心理物理法（信号检测论）-实验心理学

心理物理学Psychophysics

信号检测论

Signaldetectiontheory(SDT)实验心理学教研室梁丽娟实验心理学

EXERIMENTALPSYCHOLOGY

主要内容信号检测论的起源1信号检测论的基本思想2信号检测论的实验方法3接受者操作特征曲线(ROC)4信号检测论的应用5刺激强度与感受性的曲线函数一.信号检测论的起源如：两个人正在看电视，外面有人敲门，甲说：有人敲门。乙说：没听见。从古典心理物理学的角度可以这么说（甲的阈限比乙低），但从信号检测论（signaldetectiontheory，SDT）的角度看，不能这么说。传统心理物理学只涉及到感受性。SDT不仅涉及到感受性，也涉及到判断标准。传统心理物理学最大的不足？甲的感知觉能力优于乙？一.信号检测论的起源信号检测论的提出使心理物理学方法发展到一个新的阶段。对于不确定和有操作瓶颈的情况尤其适用。信号检测论彻底改变了人们对阈限的理解，将个体感受性和主观动机，反应偏好等加以区分开，从而解决了传统心理物理学无法解决的问题。一.信号检测论的起源传统心理物理学假设感知觉过程中存在生理功能局限性，刺激达到一定强度才可以感知。信号检测论假设不存在生理功能局限性，决策困难在于内部和外部的干扰。信息加工的过程包括感觉印象和决策过程如：异常X光片刺激强度决定决策标准决定刺激的感受性影响因素：刺激Stimulus(external)神经中枢Neural(internal)注意Attention(internal)色子游戏假如一次掷三个色子，两颗正常1-6，第三颗特殊，3面是0，三面是3，现在告诉了总和，让你判断特殊的色子是0还是3？

如果总数是2，3，8，9，11，12，14三个色子总点数23689111214特殊色子“0”概率特殊色子“3”概率1052205441204525你会猜“0”还是“3”?色子游戏中反应类型存在四种。色子游戏结果类型击中率+漏报率=100%虚报率+正确拒绝=100%两种反应（Y/N）和两种条件（有/无信号）——信号检测论判断RS3（猜）03（特殊色子）击中漏报0虚报正确拒绝哪些是正确操作？

主要内容信号检测论的起源1信号检测论的基本思想2接受者操作特征曲线(ROC)3信号检测论的实验方法4信号检测论的应用5二、信号检测论的基本思想信号检测论的基本假设：重复一个刺激不可能产生相同的感觉量，但多次呈现就会形成一个刺激的感觉分布。这个分布是正态的，重叠部分可能是信号也可能是噪音。

击中正确拒绝虚报漏报噪音信号信号检测论的基本思想：（一）信号和噪音（二）决策标准（三）辨别力（一）信号和噪音信号（signal）和噪音（noise）是信号检测论中最基本的两个概念。信号可以理解为刺激（stimuli）；噪音就是信号所伴随的背景，对信号检测起干扰作用的所有背景都是噪音。信号和噪音感觉的分布重叠越多，越难区分；相距越远越容易区分。

三种不同信号强度下，噪音和信号+噪音的理论分布概率密度感觉强度信号由大到小信号变化趋势?（二）决策标准信号和噪音两个感觉分布视为无数次感觉过程累计，这样观察者的每一次感觉过程都会产生一定的感觉量值x。这个x必定落在噪音分布和信号分布所覆盖的范围内。传统心理物理法的问题：判断标准对于此区间内任意一个x，它来自信号分布或噪音分布的可能性，可以用其在两个分布中对应的纵线高度（O）来衡量。x对应的两个分布上的纵线高度之比被称作似然比L（X）

：L（X）=O(SN)/O(N)( POZ转换)似然比β即评定标准反应标准严格（保守），击中率和虚报率下降；而漏报率和正确拒绝却上升。反应标准宽松（冒进），击中率和虚报率上升；而漏报率和正确拒绝却下降。判断标准与d’不相关冒进标准：当可能是信号的时候就会做出“yes”反应保守标准：只有当被试完全确定信号出现才会做出“yes”反应通常情况下，信号检测系统对信号的分辨能力是一个稳定的参数，但其判别标准则会通某些情景条件的变化而变化。决策标准决定因素主要有三个：1.刺激出现的概率2.外在的奖惩条件3.性格特征1.刺激出现的概率如果信号经常发生，标准就会下降。如：无车路面与繁忙路面哪个更容易撞车？

如果信号很少发生，标准就会上升。如：坐汽车危险还是坐飞机危险？实验数据各次实验先验概率YESNO决策标准A20%SNN0.160.020.840.984.48B50%SNN0.500.160.500.841.649C80%SNN0.930.690.070.310.3692.外在的奖惩条件很多情况下，最佳不再意味最少的错误，而是意味得到所期望的最大收益（或将损失降到最小）。如：盲约与结婚的决策奖罚导致不同的动机水平，鼓励多说信号，决策标准会降低；反之，决策标准下降。实验数据（先验概率为50%）各次实验奖惩条件YESNO决策标准ASNN+1-2-1+20.160.020.840.984.481BSNN+1-1-1+10.500.160.500.841.000CSNN+3-1-3+10.930.690.070.310.223思考：质量检查员如何设置奖罚方式更合理？3.性格特征性格比较谨慎的被试不会轻易的作出“YES”判断，除非感觉强度比较大，这种被试的觉得标准比较高。相反，性格比较随意和冒进的人，则更容易作出“YES”反应，其判断标准比较低。（三）辨别力Discriminability敏感性可以表现为内部噪音分布与信号加噪音分布之间的分离程度。两者的分离程度越大，敏感性越高；分离程度越小，敏感性越低。辨别力d’=ZSN－ZN辨别力低辨别力高信号辨别力决定于信号的强度和噪音的变化信噪差异越大d’越大d’=0：SN和N的分布完全重叠研究实例1短时作业中警戒绩效影响因素的实验研究自变量：信号密度（信噪比）10、15、20次占空比：0.5和1结果：信号比对辨别力d’的主效应显著（信噪比增加辨别力增强）；对判断标准影响不显著。占空比对两者影响都不显著。研究实例2实验目的：信号检测论技术分析男女对听觉记忆源反应的性别差异。实验材料：双字词语60个，分别由一个男生和一个女生交替朗读信号与噪音：女生声源以男生为背景噪音，反之亦然思考：投资决策的有限理性实验研究实验材料：模拟投资决策情境：新业务投资环境（有利或不利）如：近期宏观政策鼓励投资，区域政策倡导企业快速成长（有利）决策条件：公司既有业务的“风险-收益”特征（低风险-低收益、中风险-中收益、高风险-高收益（如90%的概率好的400万利润，10%概率一无所有）决策任务：新业务投资两模式机会采纳和机会替代（如该项目于当前业务有（没有）冲突，选择意味着并行或放弃以前的业务）决策对象：新业务的风险特征（低风险-低收益、中风险-中收益、高风险-高收益（如90%的概率好的400万利润，10%概率一无所有）主要内容信号检测论的起源1信号检测论的基本思想2接受者操作特征曲线(ROC)3信号检测论的实验方法4信号检测论的应用5三.接受者操作特征曲线(ROC)三.接受者操作特征曲线(ROC)又称为感受性曲线（sensitivitycurve）。原因在于曲线上各点反映着相同的感受性，都是对同一信号刺激的反应，只不过是在几种不同的判定标准下所得的结果而已。它以虚惊概率为横轴，击中概率为纵轴所组成的坐标图，和被试在特定刺激条件下由于采用不同的判断标准得出的不同结果画出的曲线。各次实验先验概率YESNOA20%SNN0.160.020.840.98B50%SNN0.500.160.500.84C80%SNN0.930.690.070.31请画出ROC曲线各次实验的判断标准如何？决策标准4.481.6490.369各次实验奖惩条件YESNOASNN+1-2-1+20.160.020.840.98BSNN+1-1-1+10.500.160.500.84CSNN+3-1-3+10.930.690.070.31请画出ROC曲线各次实验的判断标准如何？决策标准4.4811.0000.223小结

改变操作曲线的击中和虚报的方法：通过改变奖罚方式改变信号出现概率ROC曲线特征曲线上的坐标点靠近左下角的其判断标准比较高；靠近右上角（1.1）点，判断标准比较低。ROC曲线越靠近坐标系的对角线，显示被试的辨别力指数越低；越偏向左上角方向，越远离对角线，显示出被试的辨别力指数越大，信号分别能力越强。

判断标准=击中率的纵坐标/虚报率的纵坐标）β=Osn/On辨别力=指标C到信号峰值的距离-指标C到噪音峰值的距离d‘=Zsn-Znβ的具体计算P（hit）=0.28，P(fa）=0.06,通过查POZ转换表求得Osn纵轴值为0.3368，O虚报的纵轴值为0.1192，则β=标准严？宽？P（hit）=0.28，P(fa）=0.06,通过查POZ转换表求得Osn纵轴值为0.3478，O虚报的纵轴值为0.3478，则β=标准严？宽？P（hit）=0.28，P(fa）=0.06,通过查POZ转换表，求得Osn纵轴值为0.1192，O虚报的纵轴值为0.3368，则β=主要内容信号检测论的起源1信号检测论的基本思想2接受者操作特征曲线(ROC)3信号检测论的实验方法4信号检测论的应用5三、信号检测论的实验方法1、有无法：这个方法事先要求选定SN刺激与N刺激，并规定SN和N出现的概率，然后以随机的方式呈现SN或N要求被试回答，刚才是SN还是N。2、评价法在有无法中，当判断标准定下后，凡等于或大于此标准都说是由信号引起的。但信号与信号的强度也有不同。这样，我们只知道被试判断的是信号还是噪音，至于离标准线多远。我们不知道，这样就丢失了很多信息。因此可采用评价法做实验——在确信是信号或噪音之后，进一步回答确信的程度，用这种方法，可以把信号或噪音引起的感觉离标准多远表达出来。确信等级含义相应的概率判断第6等十分肯定有信号出现100%有信号出现第5等肯定有信号出现80%有信号出现第4等可能有信号出现60%有信号出现第3等可能没有信号出现40%有信号出现第2等十分肯定有信号出现20%有信号出现第1等十分肯定没有信号出现0%有信号出现

评价法的优点：信息量大——有无信号和信心水平；效率高——评价法的实验过程相当于几次有无法的实验。两种方法的比较：在有无法中，一种信号概率或一种奖励只允许被试用一个判断标准，而在评价法中，同一轮实验被试是在用多个评价标准。这样可保留多种信息。信号检测论实验演示：结果分析：试比较抽象、具体图像和文字材料的辨别力和判断标准是否存在差异？主要内容信号检测论的起源1信号检测论的基本思想2接受者操作特征曲线(ROC)3信号检测论的实验方法4信号检测论的应用5五.信号检测论的应用医疗诊断再认记忆目击证词警戒医疗诊断信号检测论分析帮助医生决定特定情况下，哪项诊断是非常重要的。如：1.HIV阳性，冒险的检测比较合适（高标准）误报：增加操作的次数（增）漏报：他人感染的风险，公共卫生安全（减）2.放射科诊断，保守的检测比较适合（低标准）误报：外科手术，医疗费用（减）漏报：一个不必要的操作（增）五.信号检测论的应用医疗诊断再认记忆目击证词警戒Contextualinterferenceinrecognitionmemorywithage，2007

研究目的：很多行为研究都表明了老年人的记忆是得益于背景的支持，而错误的不相关的背景回引起的更多的干扰。现在这个研究使用fMRI来探究背景信息对再认判断影响的年龄差异。被试：老年组和年轻组实验条件：（一）OO旧物体，旧背景，（二）ON旧物体，新背景，（三）NO新物体，旧背景，（四）NN旧物体，旧背景。实验材料：96个由背景和物体组成的彩色的照片学习阶段：96个图片测验阶段192个图片（不管背景如何，只要是原始的物体的图片就按“是”）

行为结果：击中率在年龄差异上不是很显著，但是老年人在正确拒绝上比年轻人差很多。在NO项目中有明显的年龄差异，即把新物体放在熟悉的背景上。结论：年龄差异的错误记忆中背景干扰是很重要的一个因素,论证了老年人的记忆是得益于背景的支持