第4章　反应时间

4.1　复习笔记

一、反应时间的概述

（一）反应时间的概念

1．内涵

反应时间又称为反应的潜伏期，是指从刺激的呈现到有机体做出明显反应所需要的时间。

2．外延

包含：（1）刺激使感受器产生兴奋，其冲动传递到感觉神经元的时间；（2）神经冲动经感觉神经传至大脑皮质的感觉中枢和运动中枢，中枢加工，并从那里经运动神经到效应器的时间；（3）效应器接受冲动后开始效应活动的时间。

（二）反应时间的研究简史

1．天文学的贡献

对反应时间的研究最早始于天文学。19世纪初，德国天文学家Bessel等人通过观测得出了“人差方程”，即B（天文学家1的反应时间）－A（天文学家2的反映时间）≈1.22s，来表示Bessel的观测数据和另一位天文学家的观测数据之间的差。

2．生理学的研究

（1）Hehnhohz的研究

l850年生理学家Hehnhohz运用反应时间来测定蛙神经的传导速度。后来，他用一弱电击刺激人的皮肤，让被试一旦觉得电击就用手反应，记录这些反应时的差异。他从中可粗略估计人的神经传导速度约为60m·s-1。

（2）Donders的研究

1868年，荷兰生理学家Donders发明了分离反应时间的实验。Donders借助反应时间的相减得到选择反应时间、辨别反应时间，即减法反应时。

3．心理学的研究

（1）Wundt及其学生的研究

Wundt及其学生，特别是Cattell，对反应时间进行了一系列的实验研究。

（2）认知心理学

20世纪50年代中期之后，认知心理学利用反应时间这一客观指标对加工过程进行研究，以揭示信息加工过程和各个阶段。

①相减法

减法反应时在具体应用中假定，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，而在其它方面均相同，这样就可判定这两个作业的反应时间之差就是完成那个特定心理过程所需的时间。

②相加法

Sternberg发展了反应时间的相加因素法。这种方法假定，完成一个作业所需的时间是一系列信息加工阶段分别所需时间的总和，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；如果两个因素的效应是分别独立的，那么这两个因素各自作用于某一特定的加工阶段。

③开窗实验法

Hamilton等（1977）、Hockey等（1981）发展了“开窗”实验。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。

（3）速度与准确率权衡现象

速度与准确率权衡现象是指在反应时实验中，被试往往会以牺牲反应正确率为代价而换取反应的速度，有时则会为了达到高的反应正确率而牺牲反应的速度。被试在反应时实验中可运用不同的速度-准确率权衡标准来指导自己的反应。

（4）内隐联想测验

当呈现的词语与被试态度相一致时，反应速度快，反应时间短；反之，反应速度慢，反应时间长。

二、反应时间的测定方法

（一）减数法

1．三种反应时间

Donders首先测定三种不同的反应时间：

（1）A反应时。一个反应仅对应于一个刺激，当一个刺激呈现时，就立即对其做出反应，这种反应时间也称为简单反应时。

（2）B反应时。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包含简单反应时、辨别反应时和选择反应时。

（3）C反应时。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。而对其它刺激则呈现不反应。所测得的反应时间包括简单反应时和辨别反应时。

2．减数法在认知心理学中的应用

在认知心理学中，研究者们有时运用减数法来判定某个信息加工阶段的存在，如Posner等的研究；有时也用此法来判定一系列连续加工阶段的存在，如Cooper和Shepard（1973）的研究。

（1）Posner的研究

Posner等人运用反应时减数法来证实，短时记忆的信息除听觉编码之外，还存在视觉编码。

①实验程序

a．在实验中安排了两种材料：一种是形同音同的两个字母如AA；另一种是形异音同的两个字母如Aa。

b．字母有两种呈现方式：同时呈现和继时呈现，其中还设置有几个间隔时间。

c．要求被试判定所呈现的两个字母是否相同，记录反应时间。在这两种情况下，正确反应都是“相同”。

②实验结果

a．同时呈现时，形同音同的两个字母的反应时小于形异音同的两个字母的反应时。

b．继时呈现时，随着两个字母的间隔时间增加，形同音同的字母对的反应时急剧增加；而形异音同的字母对的反应时却变化不大。并且两者的反应时的差别逐渐缩小。当两个字母呈现的间隔时间为2s时，其差别很小。

③结果解释

a．在同时呈现条件下，形同音同的字母对的判定反应时较小，因为此字母对可直接按其视觉特征来判定。这表明，形同音同的字母对的匹配是在视觉编码的基础上进行的；形异音同字母对则需从视觉编码过渡到听觉编码，所以其用时较多。

b．在继时呈现条件下，随着两个字母呈现的间隔时间增大，形同音同的字母对的视觉编码效应逐渐变弱，而听觉编码的作用增大，所以其反应时也随之增加，并与依赖于听觉编码的形异音同的字母对的反应时的差别逐渐减小。

④结论

Posner等运用反应时的减数法证实了某些短时记忆信息可以存在视觉编码和听觉编码两个阶段。

（2）Cooper和Shepard的研究

Cooper和Shepard用减数法的实验证实了心理旋转的存在。心理旋转是指单凭心理运作的方式，将所知觉的客体进行旋转，从而获得正确知觉经验的心理过程。

①实验程序

a．实验采用非对称性字母“R”为实验材料，根据“正”“反”以及不同的倾斜角度（0°、60°、120°、180°、210°、300°）构成12种情况。

b．要求被试只需报告字母R的正反情况，而忽略其倾斜程度

c．实验一共分为5种条件：第一，五进一步信息；第二，仅提示正或反；第三，仅提示倾斜度；第四，分别提示正、反和倾斜度；第五，同时提示正、反和倾斜度

②实验结果

字母倾斜度越大，反应时间越长。

③结果解释

字母的倾斜度越大，心理旋转，将其转回到正常的“R”，所需要的时间就越长，即反应时间越长。

④结论

Cooper和Shepard用减数法的实验证实了心理旋转的存在。如果存在两个任务，它们之间除了需要心理旋转的角度不同以外无差异，那么两者反应时相减即为完成心理旋转两者角度只差所需要的时间。

3．减数法的不足

减数法简单地认为信息加工是多个加工阶段孤立完成的，但实际上，一般并不能保证复杂的信息加工过程中，某些加工阶段不会相互影响，因此使用减数法做研究时，应考虑实际情况，做出具体分析。

（二）加因素法

1．加因素法基本原理

Sternberg提出加因素法，这种方法规定完成一个认为所需要的时间是一系列信息加工阶段各自需要时间的总和，如果能够分离出影响某种任务的一些因素，并单独进行操作，就能观察到这些因素对完成任务的影响。其基本原理是如果两个不同的实验因素，彼此独立地影响任务的完成，那么它们的效应可以叠加，其影响的是两个不同的加工阶段；反之不可以叠加，那么它们影响的是同一个加工阶段。

2．短时记忆信息提取的阶段及其影响因素

Sternberg通过加因素法确定了对短时记忆信息提取过程有独立作用的4个因素，并且这4个因素分别对4个独立的加工阶段起作用。可将短时记忆的信息提取过程用框图来表示（图4-1）。

图4-1  短时记忆信息提取的阶段及其影响因素

3．信息加工过程的时间

（1）根据Sternberg的反应时相加因素法的原理，完成一项作业所需的时间是一系列信息加工阶段分别所需时间的总和，则整个信息加工过程的时间应为：

设a＝e＋C，则：

（2）其中，e为探针刺激编码阶段的时间，N为识记项目的数量，b为每个项目比较的耗时，C为决策阶段和反应组织阶段共需的时间。

（三）“开窗”实验

典型的“开窗”实验是Hockey等（1981）设计的字母转换实验。主试向被试呈现1-4个字母或字母串，在字母串之后标有一数字。这一数字表明把该数字之前的字母或字母串中的每个字母都按英文字母表中的位置转换到该数字所指的位置上的字母。以“KENC＋4”为例。

1．实验程序

最先呈现“4个字母＋4”。然后，被试按一下键，就可看到第一个字母“K”，当看到“K”之后，被试就做出声转换，即说出L-M-N-O，然后再按键，第二个字母“E”呈现，再做出声转换，如此下去，直到4个字母全部呈现完毕并作出回答。

2．结果分析

根据该实验的反应时数据，可以得出完成字母转换作业的3个加工阶段：

（1）编码阶段，即从被试按键看到一个字母到开始出声转换所用的时间。

（2）转换阶段，即转换所用的时间。

（3）贮存阶段，即从前一个字母转换结束到按键看下一个字母的时间。

3．评价

反应时间的相减法和相加因素法都不是直接测出某一特定加工阶段所需的时间，而是间接地通过作业之间的比较而得出的，并且相应的加工阶段还要通过严密的推理才能被发现。“开窗”实验通过对字母转换作业的分析，可把每一种认知加工成分所经历的时间都比较直接地估计出来。

（四）内隐联想测验

内隐联想测验是由Greenwald等人提出来的，是以反应时为指标，通过测量被试对目标概念与属性词所形成的联系紧密度，以数量化的形式表示个体对于特定目标概念的态度或观念。

1．实验程序

（1）呈现一系列不同的目标概念要求被试进行快速分类，并对分类结果做出反馈，且记录对目标概念分类简单反应时；

（2）呈现一系列不同类别的属性词要求被试进行快速分类，对分类结果的反馈和记录简单反应时的方式与步骤一相同；

（3）联合任务一，要求被试对目标概念与属性词的联合做出。由于目标概念与属性词之间有两中可能关系，即相容的和不相容的，所以通常在内隐联想测验中会设置两个联合任务——相容联合任务和不相容联合任务。其中相容是指二者的联系与被试内隐的态度相一致，反之则不相容；

（4）对联合任务一进行正式测试；

（5）为了配合联合任务二的实施，交换左右键反应的内容；

（6）联合任务二，和联合任务一的反应内容整合相反；

（7）对联合任务而进行正式测试。

2．经典研究

Greenwald等人的花-昆虫内隐联想实验

3．研究结果

两种联合任务的反应时间有显著差异，即内隐联想测验效应显著——被试对“花＋积极词”的联合反应明显快于“虫＋积极词”的联合，这表明“花＋积极词”的联合与被试的内隐态度更一致，即被试对花的态度更为正向。

（五）反应时间的数据分析

1．集中趋势的方法

最为常见的反应时间分析方法就是分析数据的集中趋势（平均数）和离散程度（标准差），比较不同条件间的平均差异可采用方差分析的方法。不足有：采用方差分析可能需要方差齐性检验，并进行优化；仅考察平均数，可能会造成某些结果被忽略。

2．整体分布的方法

常采用指数分布、正态分布等来分析数据。不足有：将每个数据都纳入结果之中，难以排除联系效应，疲劳效应等。

三、影响反应时间的因素

（一）刺激因素

1．刺激强度

（1）一般当刺激强度较弱时，反应时间较长，随刺激强度增加，反应时间会逐渐缩短。

（2）当刺激强度增加到一定程度时，反应时间的缩短速度减小甚至停留在某一水平上。

2．刺激的时间特性以及空间特性

（1）当物理刺激的强度本身保持不变，而增加作用于感官的时间，这样便会增加刺激的心理强度。

（2）如果物理刺激强度保持不变，刺激的时间也保持不变，仅增加刺激的面积时，也会增加刺激的心理强度。

3．感觉通道

（1）不同的感觉器官的反应时间不同，而且同一感觉器官受到不同刺激物，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，其反应时间也不同。

（2）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。

4．刺激类型

单一刺激比复合刺激反应时间长

（二）被试

1．适应水平

机体对刺激的适应水平不同，反应时间也不同。

2．准备状态

从预备信号的发出到刺激的呈现这一时距称为预备时间。

（1）如果预备时间太短，被试就会来不及作好反应的准备；

（2）如果预备时间太长，被试的准备状态则会越过最佳状态而趋向衰退。

3．额外动机

（1）在罚的条件下，被试反应的额外动机最强，其反应时最短；

（2）在赏的条件下，被试的反应时次之；

（3）在不赏不罚的条件下，反应时间最长。

4．年龄

（1）25岁以前，人的反应时间逐渐变快；

（2）进至成人阶段，其反应时间的变化很少；

（3）60岁之后，反应时间开始变慢。

5．练习

（1）一般练习越多，反应时间越短，最后达到反应时间不可再减少的最小限度。

（2）反应越复杂，经练习，反应时间变化幅度越大；简单反应，反应时间的变化幅度则较小。

6．个体差异

被试变量中主要的是个人在反应时间上的差异。同一个被试，在同一条件下，其每时每刻的反应时间也会因其心理和生理方面的某些变化而不同。

（三）速度与准确率权衡

在完成任务的过程中，有的被试会牺牲准确率来提高速度，有的被试会牺牲反应速度来提高准确率，也就是说被试会主观权衡反应速度与准确率的标准来完成实验，这就是反应速度与准确率的权衡现象。

（四）实验设备的时间精度

当下，研究者可以使用计算机进行实验研究，计算机测量反应时，其准确性依赖于以下两点：

1．操作系统

当下流行的操作系统均能很好的满足心理学实验的要求，但在测量反应时的实验中，即便是几十毫秒的误差，也会影响实验结果，这就要求研究者尽量做到控制误差在合理范围内。

2．外接设备

外接设备包括鼠标、键盘、按键器等，每一次按键，所带来的时间上的误差，都会影响实验结果，条件允许的情况下，需使用时间精确度高的键盘和鼠标。