认知心理学的客观研究方法

认知心理学的客观研究方法第一节抽象分析法

一、涵义又称会聚性证明法（Convergentvalidationmethod）它是指采用人与计算机之间的功能类比，并以其他实验分析为辅助，通过综合与抽象，以推理、判断的方式得出某些（种）推断结论的研究方法认知心理学的客观研究方法二、基本程序主要工具是计算机程序用它来模拟人的某些心理活动过程，通过个人的实验来累计数据，经过分析得出某些确定性的推断，然后把所得结论用计算机程序加以描述，再输入计算机之中，观察在输入相同的刺激信息条件下计算机的输出状态如果计算机输出状态同人类被试输出的反应一致，说明人的心理活动过程和计算机程序有其相似之处如果不一致，则表明据已构成的计算机程序来说明人的内部心理活动过程是不完善、不正确的，需要进行修正费肯鲍姆（FAFeigenbaum）关于EAPM程序报告（初级知觉和记忆程序，ElementaryPerceptualandMemorizerProgram）。EPAM通过建立一个分类树或辨别网络进行学习。即连续加工和一次只考虑编码一种信息。如区分A、H、V、Y四个字母的加工认知心理学的客观研究方法EPAM连续加工程序认知心理学的客观研究方法第二节计算机模拟方法一、涵义指利用计算机来模拟、检验、发现人的认知活动及其行为表现的规律的研究方法。指导思想：凡是计算机能够顺利运行的，必须是在程序上清晰的、有序列的，而不是假设性的或推测的。通过计算机的运作来模拟人类认知活动的严密性和逻辑性认知心理学的客观研究方法二、计算机模拟方法的基本过程计算机模拟主要是用来揭示人的高级心理活动过程，特别是人的思维活动过程首先把人的认知操作编制成计算机程序（必须具有层次的、逻辑严密的、可运行的）其次在计算机上进行实验验证，从中观察和了解人的认知活动过程在辨别、比较、分析、推理和解决问题上的心理活动过程认知心理学的客观研究方法计算机模拟对于研究人的认知活动过程已经产生了三种积极的影响：计算机模拟可以用来验证人的思想活动过程计算机模拟可以用来修正关于人的认知理论或认知观点计算机模拟可以发现尚未发现的认知活动问题，从而增强对人的认知活动过程的了解认知心理学的客观研究方法第三节流程图示研究涵义：指以作业图或信息流程图的形式表示人的心理活动，并以此分析人的信息加工过程的研究方法信息加工流程模式：用流程图的方式来分析与概括人的信息加工过程，是一种简明、扼要地说明人的心理活动过程的具体方法。系列方框（一个方框表示信息加工的一个步骤），箭头标出信息流向的方位和先后次序认知心理学的客观研究方法认知心理学的客观研究方法认知心理学的客观研究方法第四节口语报告法涵义：又称口述记录分析法，指被试在解决某项问题时“出声思考”（出声讲出）其思维内容，研究者记录后进行分析，从而揭示被试认知活动规律的研究方法基本过程：对被试进行训练，要求被试解决某个问题时出声思考并进行录音，整理录音材料，分析后绘出问题解决行为图问题行为图包括两个部分：一是被试所具有的知识状态，二是被试的内部操作过程认知心理学的客观研究方法认知心理学的客观研究方法第五节反应时测量法一、涵义它是指刺激作用于有机体后到其作出明显反应所需要的时间，即刺激与反应之间的时间间隔又称为有机体反应潜伏期，其过程包括刺激作用于感官、引起感官的兴奋、感受器的换能、将兴奋传递到大脑的相应区域，大脑再对这些兴奋进行分析加工并通过传出通路将指令传到运动器官，运动效应器接受神经冲动，产生一定的反应它是一种反应变量，作为个体成绩指标或内部加工信息过程的复杂程度的指标认知心理学的客观研究方法二、基本过程1850年赫尔姆霍兹，测定青蛙运动神经传导速度1868年唐德斯（荷兰，FＣDonders）利用反应时观察研究人的心理活动所需要的“心理过程速度”的时间，由此反应时被引入心理学研究领域（一）减法反应时（唐德斯反应时ABC）认知心理学的客观研究方法认知心理学的客观研究方法简单反应、选择反应、分辨反应认知心理学的客观研究方法（一）唐德斯减法反应时认知心理学的客观研究方法表2-1三种反应时测量表课题刺激物反应数心理活动过程A一个一个简单反应B多个多个简单反应、刺激分辨、选择反应C多个一个简单反应、刺激分辨认知心理学的客观研究方法(二)因素相加法(加法反应时实验)减法反应时实验的延伸，最初是由斯腾伯格(Sternberg,1966,1967,1969)发展出来的其逻辑是安排两种反应时作业，其中一个作业包含另一个作业所没有的一个因素，而在其它方面均相同，从这两个作业的反应时之差来判定与之相应的加工阶段Sternberg的经典实验因素相加法有助于确定信息加工过程的各个阶段，但确定不同加工阶段的顺序是有困难的认知心理学的客观研究方法(三)“开窗”实验“开窗”实验是反应时实验的一种新技术。它通过对某种认知作业的分析，把每种认知成分经历的时间过程比较直接地估计出来能够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，好像打开窗户一览无遗，是反应时实验的一种新的技术汉密尔顿(Hamilton,1977)、哈其和里吉曼(Hockey&Rejman,1981)的字母转换实验，如“KENC+4”正确反应：OIRG，编码、转换、贮存三个阶段认知心理学的客观研究方法反应时实验存在的问题速度与正确率权衡（tradeoff)问题目前的主导看法是，就一般的反应时实验来说，在实验达到高正确率的条件下，反应时数据是有效的。在统计实验结果时，应单独对反应错误率进行统计，在分析结果时加以考虑认知心理学的客观研究方法第六节内隐联想测验方法一、内隐联想测验方法格林沃尔德（Greenwald）在1988年介绍了内隐联想测验（ImplicitAssociationTest，IAT）“Flower-insectIAT”：通过计算机呈现一种花的名字，一种昆虫的名字，一个积极词汇，一个消极词汇，要求被试对这些刺激信息进行分类，并按实验要求揿键做出反应认知心理学的客观研究方法一、内隐联想测验方法实验中被试需要完成两个联合任务，在联合任务1中，被试对花的名字和积极词汇做出反应（如按A键），对昆虫的名字和消极词汇共同做出反应（如按5键）；在联合任务2中，被试对花的名字和消极词汇共同做出反应，对昆虫的名字和积极词汇做出反应。通过反应时的差异来推断是否存在联系及其紧密程度。如联合任务1的反应时间短IAT效应为考察指标。IAT效应指前后两个联合任务中个体平均反应时的差值，如果在一定显著性水平上大于0，则实验假设成立，若小于0则说明假设不成立，则类别与属性的关系反转，若没有显著性差异，则说明类别与属性两个维度之间没有所预期的内在联系存在认知心理学的客观研究方法二、TheGO/No-go联想测验方法GNAT是格林沃尔德最近提出来测量内隐社会认知的研究方法，它是对IAT的有机补充它考察目标类别和属性维度（如积极和消极评价）概念之间的联结强度，弥补了IAT实验设计中需要提供类别维度，不能对某一对象做出评价的限制吸收信号检测论的思想，实验中包括目标刺激（信号）和分心刺激（噪音），如目标类别（Fruit）和积极评价（Good）作为信号，而将目标类别（Bugs）和消极评价（Bad）作为噪音，当呈现Fruit和Good时被试按空格做出反应（称为Go），当呈现Bugs和Bad时被试不做出反应（称为No-go）认知心理学的客观研究方法在GNAT实验程序中包括了两个实验阶段，在阶段1，被试对目标类别和属性类别做出反应（Fruit和Good），对Bugs和Bad则不做出反应；在阶段2中被试对目标类别和属性类别做出反应（Fruit和Bad），对Bugs和Good不做反应采用d´做指标，将正确的“Go”反应称为击中率，将不正确的“Go”反应视为虚报率2002年BNosek的研究，当将Fruit和Good作为信号时，d´=2.77，而将Fruit和Bad作为信号时，d´=1.65，有显著性差异认知心理学的客观研究方法Eysenck&Keane认为认知心理学主要有四种研究方法，即：实验认知心理学（experimentalcognitivepsychology）：它继承了认知心理学的实验传统且不涉及计算建模（computationalmodelling）方面的内容。认知科学（cognitivescience）：它开发各种计算模型来理解人类认知。认知神经心理学（cognitiveneuropsychology）：它通过研究脑损伤患者的认知损害（cognitiveimpairments）来为正常人类认知研究提供有价值的资料。认知神经科学（cognitiveneuroscience）：它通过运用一些技术手段（如脑功能成像）研究大脑功能以理解人类认知。认知心理学的客观研究方法实验法（empiricalmethod）大部分关于认知过程和结构的研究都是通过严格控制变量来观察被试行为（如反应时和/或操作准确性）而获得的。这种方法已被证明非常有效。通过这一方法获得的数据也被用来发展和证明众多认知心理学理论。然而，我们在运用这些数据时需考虑两个潜在的问题。1．速度和操作准确性只能为认知心理学家对他所关心的内部过程和结构提供间接的信息。2．行为数据通常是在人为环境的实验室里收集的。人们在实验室中对一件事情的表现可能同日常生活中的大相径庭。

认知心理学的客观研究方法研究者也可采用内省法（introspection）。根据《牛津英语词典》的定义，内省就是一个人对自身心理过程的检查与观察。内省依赖于意识经验，而意识经验是个人的且不为他人所知。Nisbert和Wilson(1977)在分析了一些研究实例后，指出内省法对认知研究基本上没有什么价值。在一个研究里，主试先让被试看5对依次排列且基本雷同的长筒袜，然后要求被试判断最喜欢哪一对。在被试做出选择后，主试要求被试回答为什么选择那一对。绝大多数被试都选择了最右边那一对。因而事实是，长筒袜的相应空间位置显著影响了被试的判断。但所有被试都否认了这一因素的作用，认为这些长筒袜的颜色、质地等方面的细微差异导致他们做出那样的选择。

认知心理学的客观研究方法认知科学认知科学家开发各种计算模型（computationalmodel）以理解人类认知过程。一个理想的计算模型能引导人们去规范一个理论并预测个体在新情景中的行为。数学模型在信息加工范式出现很久之前就已经在实验心理学领域（如智力测验）广为运用了。计算模型最大的优点就是它们能对一个现象作出解释性和预测性说明由于计算模型可以说是认知科学方法的标志认知心理学的客观研究方法计算建模（computationalmodelling）：从流程图到模拟过去，许多实验认知心理学家在阐述其理论时所用的语言总是模棱两可。这一现象使其他研究者很难确定所获证据是否能支持某一理论。相反，认知科学家用计算机程序来表述认知理论，使得所有细节都清晰可辩。在六、七十年代，认知心理学家喜欢用流程图（flowchart）而不是程序去描述认知理论。计算机科学家在编写具体程序代码前需要画一些流程图，作为设计图或工作计划。流程图比文字表述更具体和专门化，但如果不与具体程序配合使用，还是显得不够精确。

认知心理学的客观研究方法认知心理学家使用流程图常常招致尖锐的质疑，如:“流程图的每个逻辑方块里究竟发生了什么？”“沿着这些箭头究竟又发生了什么？”等。这些问题又引来进一步的严厉批评。人们需要知道“什么是句子编码？”、“多长才是太长？”和“怎样检测句子歧义？”等一系列问题。认知心理学的客观研究方法关于计算机模拟的三个议题能不能在达到书面程序之前对一个理论进行解码？能不能把一个程序的心理学特征与其它特征区分开来？计算机程序和人类被试在反应时上会表现出差别吗？认知心理学的客观研究方法认知神经心理学认知神经心理学研究脑损伤患者的认知活动模式。研究这些患者保持完整或损害的认知特性是具有重要价值的。一是因为脑损伤患者的认知活动通常可用有关认知心理学理论来解释。这些理论对正常认知活动中所涉及的过程或机制进行了规范。当选择性损伤上述某些机制时，原则上这些理论也应该能够解释那些脑损伤患者所表现出来的许多认知损害现象。二是来自于脑损伤患者的相关证据有助于拒绝由认知心理学家提出的某些理论并且提出关于正常认知活动的新理论。

认知心理学的客观研究方法Ellis和Young（1988,p.4）提出认知神经心理学的主要目标应该是：从脑损伤患者身上保持完好的和受损害的各种认知能力推断正常和完整的认知过程…认知神经心理学家也希望能够断言，如果正常且完整的认知系统不以某种方式组织的话，在脑损伤患者中观察到的那些症状模式可能就不会发生了认知心理学的客观研究方法研究的效果应该是，认知心理学和认知神经心理学之间会产生双向的影响，即前者影响后者而后者也可影响前者。认知神经心理学研究实例：Atkinson和Shiffrin(1968)提出，长时记忆与短时记忆之间存在重要差别（即两种记忆系统说）且信息需通过复述（rehearsal）和在短时记忆中进行的其它加工活动而进入长时记忆。Shallice和Warrington(1970)发现脑损伤患者KF的短时记忆受到严重损害，而长时记忆则保持完整。这一结果支持了上述假说。

认知心理学的客观研究方法对KF的研究达到了两个目的：一是它提供证据支持两种不同记忆系统假说。二是它也指出了Atkinson和Shiffrin(1968)理论模型的严重缺陷。根据该模型，如果长时学习和记忆确实依赖于短时记忆，那么在短时记忆严重损害情况下居然长时记忆还保持完整的结果就有些不可思议了。KF的例子清楚地显示了认知神经心理学研究的潜在意义。针对该患者的研究发现了六十年代末占主导地位的记忆理论所存在的严重缺陷。这项研究也证明了个案研究的价值。

认知心理学的客观研究方法认知神经心理学家怎样去设计研究认知功能的各种任务呢？一个关键目标就是促使被试出现分离现象（dissociation），即患者在第一项任务中表现正常而在第二项任务中表现异常的现象。患者KF在短时记忆和长时记忆测验成绩上就出现了分离现象。这一证据被用来证明正常个体也至少存在两个不同记忆系统。认知心理学的客观研究方法双重分离现象（doubledissociation）从一个单一分离现象作出一个普遍性推论存在一个潜在的问题。一位患者在第一项任务上表现不好但在第二项任务上表现正常，可能只是因为第一项任务更复杂的缘故，而不是由第一项任务涉及脑损伤引起的某些特定功能损害造成的。对这一问题的解决办法就是在患者身上发现双重分离现象。所谓双重分离就是一个患者在任务1上表现正常在任务2上表现异常，而另一患者在任务2上表现正常在任务1上表现异常的现象。如果出现双重分离现象，则结果就不能用任务难度不同来解释。认知心理学的客观研究方法KF短时记忆异常而长时记忆正常，但遗忘症（amnesia）患者长时记忆严重异常而短时记忆正常。这些发现建议大脑中存在两个彼此独立的记忆系统。如果脑损伤只限于某一局部且只影响单一认知过程或机制，那么认知神经心理学研究就变得相对容易了。事实是脑损伤常常牵涉相对广泛的区域，因而多个认知系统或多或少地受到了损害。这就意味着，我们要用一定的智慧才能从脑损伤患者身上获得的资料作出关于人类认知的解释。

认知心理学的客观研究方法理论假设绝大多数认知神经心理学家认可除最后一条外的所有假设：认知系统具有模块化（modularity）特点。也就是说，认知系统由相对独立的认知过程或模块(module)组成。每一模块在某种程度上来说都独立于其它模块而工作。一般来说，脑损伤只是损害了其中的一些模块。大脑的物理组织与心理结构之间存在具有重要意义的对应关系。这一假说被称为心脑同形观（isomorphism）。研究脑损伤患者的认知功能可帮助了解正常人的认知机制。需要指出的是，这一假设是与上述其它假设紧密联系在一起的。绝大多数患者可根据综合症（syndrome）而加以分类。每一综合症都是根据同时出现的一组症状而划定的。认知心理学的客观研究方法认知神经科学各种研究大脑功能的技术主要表现为时间分辨率(temporalresolution)和空间分辨率（spatialresolution）上的区别(Churchland和Sejnowski,1991)。从时间指标来说，一些技术能提供毫秒级的活动信息（这种分辨率适合于思维研究），而另一些技术则从更长的时间范围如几分钟或数小时来考虑大脑的活动。从空间指标来说，一些技术提供单细胞水平的活动信息，而另一些则提供多组细胞的活动情况。

认知心理学的客观研究方法单细胞记录单细胞记录(single-unitrecording)是四十多年前发展出来的一项记录单个神经元活动的精细技术。直径约为万分之一毫米的微电极(micro-electrode)被插进动物大脑以获得细胞膜外电位（extracellularpotential）记录。一个立体定位装置被用来固定动物的位置以及帮助确定电极在三维空间的准确位置。单细胞记录是一项灵敏度非常高的技术，百万分之一伏特的电压都可能被检测到。认知心理学的客观研究方法这一技术最为著名的应用是Hubel和Wiesel(1962,1979)对视觉的研究。他们用猫和猴子作被试研究了基本视觉过程的神经生理学机制。Hubel和Wiesel发现在初级视觉皮质中分别存在一些简单和复杂的细胞以及众多更为复杂的细胞。这两种细胞均对某一特定朝向的直线条做出最大反应。Hubel和Wiesel的发现是如此的清楚和有说服力，以致它能约束许多后续的视知觉理论，其中包括Marr的理论

认知心理学的客观研究方法评论单细胞记录技术对提供脑功能在神经元水平上的具体活动信息非常有效，因而相对其它技术而言也就更加精细一些。这一技术的另一优势是关于神经元活动的信息可在一个非常宽泛的时间范围内（从几毫秒到几小时或几天）采集。该技术的主要局限是由于需穿透神经组织，所以当运用于人类时不太受欢迎。另一个局限是它只能提供神经元水平的活动信息。因此有必要发展其它技术来评估大脑皮质在更广泛领域里的活动情况。认知心理学的客观研究方法事件相关电位(ERPs)脑电图(electroencephalogram-EEG)是通过在头皮表面记录大脑内部的电活动情况而获得的。大脑内部的非常微小的电变化都能被置于头皮表面的电极记录到。这些变化可通过示波器（oscilloscope）中的阴极射线管（cathode-raytube）而得以显示。EEG的关键问题是脑电活动的自发性或大量的背景活动阻碍了对刺激引起的信息加工活动的记录。解决办法是多次呈现相同刺激。随后，每一刺激呈现后的EEG片段被抽取出来并根据刺激的触发时间加以排列。把这些EEG片段叠加后平均就获得一个单一波形。我们通过这种技术就从脑电图记录中获得了事件相关电位，从而允许我们把刺激的效应从背景活动中分离出来。

认知心理学的客观研究方法事件相关电位在评估某些认知活动的时间特点上尤为有效。例如，一些研究注意的专家提出对目标和非目标刺激的加工是在早期阶段以不同的方式分别进行的，而另外一些研究者则认为被试以非常相似的方式对这两种刺激进行充分加工。通过事件相关电位技术获得的证据支持前一种观点。如Woldorff等(1993)采用听觉刺激进行的一项研究就发现，在刺激呈现大约20-50毫秒后，针对目标刺激的事件相关电位明显大于针对非目标刺激的事件相关电位。

认知心理学的客观研究方法评论相对于其它技术而言，事件相关电位可提供关于大脑活动的更具体的时间信息，同时也有非常广泛的临床用途，如多发性硬化症（multiplesclerosis）的诊断就是一个例子事件相关电位并不能提供关于脑功能定位方面的精确信息。这一问题部分是因为脑颅（skull）和大脑组织（braintissue）干扰了来自大脑内部的电场所引起的。更进一步说，事件相关电位只有在刺激非常简单且所给任务（如目标检测）只涉及基本过程时才更为有说服力。由于这些限制（包括一个刺激需呈现多次的实验范式），因此事件相关电位技术不宜研究形式复杂的认知活动，如问题解决和推理等。

认知心理学的客观研究方法正电子发射层析摄影术（PET）正电子发射层析摄影术（positronemissiontomography，简称PET扫描）是最受媒体注意的这一技术是根据对正电子的检测而获得有关大脑活动的信息的。正电子（positron）是由某些放射性物质释放的一种微粒子。带有放射性标记的液体被注射进体内并迅速聚集在大脑的血管中。当部分皮质兴奋时，带放射性标记的液体就迅速移向兴奋处。接着一个扫描装置就测量放射性液体所产生的正电子数量。然后，再由计算机把这一信息转换成代表大脑不同区域兴奋水平的图像。认知心理学的客观研究方法Raichle(1994b)介绍了认知神经科学家用来研究认知过程的PET技术。这一方法基于一种减法逻辑（subtractivelogic）。研究者首先测量某一实验条件下和某一控制或基线条件下（如实验任务呈现前的状态）的大脑兴奋水平。然后，控制条件下的大脑兴奋水平被从实验条件中的大脑兴奋水平中减除。这一减法处理被认为可观察由纯实验条件所引起的大脑兴奋区域和水平。认知心理学的客观研究方法PET被多次用来研究情景记忆(episodicmemory)。情景记忆是一种长时记忆，涉及对过去情景或场合的有意识回忆。当被试提取情景记忆时，右前额叶显示较其它记忆提取时更高的兴奋水平认知心理学的客观研究方法评论PET的主要优点之一是其具有较高的空间分辨率（可达3-4毫米）。这一技术具有广泛的用途，即可用来确定多种认知活动的大脑兴奋区域。PET也存在许多局限性。第一，其时间分辨率很低。PET测定的是60秒或更长时段的每一大脑区域的活动量，因而也就不能显示伴随大多数认知过程所发生的迅速变化。第二，PET只能间接测量有关的神经活动。正如Anderson,Holliday,Singh和Harding(1996,p.423)所指出的，“局部脑血流量（regionalcerebralbloodflow-rCBF）的变化是通过测量放射性同位素所发射的正电子的空间分布变化所获得的，而这一变化被认为反映了神经活动的变化。”这一假设可能更适应于信息加工的早期阶段。认知心理学的客观研究方法第三，这是一项侵袭性技术（invasivetechnique），即实验者需要向被试注射放射性同位素标记液。第四，研究者很难对根据减法逻辑获得的证据予以充分解释。例如，研究者可假设提取情景记忆时其它记忆成分并未引起大脑某些特定区域的活动。可从另一角度来说，被试也可能在提取情景记忆时动机较提取其它记忆时会更强一些。这样一来，大脑的某些活动可能是反映了动机系统而不是记忆系统的活动。认知心理学的客观研究方法磁共振成像（MRI和fMRI）磁共振成像（magneticresonanceimaging-MRI）的原理是利用电磁场去兴奋大脑中的原子。这一过程所导致的磁场变化被一台环绕患者的11吨重的磁体所检测。这些变化进而由一台计算机转化成一幅非常精确的三维图像。MRI扫描因可进行多角度检测而被用来检测大脑中非常细小的肿瘤。当然，仅从这一点来说，它只能发现大脑的结构性特点，在功能方面还无能为力。

认知心理学的客观研究方法MRI技术已经被用来测量大脑的活动以提供功能磁共振成像（functionalmagneticresonanceimaging-fMRI）。局部神经元兴奋将引起该区域血流量的增加，而血液中含有氧和葡萄糖。Raichle(1994a,p.41)指出，“血红蛋白(haemoglobin)所携带的氧的含量影响了血红蛋白的磁场特性…MRI能检测到大脑的功能性氧消耗变化情况。”功能磁共振成像技术能清晰地显示高活动量区域的三维图像。功能磁共振成