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

反应时间又称为反应的潜伏期，是指从刺激的呈现到反应的开始之间的时距。它包含了感觉器官、大脑加工、神经传入传出所需的时间以及肌肉效应器反应所需的时间。

（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-A=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，即反应时间的相减法。

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

反应时的相减法在具体应用中假定，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。

二、反应时间的测定方法

（一）反应时间的相减法

1．三种反应时间

Donders首先测定三种不同的反应时间：

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

（2）B反应时间。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间、辨别刺激的时间和选择反应的时间。

（3）C反应时间。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．相减法在认知心理学中的应用

在认知心理学中，研究者们有时运用反应时相减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Clark和Chase（1972）的研究。

（1）Posner的研究

Posner等人运用反应时相减法来证实，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等运用反应时的相减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）Clark和Chase的研究

Clark和Chase（1972）曾设计过一个句子图画匹配实验，运用反应时相减法来揭示某些作业的操作要经过几个加工阶段。

（二）反应时间的相加因素法

1．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

2．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：

RT=e+Nb+C，设a=e+C，则：RT=a+bN

（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）反应时间的“开窗”实验

Hockey等（1981）以字母转换实验来说明“开窗”实验。主试向被试呈现l-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）反应时间的速度与准确率权衡现象及其分离技术

1．速度与准确率权衡现象

（1）以反应时间为指标的逻辑

以反应时间作为指标的逻辑是，心理加工过程的复杂性和反应时间的长短之间有一种对应关系，即对一个复杂刺激的加工所需时间较长；而对一个简单刺激的加工时间则要短一些。然而，反应时实验中除了反应速度之外还有反应准确率问题。

（2）速度与准确率权衡的定义

反应速度与准确率的权衡（SAT）现象是指被试能根据不同的实验要求或在不同的实验条件下，建立一个权衡反应速度与反应准确率的标准来指导他的反应的现象。

（3）速度与准确率权衡范式（SAT范式）

①在速度与准确率权衡范式SAT范式中，可以通过控制被试作出反应的时间长短来作为实验自变量，测定在各种时间条件下的反应准确率。然后以反应时间为横坐标，以反应准确率为纵坐标，可得到一条速度与准确率权衡曲线。

②在这条曲线上，I表示截距，R表示准确率（）随反应时间（RT）的变化而变化的速率，A表示准确率的渐近值，即在无限延长提取时间条件下的最高准确率。

③反应时和准确率之间的权衡关系在加工早期是很显著的。当接近或达到A值之后，随反应时的延长，准确率变化很小。反应准确率（）与上述3个参数的关系可表示为如下的经验方程：

2．反应时的速度与准确率分离技术

Meyer等（1987、1988）发展了“速度与准确率分离技术”（SAD）。这种技术可以把反应过程中猜测过程的准确率和反应时分布分别加以描述。SAD技术由两部分组成：滴定的反应时程序（TRT程序）和平行精细的猜测模型（PSG模型）。

（1）滴定的反应时程序（TRT程序）

TRT程序是SAD技术的一个具体获得反应时分布和反应准确率的方法。它包括普通试验和信号试验。

①普通试验

a．先呈现一个预备信号，接着呈现一个或正或负的测验刺激，让被试立即作出相应的反应。记录反应时和准确率，并给予反馈，鼓励被试在确保准确率的前提下尽快地反应。

b．其目的是为了建立一个具有高准确率的反应阈值，为评价被试在信号试验中的反应提供基线。

②信号试验

a．在测验刺激呈现之后的不同的延时后，给出一个短暂的信号，要求被试立即对测验刺激作出相应的反应。不同的延时时间是主试控制的变量。

b．由于有的延时很短，被试可能来不及获得刺激的全部信息，因此，允许被试根据所获得的部分信息进行猜测而作出反应。通过变化信号出现的不同时间，可得到在不同时间间隔条件下的反应时间和准确率的大量数据。

（2）平行精细的猜测模型（PSG模型）

对TRT程序所获得的数据进行定量分析，要依赖于平行精细的猜测模型（PSG模型）。PSG模型假定有两个平行的加工过程：正常加工过程和猜测加工过程，这两个加工过程的持续时间都是随机独立的。

①正常加工过程

正常加工过程包含在普通试验和信号试验之中，当测验刺激呈现，被试能在“全部”信息达到很高的阈值时，识别出测验刺激并作出相应反应，这一加工过程就终止。

②猜测加工过程

a．猜测加工过程始于反应信号刚呈现之时，一旦信号被觉察，被试必须立即对刺激作出反应。被试的这种迫选决定是根据测验刺激呈现和信号出现之间的正常加工过程中已积累的所有的部分信息而作出的。

b．求猜测加工过程的反应时间和准确率。

首先，计算猜测加工过程的反应时间。

P（<C）=1—P（>C）

（4.1）

经（4．1）式可估计出猜测加工过程完成时间的累积分布函数，并可由此而揭示出猜测加工过程的时间特性。

其次，估计猜测加工过程的准确率。

P（准确／<）=[（准确）—P（<）×P（准确／<）]／P（<）  （4.2）

经上述计算，就能获得各时间间隔下反应时作业中的猜测加工过程的准确率即P（准确／<）。根据准确率随信号时间间隔的变化而变化的情况分析，就能了解在信息加工过程中信息积累的过程。

三、影响反应时间的因素

（一）反应时间与刺激强度有关

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。

（二）反应时间与刺激的时间特性以及空间特性有关

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。

（三）反应时间与所刺激的感觉器官有关

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。

（四）反应时间与被试的机体状态有关

1．反应时间与机体的适应水平

机体对刺激的适应水平不同，反应时间也不同。

2．反应时间与被试的准备状态

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．反应时间与额外动机

（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．反应时间与被试的年龄

（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．反应时间与练习

（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．反应时间与个体差异

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。

四、测量反应时间的仪器和注意事项

（一）测量反应时间的仪器

测量反应时间的仪器都包括3个部分：刺激呈现装置、反应装置和计时装置。

1．自由落体尺计时器

皮龙（1928）用一束约lm长的直尺作为测量工具，根据直尺的等加速自由下落的原理来计算反应时间。用公式表述为：。

2．机械的钟表计时器

（1）希普（Hipp）计时器

这是最早的直接读出反应时间的计时器。希普计时器精确度很高，但其结构笨拙，且须经常校正。

（2）邓拉普（Dunlap）计时器

邓拉普（Dunlap）计时器的构造略同于希普计时器。邓拉普计时器也很笨重，但却为设计更新的钟表计时器作出了贡献。

3．电子计时器

现代心理实验室常用一些精密的电子仪器作为测时工具。刺激的呈现和反应的启动需通过电子开关来控制，以获得更可靠的实验数据。这类仪器因其使用便利、精确度高而适合于实验室使用。

4．特殊摄影

摄影也可记录时间。必要时，可以把刺激的呈现和反应的动作都摄入电影，甚至还可改变拍电影的速度，或把某一种计时器同时摄入画面。这样，根据摄影机的速度或画面上附加的计时器，就可获知反应时间。

5．刺激与反应键

反应时间实验，首先是选择合适的时间测量器，其次就是如何设计刺激和反应时开闭的电路装置。一般实验，如使用灵敏继电器，其时滞很小，属于毫秒级单位，故可忽略不计。

6．以计算机作为测量反应时的工具

通过编写的计算机程序来测量反应时。

（二）测量反应时间的注意事项

1．  避免过早的反应以及其它错误的反应。

2．反应数目要和刺激数目相等。