心理物理法（信號(hào)檢測(cè)論）-實(shí)驗(yàn)心理學(xué)

心理物理學(xué)Psychophysics

信號(hào)檢測(cè)論

Signaldetectiontheory(SDT)實(shí)驗(yàn)心理學(xué)教研室梁麗娟實(shí)驗(yàn)心理學(xué)

EXERIMENTALPSYCHOLOGY

主要內(nèi)容信號(hào)檢測(cè)論的起源1信號(hào)檢測(cè)論的基本思想2信號(hào)檢測(cè)論的實(shí)驗(yàn)方法3接受者操作特征曲線(ROC)4信號(hào)檢測(cè)論的應(yīng)用5刺激強(qiáng)度與感受性的曲線函數(shù)一.信號(hào)檢測(cè)論的起源如：兩個(gè)人正在看電視，外面有人敲門，甲說：有人敲門。乙說：沒聽見。從古典心理物理學(xué)的角度可以這么說（甲的閾限比乙低），但從信號(hào)檢測(cè)論（signaldetectiontheory，SDT）的角度看，不能這么說。傳統(tǒng)心理物理學(xué)只涉及到感受性。SDT不僅涉及到感受性，也涉及到判斷標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)心理物理學(xué)最大的不足？甲的感知覺能力優(yōu)于乙？一.信號(hào)檢測(cè)論的起源信號(hào)檢測(cè)論的提出使心理物理學(xué)方法發(fā)展到一個(gè)新的階段。對(duì)于不確定和有操作瓶頸的情況尤其適用。信號(hào)檢測(cè)論徹底改變了人們對(duì)閾限的理解，將個(gè)體感受性和主觀動(dòng)機(jī)，反應(yīng)偏好等加以區(qū)分開，從而解決了傳統(tǒng)心理物理學(xué)無法解決的問題。一.信號(hào)檢測(cè)論的起源傳統(tǒng)心理物理學(xué)假設(shè)感知覺過程中存在生理功能局限性，刺激達(dá)到一定強(qiáng)度才可以感知。信號(hào)檢測(cè)論假設(shè)不存在生理功能局限性，決策困難在于內(nèi)部和外部的干擾。信息加工的過程包括感覺印象和決策過程如：異常X光片刺激強(qiáng)度決定決策標(biāo)準(zhǔn)決定刺激的感受性影響因素：刺激Stimulus(external)神經(jīng)中樞Neural(internal)注意Attention(internal)色子游戲假如一次擲三個(gè)色子，兩顆正常1-6，第三顆特殊，3面是0，三面是3，現(xiàn)在告訴了總和，讓你判斷特殊的色子是0還是3？

如果總數(shù)是2，3，8，9，11，12，14三個(gè)色子總點(diǎn)數(shù)23689111214特殊色子“0”概率特殊色子“3”概率1052205441204525你會(huì)猜“0”還是“3”?色子游戲中反應(yīng)類型存在四種。色子游戲結(jié)果類型擊中率+漏報(bào)率=100%虛報(bào)率+正確拒絕=100%兩種反應(yīng)（Y/N）和兩種條件（有/無信號(hào)）——信號(hào)檢測(cè)論判斷RS3（猜）03（特殊色子）擊中漏報(bào)0虛報(bào)正確拒絕哪些是正確操作？

主要內(nèi)容信號(hào)檢測(cè)論的起源1信號(hào)檢測(cè)論的基本思想2接受者操作特征曲線(ROC)3信號(hào)檢測(cè)論的實(shí)驗(yàn)方法4信號(hào)檢測(cè)論的應(yīng)用5二、信號(hào)檢測(cè)論的基本思想信號(hào)檢測(cè)論的基本假設(shè)：重復(fù)一個(gè)刺激不可能產(chǎn)生相同的感覺量，但多次呈現(xiàn)就會(huì)形成一個(gè)刺激的感覺分布。這個(gè)分布是正態(tài)的，重疊部分可能是信號(hào)也可能是噪音。

擊中正確拒絕虛報(bào)漏報(bào)噪音信號(hào)信號(hào)檢測(cè)論的基本思想：（一）信號(hào)和噪音（二）決策標(biāo)準(zhǔn)（三）辨別力（一）信號(hào)和噪音信號(hào)（signal）和噪音（noise）是信號(hào)檢測(cè)論中最基本的兩個(gè)概念。信號(hào)可以理解為刺激（stimuli）；噪音就是信號(hào)所伴隨的背景，對(duì)信號(hào)檢測(cè)起干擾作用的所有背景都是噪音。信號(hào)和噪音感覺的分布重疊越多，越難區(qū)分；相距越遠(yuǎn)越容易區(qū)分。

三種不同信號(hào)強(qiáng)度下，噪音和信號(hào)+噪音的理論分布概率密度感覺強(qiáng)度信號(hào)由大到小信號(hào)變化趨勢(shì)?（二）決策標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和噪音兩個(gè)感覺分布視為無數(shù)次感覺過程累計(jì)，這樣觀察者的每一次感覺過程都會(huì)產(chǎn)生一定的感覺量值x。這個(gè)x必定落在噪音分布和信號(hào)分布所覆蓋的范圍內(nèi)。傳統(tǒng)心理物理法的問題：判斷標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于此區(qū)間內(nèi)任意一個(gè)x，它來自信號(hào)分布或噪音分布的可能性，可以用其在兩個(gè)分布中對(duì)應(yīng)的縱線高度（O）來衡量。x對(duì)應(yīng)的兩個(gè)分布上的縱線高度之比被稱作似然比L（X）

：L（X）=O(SN)/O(N)( POZ轉(zhuǎn)換)似然比β即評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格（保守），擊中率和虛報(bào)率下降；而漏報(bào)率和正確拒絕卻上升。反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)寬松（冒進(jìn)），擊中率和虛報(bào)率上升；而漏報(bào)率和正確拒絕卻下降。判斷標(biāo)準(zhǔn)與d’不相關(guān)冒進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)可能是信號(hào)的時(shí)候就會(huì)做出“yes”反應(yīng)保守標(biāo)準(zhǔn)：只有當(dāng)被試完全確定信號(hào)出現(xiàn)才會(huì)做出“yes”反應(yīng)通常情況下，信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的分辨能力是一個(gè)穩(wěn)定的參數(shù)，但其判別標(biāo)準(zhǔn)則會(huì)通某些情景條件的變化而變化。決策標(biāo)準(zhǔn)決定因素主要有三個(gè)：1.刺激出現(xiàn)的概率2.外在的獎(jiǎng)懲條件3.性格特征1.刺激出現(xiàn)的概率如果信號(hào)經(jīng)常發(fā)生，標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)下降。如：無車路面與繁忙路面哪個(gè)更容易撞車？

如果信號(hào)很少發(fā)生，標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)上升。如：坐汽車危險(xiǎn)還是坐飛機(jī)危險(xiǎn)？實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)各次實(shí)驗(yàn)先驗(yàn)概率YESNO決策標(biāo)準(zhǔn)A20%SNN0.160.020.840.984.48B50%SNN0.500.160.500.841.649C80%SNN0.930.690.070.310.3692.外在的獎(jiǎng)懲條件很多情況下，最佳不再意味最少的錯(cuò)誤，而是意味得到所期望的最大收益（或?qū)p失降到最?。?。如：盲約與結(jié)婚的決策獎(jiǎng)罰導(dǎo)致不同的動(dòng)機(jī)水平，鼓勵(lì)多說信號(hào)，決策標(biāo)準(zhǔn)會(huì)降低；反之，決策標(biāo)準(zhǔn)下降。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（先驗(yàn)概率為50%）各次實(shí)驗(yàn)獎(jiǎng)懲條件YESNO決策標(biāo)準(zhǔn)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：質(zhì)量檢查員如何設(shè)置獎(jiǎng)罰方式更合理？3.性格特征性格比較謹(jǐn)慎的被試不會(huì)輕易的作出“YES”判斷，除非感覺強(qiáng)度比較大，這種被試的覺得標(biāo)準(zhǔn)比較高。相反，性格比較隨意和冒進(jìn)的人，則更容易作出“YES”反應(yīng)，其判斷標(biāo)準(zhǔn)比較低。（三）辨別力Discriminability敏感性可以表現(xiàn)為內(nèi)部噪音分布與信號(hào)加噪音分布之間的分離程度。兩者的分離程度越大，敏感性越高；分離程度越小，敏感性越低。辨別力d’=ZSN－ZN辨別力低辨別力高信號(hào)辨別力決定于信號(hào)的強(qiáng)度和噪音的變化信噪差異越大d’越大d’=0：SN和N的分布完全重疊研究實(shí)例1短時(shí)作業(yè)中警戒績效影響因素的實(shí)驗(yàn)研究自變量：信號(hào)密度（信噪比）10、15、20次占空比：0.5和1結(jié)果：信號(hào)比對(duì)辨別力d’的主效應(yīng)顯著（信噪比增加辨別力增強(qiáng)）；對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)影響不顯著。占空比對(duì)兩者影響都不顯著。研究實(shí)例2實(shí)驗(yàn)?zāi)康模盒盘?hào)檢測(cè)論技術(shù)分析男女對(duì)聽覺記憶源反應(yīng)的性別差異。實(shí)驗(yàn)材料：雙字詞語60個(gè)，分別由一個(gè)男生和一個(gè)女生交替朗讀信號(hào)與噪音：女生聲源以男生為背景噪音，反之亦然思考：投資決策的有限理性實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)材料：模擬投資決策情境：新業(yè)務(wù)投資環(huán)境（有利或不利）如：近期宏觀政策鼓勵(lì)投資，區(qū)域政策倡導(dǎo)企業(yè)快速成長（有利）決策條件：公司既有業(yè)務(wù)的“風(fēng)險(xiǎn)-收益”特征（低風(fēng)險(xiǎn)-低收益、中風(fēng)險(xiǎn)-中收益、高風(fēng)險(xiǎn)-高收益（如90%的概率好的400萬利潤，10%概率一無所有）決策任務(wù)：新業(yè)務(wù)投資兩模式機(jī)會(huì)采納和機(jī)會(huì)替代（如該項(xiàng)目于當(dāng)前業(yè)務(wù)有（沒有）沖突，選擇意味著并行或放棄以前的業(yè)務(wù)）決策對(duì)象：新業(yè)務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)特征（低風(fēng)險(xiǎn)-低收益、中風(fēng)險(xiǎn)-中收益、高風(fēng)險(xiǎn)-高收益（如90%的概率好的400萬利潤，10%概率一無所有）主要內(nèi)容信號(hào)檢測(cè)論的起源1信號(hào)檢測(cè)論的基本思想2接受者操作特征曲線(ROC)3信號(hào)檢測(cè)論的實(shí)驗(yàn)方法4信號(hào)檢測(cè)論的應(yīng)用5三.接受者操作特征曲線(ROC)三.接受者操作特征曲線(ROC)又稱為感受性曲線（sensitivitycurve）。原因在于曲線上各點(diǎn)反映著相同的感受性，都是對(duì)同一信號(hào)刺激的反應(yīng)，只不過是在幾種不同的判定標(biāo)準(zhǔn)下所得的結(jié)果而已。它以虛驚概率為橫軸，擊中概率為縱軸所組成的坐標(biāo)圖，和被試在特定刺激條件下由于采用不同的判斷標(biāo)準(zhǔn)得出的不同結(jié)果畫出的曲線。各次實(shí)驗(yàn)先驗(yàn)概率YESNOA20%SNN0.160.020.840.98B50%SNN0.500.160.500.84C80%SNN0.930.690.070.31請(qǐng)畫出ROC曲線各次實(shí)驗(yàn)的判斷標(biāo)準(zhǔn)如何？決策標(biāo)準(zhǔn)4.481.6490.369各次實(shí)驗(yàn)獎(jiǎng)懲條件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請(qǐng)畫出ROC曲線各次實(shí)驗(yàn)的判斷標(biāo)準(zhǔn)如何？決策標(biāo)準(zhǔn)4.4811.0000.223小結(jié)

改變操作曲線的擊中和虛報(bào)的方法：通過改變獎(jiǎng)罰方式改變信號(hào)出現(xiàn)概率ROC曲線特征曲線上的坐標(biāo)點(diǎn)靠近左下角的其判斷標(biāo)準(zhǔn)比較高；靠近右上角（1.1）點(diǎn)，判斷標(biāo)準(zhǔn)比較低。ROC曲線越靠近坐標(biāo)系的對(duì)角線，顯示被試的辨別力指數(shù)越低；越偏向左上角方向，越遠(yuǎn)離對(duì)角線，顯示出被試的辨別力指數(shù)越大，信號(hào)分別能力越強(qiáng)。

判斷標(biāo)準(zhǔn)=擊中率的縱坐標(biāo)/虛報(bào)率的縱坐標(biāo)）β=Osn/On辨別力=指標(biāo)C到信號(hào)峰值的距離-指標(biāo)C到噪音峰值的距離d‘=Zsn-Znβ的具體計(jì)算P（hit）=0.28，P(fa）=0.06,通過查POZ轉(zhuǎn)換表求得Osn縱軸值為0.3368，O虛報(bào)的縱軸值為0.1192，則β=標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)？寬？P（hit）=0.28，P(fa）=0.06,通過查POZ轉(zhuǎn)換表求得Osn縱軸值為0.3478，O虛報(bào)的縱軸值為0.3478，則β=標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)？寬？P（hit）=0.28，P(fa）=0.06,通過查POZ轉(zhuǎn)換表，求得Osn縱軸值為0.1192，O虛報(bào)的縱軸值為0.3368，則β=主要內(nèi)容信號(hào)檢測(cè)論的起源1信號(hào)檢測(cè)論的基本思想2接受者操作特征曲線(ROC)3信號(hào)檢測(cè)論的實(shí)驗(yàn)方法4信號(hào)檢測(cè)論的應(yīng)用5三、信號(hào)檢測(cè)論的實(shí)驗(yàn)方法1、有無法：這個(gè)方法事先要求選定SN刺激與N刺激，并規(guī)定SN和N出現(xiàn)的概率，然后以隨機(jī)的方式呈現(xiàn)SN或N要求被試回答，剛才是SN還是N。2、評(píng)價(jià)法在有無法中，當(dāng)判斷標(biāo)準(zhǔn)定下后，凡等于或大于此標(biāo)準(zhǔn)都說是由信號(hào)引起的。但信號(hào)與信號(hào)的強(qiáng)度也有不同。這樣，我們只知道被試判斷的是信號(hào)還是噪音，至于離標(biāo)準(zhǔn)線多遠(yuǎn)。我們不知道，這樣就丟失了很多信息。因此可采用評(píng)價(jià)法做實(shí)驗(yàn)——在確信是信號(hào)或噪音之后，進(jìn)一步回答確信的程度，用這種方法，可以把信號(hào)或噪音引起的感覺離標(biāo)準(zhǔn)多遠(yuǎn)表達(dá)出來。確信等級(jí)含義相應(yīng)的概率判斷第6等十分肯定有信號(hào)出現(xiàn)100%有信號(hào)出現(xiàn)第5等肯定有信號(hào)出現(xiàn)80%有信號(hào)出現(xiàn)第4等可能有信號(hào)出現(xiàn)60%有信號(hào)出現(xiàn)第3等可能沒有信號(hào)出現(xiàn)40%有信號(hào)出現(xiàn)第2等十分肯定有信號(hào)出現(xiàn)20%有信號(hào)出現(xiàn)第1等十分肯定沒有信號(hào)出現(xiàn)0%有信號(hào)出現(xiàn)

評(píng)價(jià)法的優(yōu)點(diǎn)：信息量大——有無信號(hào)和信心水平；效率高——評(píng)價(jià)法的實(shí)驗(yàn)過程相當(dāng)于幾次有無法的實(shí)驗(yàn)。兩種方法的比較：在有無法中，一種信號(hào)概率或一種獎(jiǎng)勵(lì)只允許被試用一個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)，而在評(píng)價(jià)法中，同一輪實(shí)驗(yàn)被試是在用多個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。這樣可保留多種信息。信號(hào)檢測(cè)論實(shí)驗(yàn)演示：結(jié)果分析：試比較抽象、具體圖像和文字材料的辨別力和判斷標(biāo)準(zhǔn)是否存在差異？主要內(nèi)容信號(hào)檢測(cè)論的起源1信號(hào)檢測(cè)論的基本思想2接受者操作特征曲線(ROC)3信號(hào)檢測(cè)論的實(shí)驗(yàn)方法4信號(hào)檢測(cè)論的應(yīng)用5五.信號(hào)檢測(cè)論的應(yīng)用醫(yī)療診斷再認(rèn)記憶目擊證詞警戒醫(yī)療診斷信號(hào)檢測(cè)論分析幫助醫(yī)生決定特定情況下，哪項(xiàng)診斷是非常重要的。如：1.HIV陽性，冒險(xiǎn)的檢測(cè)比較合適（高標(biāo)準(zhǔn)）誤報(bào)：增加操作的次數(shù)（增）漏報(bào)：他人感染的風(fēng)險(xiǎn)，公共衛(wèi)生安全（減）2.放射科診斷，保守的檢測(cè)比較適合（低標(biāo)準(zhǔn)）誤報(bào)：外科手術(shù)，醫(yī)療費(fèi)用（減）漏報(bào)：一個(gè)不必要的操作（增）五.信號(hào)檢測(cè)論的應(yīng)用醫(yī)療診斷再認(rèn)記憶目擊證詞警戒Contextualinterferenceinrecognitionmemorywithage，2007

研究目的：很多行為研究都表明了老年人的記憶是得益于背景的支持，而錯(cuò)誤的不相關(guān)的背景回引起的更多的干擾?，F(xiàn)在這個(gè)研究使用fMRI來探究背景信息對(duì)再認(rèn)判斷影響的年齡差異。被試：老年組和年輕組實(shí)驗(yàn)條件：（一）OO舊物體，舊背景，（二）ON舊物體，新背景，（三）NO新物體，舊背景，（四）NN舊物體，舊背景。實(shí)驗(yàn)材料：96個(gè)由背景和物體組成的彩色的照片學(xué)習(xí)階段：96個(gè)圖片測(cè)驗(yàn)階段192個(gè)圖片（不管背景如何，只要是原始的物體的圖片就按“是”）

行為結(jié)果：擊中率在年齡差異上不是很顯著，但是老年人在正確拒絕上比年輕人差很多。在NO項(xiàng)目中有明顯的年齡差異，即把新物體放在熟悉的背景上。結(jié)論：年齡差異的錯(cuò)誤記憶中背景干擾是很重要的一個(gè)因素,論證了老年人的記憶是得益于背景的支持