉通道韦伯比例（韦伯分数）音高/2000Hz1/333重压觉/400g1/77视明度/100光子1/62举重/300g1/52响度/100dB，1000Hz1/11橡胶气味/200嗅单位1/10皮肤压觉/5g/mm21/7咸味道/3mol/L（3克分子/公升）1/5适用条件只适用于中等强度的刺激。当标准刺激接近绝对阈限时，韦伯分数有较大的增加。韦伯定律的意义是有关心理量与物理量之间函数关系的第一个定律，具有深远的影响。提供了一个比较辨别能力的重要指标，使个体之间及感觉道之间感受性的比较成为可能。在社会科学中有深刻引申意义。如在生活满意度，消费心理，个人追求与欲望方面都蕴涵着韦伯定律的道理。最小变化法恒定刺激法平均差误法SignalDetectionTheory(SDT)

NothresholdEvidenceIntensityofthesignalTheacuityoftheobserverResponsebiasPayoffsFrequencyMotivationVigilanceResponse信号检测论：反应偏向、辨别力指标主要术语：击中概率、虚报概率、漏报概率、正确否定概率分布统计判断标准二择一的刺激情境一定范围内的模糊感觉（弱-强）判断为SN的概率判断为N的概率辨别能力判断标准由N引起的感觉分布由N+SN引起的感觉分布Evidence:Tumorsmayhavedifferentimagecharacteristicsfromhealthylungs(differentshape,brighterordarker,differenttexture,etc.)ResponsebiasDifferentdoctorsmayfeelthatthedifferenttypesoferrorsarenotequal.More“Yes”response.Missanopportunityforearlydiagnosismaymeanthedifferencebetweenlifeanddeath;Falsealarmmayonlyresultinaroutinebiopsyoperation.More“No”response.Unnecessarysurgeriesareverybad(expensive,stress,etc.).e.g.ImaginethataradiologistisexaminingaCTscan,lookingforevidenceofatumor.Noise胶片上的污迹、某人正常的肺看上去像肿瘤Signal+Noise肿瘤＋污迹、像肿瘤部分Receiver-operatingcharacteristic(ROC)curve

接受者操作特征曲线

等感受性曲线Sensitivity(d’)：EvidenceCriterion():

ResponsebiasROC曲线举例：实验内容让被试在白噪音的的背景上检测一个纯音信号。为了改变被试的判断标准，使用了五种先验概率，分别为0.1、0.3、0.5、0.7、0.9。每个先验概率测试400次。实验结果：P（SN）0.100.300.500.700.90P（y/N）0.100.220.410.610.65P（y/SN）0.300.500.700.780.88ZN1.280.770.23-0.02-0.39ZSN0.520.00-0.53-0.77-1.17d’0.760.770.760.750.78β1.981.340.890.740.54P（SN）0.100.300.500.700.90P（y/N）0.100.220.410.610.65P（y/SN）0.300.500.700.780.88d’0.760.770.760.750.78β1.981.340.890.740.54图示：00.200.400.600.801.0P（y/N）1.00.80.60.40.2P（y/SN）五种先验概率下的ROC曲线ROC曲线的特性：（1）对于一条特定的ROC曲线来说，d’是恒定的，所以也叫等感受性曲线。（2）对角线代表辨别力等于0的一条线，也叫纯机遇线。（3）ROC曲线离纯机遇线越远，表明被试的辨别力越强。（4）辨别力不同的被试的ROC曲线也不同。d’:Distancebetweensignalandnoisedistribution;MaximumdistancebetweentheROCcurveandthediagonal1≈0.05844/0.2432≈0.243/0.398941≈0.39894/0.243SlopeoftheROCfunctionatthepointofinterest.

SN+1-1N-1+1反应刺激yn支付矩阵

SN+20-20N-1+1反应刺激yn

SN+1-1N-30+30反应刺激ynNothreshold?Intensityofstimulus:

detectable,undetectableDecisionthreshold:

report,ornotreportd’,AdvantagesTheabilitytomeasurebothsensitivityandresponsebias.ApplicationsMedical-imagingsystemsAccuracyofliedetectorsEyewitnesstestimonyAptitudetestsforselectingsuitablepersonnelTopic:

Measurementscales

Illustration:

Fechner’sLawandStevens’LawOutlinePropertiesofmeasurementscalesTypesofmeasurementscalesTwoapproachestowardthemeasurementofsensationPropertiesofmeasurementscalesDifference（差异）Magnitude（强度）Equalintervals（等距）Truezero（绝对零点）Nominalscales(名称量表)Ordinalscales（顺序量表）Intervalscales（等距量表）Ratioscales（比例量表）TypeofScaleDifferenceMagni-tudeEqualintervalsTruezeroState-mentsExamplesStatisticsNominalYesNoNoNoA≠BGenderNonparametricOrdinalYesYesNoNoA>BRankingsNonparametricIntervalYesYesYesNo(A-B)=(C-D)IQ,ScoresParametricRatioYesYesYesYesA=2BHeight,weightParametricTypesofmeasurementscalesTwoapproachestowardthemeasurementofsensationFechner’sLawIndirectscalingBasedonWeber’slawAbsolutethresholdindicatesthepointofzerosensation.Just-noticeabledifference(最小可觉差,JND)Theinternalsensationevokedbytwostimulithatdifferbyonedifferencethreshold.Theunitdefiningtheintervalsofaninternalpsychologicalscale.Ordinalscale(顺序量表)ψ=Klog(S)当刺激量以几何级数增加时,心理量则以算术级数增加.Stevens’PowerLaw(幂定律)DirectscalingMethodofmagnitudeestimationE.g.,EssayexamsRatioscaleψ=KSn心理量和物理量都按几何级数增长.Topic:

Small-ndesigns(小样本设计)

Illustration:

PsychophysicalmethodsSmall-ndesignsAlargenumberoftightlycontrolledobservationsaremadeonasmallnumberofobservers.(基于少量被试在严格控制的环境下得到大量观测值。)Whenusesmall-ndesigns?Less-complexpsychologicalprocessesWell-controlledsettingsE.g.,Psychophysics,LearningSummaryTopic:Operationaldefi