第五講心理物理法

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

閾限可以分為兩類：絕對閾限(AL)和差別閾限(DL)

絕對閾限是指剛剛能引起感覺的刺激量；

差別閾限是指剛剛能引起差別感覺的刺激間的最小差別。然而根據(jù)上述兩個定義，我們無法對它們進(jìn)行測量。為了便于測量，必須給抽象的定義下操作定義。

絕對閾限的操作定義：有50%的實驗次數(shù)能引起積極反應(yīng)的刺激值。

差別閾限的操作定義：有50%的實驗次數(shù)能引起差別感覺的那個刺激強度差。AbsolutethresholdAsmallestintensityofasensorystimulusthatcanbedetectedorcanreliablyevokeasensation.閾限測定實驗的基本要求選好刺激系列和反應(yīng)系列。刺激系列是指一系列強度不同的同類刺激。刺激系列的范圍要包括被試總是無法感覺到刺激和被試一直能感覺到的刺激。要盡量簡化被試對刺激所作的反應(yīng)。常用的反應(yīng)有：“有、無”；“大于，小于，等于”；“兩倍，一半”等。測定的次數(shù)要多。由于閾限值不是一個突然的分界點，而是一個逐漸的過度區(qū)，因此需要多次反復(fù)測量。一般都需要上百次。采用最小變化法測定絕對閾限最小變化法又叫極限法。其特點為：（1）將刺激按遞增或遞減系列的方式交替出現(xiàn)；（2）各系列刺激由小到大或由大到小以間隔相等的小步階梯變化；（3）目的在于探索從一類反應(yīng)到另一類反應(yīng)的轉(zhuǎn)折點或閾限位置。自變量（注意：閾限測定中的實驗和前述實驗不同）自變量為刺激系列和呈現(xiàn)方式。刺激系列包括15-20個具體的刺激值，即檢查點。呈現(xiàn)方式包括漸增系列和漸減系列，為了控制順序效應(yīng)，二者以ABBA的順序交替呈現(xiàn)。漸增系列從閾下刺激開始，漸減系列從閾上刺激開始。兩種系列的實驗次數(shù)分別至少需要50次。因變量被試的內(nèi)省報告，具體反應(yīng)為“有”和“無”，主試分別用“+”和“-”記錄被試的反應(yīng)。遞增系列在第一次報告“有”時停止，遞減系列在第一次報告“無”時停止。閾限的確定在一個刺激系列中，被試報告“有”和“無”時，相應(yīng)的兩個刺激強度的中點，就是這個系列的閾限值。在每個系列的閾限值的基礎(chǔ)上，計算出遞增系列與遞減系列的兩個平均值，這兩個平均值的平均數(shù)就是一種感覺的絕對閾限值。誤差及控制被試受到對刺激由“是”變?yōu)椤胺瘛边^程中預(yù)期的影響。被試會非常小心地改變判斷。

某些近似的覺察閾限感覺種類覺察閾限值視覺清晰無霧的夜晚30英里處看到的一只燭光聽覺安靜條件下20ft.處表的滴答聲味覺一茶匙糖溶于8L水中嗅覺一滴香水?dāng)U散到三室一套的整個房間觸覺一只蜜蜂的翅膀從1cm高處落到你的背部引自Schiffman（1996），這些閾限值僅作示意用。1ft.=30.48cmDifferencethresholdThesmallestdetectablechangeinastimulusordifferencebetweentwostimulithatcanbereliablydetected.采用最小變化法測量差別閾限自變量（實驗刺激）每次試驗都包含兩個刺激：標(biāo)準(zhǔn)刺激和比較刺激。比較刺激也有漸增系列和漸減系列；標(biāo)準(zhǔn)刺激與比較刺激可以同時呈現(xiàn)也可以繼時呈現(xiàn)。因變量有關(guān)差別感覺的內(nèi)省報告。有三種反應(yīng)結(jié)果：比較刺激>標(biāo)準(zhǔn)刺激，記錄為“+”； 比較刺激<標(biāo)準(zhǔn)刺激，記錄為“-”； 比較刺激=標(biāo)準(zhǔn)刺激，記錄為“=”。差別上限（Upperthreshold，UT）：漸增系列中從第一次（最后一次）非“正”到“正”的之間的中點，和漸減系列中從最后一次“正”到非“正”之間的中點差別下限（Lowerthreshold，LT）：漸增系列中從最后一次“負(fù)”到第一次非“負(fù)”之間的中點；和漸減系列中從第一次非“負(fù)”到“負(fù)”之間的中點。不肯定間距（Intervalofuncertainty,IU）：上限與下限之間的距離，IU=UT-LT主觀相等點（Pointofsubjectiveequality,PSE）：就是不肯定間距的中點。PSE與標(biāo)準(zhǔn)刺激之間的差別為常誤（CE）。差別閾限：不肯定間距的一半。IU/2差別閾限的確定Weber’sLaw:ΔI/I=K（I表示標(biāo)準(zhǔn)刺激的物理量；ΔI表示差別閾限；K是常數(shù)）差別閾限和標(biāo)準(zhǔn)刺激成正比，并且差別閾限和標(biāo)準(zhǔn)刺激的比例是個常數(shù)。Themagnitudeofthedifferencethresholdincreaseswithincreasesinthemagnitudeofthestandardstimulus.（差別閾限隨著標(biāo)準(zhǔn)刺激的增大而增大。）Foraparticularsensorymodality,thesizeofthedifferencethresholdrelativetothestandardstimulusisconstant.（對于某個特定的感覺，差別閾限相對于標(biāo)準(zhǔn)刺激的值是恒定的。）.au/jw/hearing.html最優(yōu)條件下各種感覺通道的韋伯比例感覺通道韋伯比例（韋伯分?jǐn)?shù)）音高/2000Hz1/333重壓覺/400g1/77視明度/100光子1/62舉重/300g1/52響度/100dB，1000Hz1/11橡膠氣味/200嗅單位1/10皮膚壓覺/5g/mm21/7咸味道/3mol/L（3克分子/公升）1/5適用條件只適用于中等強度的刺激。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)刺激接近絕對閾限時，韋伯分?jǐn)?shù)有較大的增加。韋伯定律的意義是有關(guān)心理量與物理量之間函數(shù)關(guān)系的第一個定律，具有深遠(yuǎn)的影響。提供了一個比較辨別能力的重要指標(biāo)，使個體之間及感覺道之間感受性的比較成為可能。在社會科學(xué)中有深刻引申意義。如在生活滿意度，消費心理，個人追求與欲望方面都蘊涵著韋伯定律的道理。最小變化法恒定刺激法平均差誤法SignalDetectionTheory(SDT)

NothresholdEvidenceIntensityofthesignalTheacuityoftheobserverResponsebiasPayoffsFrequencyMotivationVigilanceResponse信號檢測論：反應(yīng)偏向、辨別力指標(biāo)主要術(shù)語：擊中概率、虛報概率、漏報概率、正確否定概率分布統(tǒng)計判斷標(biāo)準(zhǔn)二擇一的刺激情境一定范圍內(nèi)的模糊感覺（弱-強）判斷為SN的概率判斷為N的概率辨別能力判斷標(biāo)準(zhǔn)由N引起的感覺分布由N+SN引起的感覺分布Evidence:Tumorsmayhavedifferentimagecharacteristicsfromhealthylungs(differentshape,brighterordarker,differenttexture,etc.)ResponsebiasDifferentdoctorsmayfeelthatthedifferenttypesoferrorsarenotequal.More“Yes”response.Missanopportunityforearlydiagnosismaymeanthedifferencebetweenlifeanddeath;Falsealarmmayonlyresultinaroutinebiopsyoperation.More“No”response.Unnecessarysurgeriesareverybad(expensive,stress,etc.).e.g.ImaginethataradiologistisexaminingaCTscan,lookingforevidenceofatumor.Noise膠片上的污跡、某人正常的肺看上去像腫瘤Signal+Noise腫瘤＋污跡、像腫瘤部分Receiver-operatingcharacteristic(ROC)curve

接受者操作特征曲線

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

ResponsebiasROC曲線舉例：實驗內(nèi)容讓被試在白噪音的的背景上檢測一個純音信號。為了改變被試的判斷標(biāo)準(zhǔn)，使用了五種先驗概率，分別為0.1、0.3、0.5、0.7、0.9。每個先驗概率測試400次。實驗結(jié)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圖示：00.200.400.600.801.0P（y/N）1.00.80.60.40.2P（y/SN）五種先驗概率下的ROC曲線ROC曲線的特性：（1）對于一條特定的ROC曲線來說，d’是恒定的，所以也叫等感受性曲線。（2）對角線代表辨別力等于0的一條線，也叫純機遇線。（3）ROC曲線離純機遇線越遠(yuǎn)，表明被試的辨別力越強。（4）辨別力不同的被試的ROC曲線也不同。d’:Distancebetweensignalandnoisedistribution;MaximumdistancebetweentheROCcurveandthediagonal1≈0.05844/0.2432≈0.243/0.398941≈0.39894/0.243SlopeoftheROCfunctionatthepointofinterest.

SN+1-1N-1+1反應(yīng)刺激yn支付矩陣

SN+20-20N-1+1反應(yīng)刺激yn

SN+1-1N-30+30反應(yīng)刺激ynNothreshold?Intensityofstimulus:

detectable,undetectableDecisionthreshold:

report,ornotreportd’,AdvantagesTheabilitytomeasurebothsensitivityandresponsebias.ApplicationsMedical-imagingsystemsAccuracyofliedetectorsEyewitnesstestimonyAptitudetestsforselectingsuitablepersonnelTopic:

Measurementscales

Illustration:

Fechner’sLawandStevens’LawOutlinePropertiesofmeasurementscalesTypesofmeasurementscalesTwoapproachestowardthemeasurementofsensationPropertiesofmeasurementscalesDifference（差異）Magnitude（強度）Equalintervals（等距）Truezero（絕對零點）Nominalscales(名稱量表)Ordinalscales（順序量表）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(最小可覺差,JND)Theinternalsensationevokedbytwostimulithatdifferbyonedifferencethreshold.Theunitdefiningtheintervalsofaninternalpsychologicalscale.Ordinalscale(順序量表)ψ=Klog(S)當(dāng)刺激量以幾何級數(shù)增加時,心理量則以算術(shù)級數(shù)增加.Stevens’PowerLaw(冪定律)DirectscalingMethodofmagnitudeestimationE.g.,EssayexamsRatioscaleψ=KSn心理量和物理量都按幾何級數(shù)增長.Topic:

Small-ndesigns(小樣本設(shè)計)

Illustration:

PsychophysicalmethodsSmall-ndesignsAlargenumberoftightlycontrolledobservationsaremadeonasmallnumberofobservers.(基于少量被試在嚴(yán)格控制的環(huán)境下得到大量觀測值。)Whenusesmall-ndesigns?Less-complexpsychologicalprocessesWell-controlledsettingsE.g.,Psychophysics,LearningSummaryTopic:Operationaldefi