費希納定律介紹課件

第五章心理物理學

Psychophysics章節(jié)傳統(tǒng)心理物理學心理物理函數(shù)感覺的直接測量信號檢測論2第一節(jié)傳統(tǒng)心理物理學感覺閾限的測量閾上感覺的測量3感覺閾限的測量什么是感覺閾限(SensoryThreshold)?包括絕對閾限(absolutethreshold)和差別閾限(differencethreshold)。前者指剛好能夠引起心理感受的刺激量的大??；后者指剛好能引起差異感受的刺激變化量測量感覺閾限的方法最小變化法恒定刺激法平均差誤法4最小變化法什么是最小變化法基本的實驗過程誤差控制5什么是最小變化法又稱極限法（limitmethod)、序列探索法（methodofserialexploration)、最小可覺察法（或最小差異法）(methodofleastdifference)等，是測量閾限的直接方法特點將刺激按遞增或遞減系列的方式，以間隔相等的小步變化，尋求從一種反應到另一種反應的瞬時轉換點或閾限的位置。6基本的實驗過程測定絕對閾限（P232表）刺激：刺激系列（遞增或遞減序列）起點的確定程序：呈現(xiàn)刺激序列，要求被試報告是否感覺到刺激，當被試反應變化時停止閾限的計算（1）求每個系列上的閾限值；（2）求所有系列閾限的平均值，即總的閾限值測定差別閾限（P233表）刺激：一個標準刺激（St)和比較刺激（Sv)序列程序：呈現(xiàn)比較刺激序列，要求被試將之與標準刺激比較，直到被試反應發(fā)生轉折，以“+”、“-”、“=”、“？”記錄被試反應閾限的確定7誤差控制測定絕對閾限時產生的誤差及其控制習慣誤差：繼續(xù)作同一種判斷的傾向；使遞增系列閾值偏高，遞減系列閾值偏低期望誤差：期望轉折點盡快到來；使遞增系列閾值偏低，遞減系列閾值偏高*抵消習慣和期望誤差的方法為遞增和遞減序列數(shù)量一致練習誤差：練習使速度和準確性提高疲勞誤差：隨實驗進行，速度和準確性降低*控制練習和疲勞誤差的方法為ABBA法8誤差控制測定差別閾限時產生的誤差及其控制習慣、期望、練習和疲勞誤差及控制方法如前時間與空間誤差：標準和比較刺激呈現(xiàn)的時間先后和空間位置多層次ABBA法控制9恒定刺激法具體做法絕對閾限的計算差別閾限的計算10具體做法選擇距離相等的5到7個刺激，最大刺激強度被感知的可能性大于95%，最小刺激強度被感知的可能性低于5%每種刺激呈現(xiàn)50到200次刺激呈現(xiàn)順序隨機安排，測量絕對閾限時，無需標準值，測量差別閾限時，需將以上刺激與某一標準值比較求出各個刺激變量引起某種反應的次數(shù)11絕對閾限的計算—以兩點閾為例實驗程序：5個等距的刺激8、9、10、11、12毫米，每個呈現(xiàn)200次，要求被試報告是“兩點”還是“一點”用直線內插法求絕對閾限將刺激作為橫坐標，以正確判斷的百分數(shù)作為縱坐標畫曲線從縱軸的50%處畫出與橫軸平行的直線，與曲線交于點a，從點a向橫軸畫垂線，垂線與橫軸相交處就是兩點閾12差別閾限的計算—以重量辨別為例實驗程序：以200克為標準刺激，以從185到215克間隔為5克的7個重量作為比較刺激，要求被試做“重”、“相等”、“輕”三類反應用直線內插法求差別閾限以三種反應的次數(shù)作為縱坐標畫曲線直線內挺好求得50%次被判斷為比標準刺激重的重量和50%次被判斷比標準刺激輕的重量作為上限與下限13平均差誤法實驗程序閾限計算誤差控制14實驗程序呈現(xiàn)一個標準刺激，令被試再造、復制或調節(jié)一個比較刺激，使它與標準刺激相等，測定絕對閾限時，假設標準刺激為零。15閾值計算絕對閾限：每次調節(jié)結果的算術平均數(shù)差別閾限：其中，PSE為主觀相等點，即多次調整結果的平均值，St為標準刺激強度16誤差控制動作誤差：因被試所采用的動作方式不同而過高或過低估計比較刺激的反應傾向時間誤差標準刺激和比較刺激是相繼呈現(xiàn)導致的反應傾向控制方法多層次的ABBA法17閾上感覺的測量順序量表的建立將事物按某一標準排出一個次序，所建量表既不等距，也無絕對零點等距量表的建立建立有相等單位但無絕對零點的量表比例量表的建立建立既有真正零點又有等距單位的量表18順序量表的建立等級排列法程序：同時呈現(xiàn)許多刺激，讓多個被試按照一定標準，把這些刺激排成順序，然后將每個被試對同一刺激評定的等級加以平均，最后把各刺激按平均等級進行排列便構成順序量表P241例注意問題：被試樣本的代表性；一次排序中的隨機誤差1920對偶比較法程序：刺激成對出現(xiàn)，要求被試判斷哪一個刺激在某一特性上更為突出，然后根據(jù)每個刺激優(yōu)于其它刺激的百分比進行排序，建立順序量表P243例注意問題：針對一個被試得到的心理物理量表的推廣性差；要求這種對偶比較是可傳遞的21等距量表的建立通過POZ轉換，將順序量表直接轉化為等距量表感覺等距法制作方法：將一個感覺分成主觀上相等的距離二分法：呈現(xiàn)兩個刺激A和C，要求選擇第三個刺激B，使得A和B之間的距離等于B和C之間的距離漸進的解決方案同時分出幾個等分同時的解決方案22等距量表的建立差別閾限法制作方法：以絕對閾限為量表起點，以差別閾限（最小可覺察）為單位制作量表以刺激強度為橫坐標，以絕對閾限以上的最小可覺察數(shù)為縱坐標，畫出的心理物理關系圖就是等距量表（P246圖5-6）23比例量表的建立分段法制作方法：把一個感覺量加倍或減半或取任何其他比例例如：聽覺響度量表的制作數(shù)量估計法制作方法：呈現(xiàn)一規(guī)定了主觀數(shù)值的標準刺激，要求被試以這個主觀值為標準，給其它強度不同的比較刺激附上主觀值例如：長度估計24第二節(jié)心理物理函數(shù)韋伯定律費希納定律史蒂文斯定律25韋伯定律韋伯分數(shù)：對于任何同一類的刺激，產生一個最小可覺察所需增加的刺激量，總是等于當前刺激量與一個固定分數(shù)的乘積，這個固定分數(shù)被稱作韋伯分數(shù)韋伯定律：韋伯定律的修正：（參數(shù)a解釋為感覺噪音）韋伯定律的作用：比較不同感覺道的感受性26費希納定律費希納定律的推導費希納定律的改進費希納定律的成立條件27費希納定律的推導按照韋伯定律預測，設絕對閾限的值為a，對應心理量表的零點，韋伯分數(shù)；那么：心理量表的1就對應a(1+C)，心理量表的2就對應a(1+C)2，……，心理量表的n就對應a(1+C)n。這說明，心理量值恰好是物理量值除以a以后，并取以（1+C）為底的對數(shù)：28費希納定律的推導經過對數(shù)換底公式的變化：可得到更簡潔的形式：Ф是物理刺激高出絕對閾限以上的單位數(shù)量，K是固定的系數(shù)；該公式即為費希納定律，意為：感覺強度的變化和刺激強度的對數(shù)變化成正比。29費希納定律的改進—艾克瑪定律最小可覺差的主觀大小，隨感覺量成比例增長，公式表示為：其中是在感覺量水平的是小可覺差的主觀大小根據(jù)艾克瑪定律推導得出冪定律：所有感覺通道的b值都為0.03（Teghtsoonian,1997)30費希納定律的成立條件費希納定律的成立，依賴的假設假設建立心理量表所用的差別閾限法是合理的假定用韋伯定律的推導代替大量的差別閾限法實驗來確定每個最小可覺差也是合理的成立的條件假定韋伯定律對所有類型和強度的刺激都是正確

Riesz(1928)的實驗否定了這一點假定所有最小可覺差的心理上都是相等的Stevens(1936)的研究和Durup(1933)等的實驗否定了這一點。31史蒂文斯定律對最小可覺差的重新理解冪定律的提出冪定律的發(fā)展32對最小可覺差的重新理解神經量子理論是使附加量子活動所需的刺激增量；Q是肯定能夠興奮一個量子的增量大?。籔是標準刺激St的剩余能量所引出的部分興奮量。當，增量達到興奮一個附加量子，這就能產生一個最小可覺差梯形曲線和拱形曲線33對最小可覺差的重新理解梯形曲線和拱形曲線拱形曲線的影響因素被試的動機、注意疲勞等梯形曲線的滿足條件仔細地控制刺激，避免噪音干擾被試在整個實驗過程中必須保持恒定的判斷標準如果神經量子的大小在實驗期間改變了，曲線將變?yōu)楣靶螐臉藴蚀碳は虮容^刺激的轉換必須迅速34冪定律的提出公式：

（S是感覺量；b是由量表單位決定的常數(shù)；a是感覺道和刺激強度決定的冪指數(shù)）大量數(shù)量估計法實驗證明：感覺量和刺激間符合冪定律（P263，表5-11及圖5-16和5-17）。35冪定律的發(fā)展冪定律的修正公式（I0是絕對閾限值）跨感覺道的匹配技術：匹配兩個不同感覺道產生的感覺量等感覺函數(shù)的曲線證明不同感覺首可以匹配：這樣，在雙對數(shù)坐標中等感覺函數(shù)是直線36第三節(jié)感覺的直接測量感覺的直接測量法感覺直接測量的情境效應直接數(shù)量估計法的應用37感覺的直接測量法

對心理感受直接賦予數(shù)值數(shù)量估計(magnitudeestimation)數(shù)量生產(magnitudeproduction)絕對數(shù)量估計(absolutemagnitudeestimation)38感覺的直接測量法

對心理感受直接賦予數(shù)值數(shù)量估計數(shù)量估計法的首次嘗試—Richardson和Ross(1930)數(shù)量估計法的兩種形式根據(jù)標準刺激的數(shù)值，給其他刺激賦值無已賦初值的標準刺激，按被試自己的恒定標準給所有刺激賦值使用幾何平均數(shù)進行統(tǒng)計避免賦值時極大或極小值的影響保留在算術平均過程中損失的心理物理函數(shù)特征39感覺的直接測量法

對心理感受直接賦予數(shù)值數(shù)量生產（數(shù)量估計法的反向程序）給被試一個用數(shù)字表示的感覺量值，要求他們調整刺激產生相應的感覺量數(shù)量生產和數(shù)量估計配合使用，以抵消回歸效應（P268頁圖5-18）感覺的直接測量技術及由此歸納出的冪定律，被認為是現(xiàn)代心理物理學的標志。40感覺直接測量的情景效應實驗中其他刺激的影響—情景效應定義：同一個刺激和較弱刺激一起出現(xiàn)，會被高估；而和較強刺激一起出現(xiàn)，則被低估（P269頁圖5-19，試問何種曲線表示高低強度的刺激）對這一現(xiàn)象的解釋：被試的反應偏差：被試傾向于在每次實驗的數(shù)值估計中使用相同范圍的數(shù)字（P270頁圖5-20）感覺參照導致：41刺激序列效應—發(fā)生在同一實驗階段內定義：數(shù)量估計受到此前呈現(xiàn)刺激的同化作用序列效應和情景效應的比較（P271頁圖5-21）刺激全距的影響定義：刺激全距減小，心理物理函數(shù)斜率提高（P272頁圖5-22）對此現(xiàn)象的解釋保持同樣的反應全距反應全距減小感覺直接測量的情景效應兩者變化不同步42直接數(shù)量估計法的應用情緒研究中的應用Frankenhaeuser等（1967）發(fā)現(xiàn)情緒體驗估計值和生理指標間具有高相關數(shù)量估計法用于恐懼癥治療生活事件量表：對生活事件的影響強度進行度量（P273）社會輿論的測定（P274）Sellin等（1964）發(fā)現(xiàn)不同被試對犯罪行為嚴重程度的數(shù)量估計一致性很高罪行輿論量表的效度證據(jù)：（1）滿足可加性要求；（2）偷盜罪行的嚴重性是偷盜數(shù)額的冪函數(shù)冪函數(shù)的指數(shù)作為量形公正性的指標：雖然罪行惡劣程度和刑期的指數(shù)不為1，但懲罰程度評價和刑期的冪函數(shù)指數(shù)也不為1，兩者互補，呈現(xiàn)立法公平43信號檢測論信號檢測論引入的原因信號檢測論的基本思想信號檢測論的兩種獨立指標接受者操作特性曲線認知研究中的應用44信號檢測論引入的原因傳統(tǒng)心理物理學的錯誤假設假設：被試報告為“有”的概率P(y)僅是物理刺激強度的函數(shù)，不受刺激出現(xiàn)概率P(S)等非感覺因素的影響事實上，P(S)總為1將被試反應局限在擊中和漏報兩種，真實的被試反應有擊中、虛報、漏報和正確拒斥四種，P(y)=P(Hit)+P(FA),P(y)會受P(S)的影響傳統(tǒng)心理物理學控制P(y)會受P(S)影響的方法（P277格希德等人的研究及修正方法P278-279）根據(jù)上述控制方法所導出的P*(Hit)與P(FA)的關系與其傳統(tǒng)心理物理學本身的實驗數(shù)據(jù)矛盾信號檢測論引入（Tanner&Swets,1954)45傳統(tǒng)心理物理學控制P(y)會受P(S)影響的方法閾上刺激的反應不受到非感覺因素的影響；閾下刺激的反應受到非感覺因素的影響，部分反應為“有”，稱為猜測反應。加入空白試驗來去除猜測為“有”的概率，如P279頁圖5-24所示，P*(Hit)為排除了猜測反應后的擊中率46P*(Hit)與P(FA)的關系與實驗數(shù)據(jù)矛盾根據(jù)上述控制方法得：這說明P*(Hit)與P(FA)呈線性關系,而實驗上傳統(tǒng)心理物理學實驗數(shù)據(jù)顯示它們成如圖5-26的關系47信號檢測論的基本思想信號與噪音決策標準48信號與噪音信號==刺激噪音==起干擾作用的所有背景實驗程序:有時只呈現(xiàn)噪音(以N表示);有時信號和噪音同時呈現(xiàn)(SN表示),讓被試報告是否出現(xiàn)信號SN和N分布:SN和N兩種情況分別在心理感受量值上形成兩個重疊的正態(tài)分布,SN分布的均值總大于N分布,SN分布和N分布間的距離可以作為被試感受性的衡量指標,這被稱為辨別力指標(d’)P282頁圖5-2749決策標準似然比:如圖5-28,對于某一感覺量值X,當它遠離N分布時,被試報告“有”,遠離SN分布時,報告“無”,但如果處于重疊區(qū)域,X來自N分布的可能性用兩個分布的縱線高度(O),即似然比來衡量L(x)隨著X值的變化而變化(P283頁圖5-29)50決策標準決策標準:選擇某一似然比作為決策標準β,當觀察得到的x所對應的似然比l(x)大于等于β,報告為“有”;否則,報告為“無”最優(yōu)β值(βOPT)受P(S)和支付矩陣的影響P為概率,V代表正確反應的價值,C代表錯誤反應付出的代價(負值)51信號檢測論的兩種獨立指標反應偏向似然比β報告標準C辨別力指標52似然比β數(shù)學定義“信號”與“噪音”反應的心理感受水平Xc所對應的信號分布縱軸與噪音分布縱軸之比(圖5-30)間接計算方法(圖5-31)可以通過4種反應概率的PZO轉換得到Xc分別對應的O(SN)和O(N),兩者的比值就是β值.β>1說明被試掌握的標準較嚴;β=1說明不嚴也不松;β<1說明標準太松53報告標準CC是橫軸上的判定標準位置,計算公式為:I2為高強度刺激,I1為低強度刺激,Z1為低強度刺激時的正確拒斥概率的Z值C會出現(xiàn)三種情況(以再認實驗為例,d’固定)寬松的報告標準:舊刺激呈現(xiàn)時,報告“舊”的概率接近1.0;新刺激呈現(xiàn)時,報告“舊”的概率高中等的報告標準:舊刺激呈現(xiàn)時,報告“舊”的概率較高;新刺激呈現(xiàn)時,報告“舊”的概率適中嚴格的報告標準:舊刺激呈現(xiàn)時,報告“舊”的概率低;新刺激呈現(xiàn)時,報告“舊”的概率接近0.0(計算表5-14)54辨別力指標稱為辨別力d’用fN(X)與fSN(X)之間的距離表示,分式為:當N分布與SN分布均為常態(tài)分布時(見圖5-33):55接受者操作特性曲線ROC曲線的繪制—以楊治良(1983)實驗為例(P292頁)設定五種先定概率—0.1,0.3,0.5,0.7,0.9計算P(FA)和P(Hit)計算d’和β,發(fā)現(xiàn)d’恒定,β變化以