视觉反应时 林坛婷

视觉反应时系列实验 （基础心理学 10100540101 林坛婷） 摘 要 本实验以六名华东师范大学心理学专业二年级本科学生为被试，使用计算机及 PsyTech 心理实验系统，测量被试的视觉简单反应时、视觉选择反应时和视觉辨别反应 时。实验中，要求被试对给出的刺激（或有效刺激）尽可能快速而准确的作出反应。结 果发现：视觉简单反应时最短，视觉辨别反应时居中，而视觉选择反应时最长。通过对 数据进行统计分析，检验出性别、优势手、刺激颜色等对实验结果是否有显著性影响。 最后，对实验可能的改进以及减数法进行了简单的讨论。 关键词 视觉 简单反应时 选择反应时 辨别反应时 减数法 1 引言 人的信息处理过程，大部分活动是在体内潜伏进行的，难以对信息接受、加工和传递各 个阶段精确地进行实验测定。因此，在实践中往往利用反应时指标来近似说明人对信息处理 过程的效率及影响因素。 反应时（Reaction Time，简称 RT）是指从机体接受刺激到作出反应所经历的时间，即 刺激-反应的时间间隔，又叫潜伏期。从神经生理学角度讲，一个完整的刺激-反应过程通常 由如下五部分组成：（1）感受器将物理或化学刺激转化为神经冲动的时间；（2）神经冲动 由感受器上行到大脑皮质的时间；（3）大脑皮质对信息进行加工的时间；（4）神经冲动由 大脑皮质下行至效应器的时间；（5）效应器作出反应时间。 反应时测量技术是心理学实验研究中普遍应用的一种方法。作为一个重要的心理指标在 认知加工过程和个体差异研究中得到了广泛的应用。 利用反应时可以分析人的感知觉、注意、识别、学习、唤醒水平、动作反应、定向运动、 信号刺激量等，在此基础上，实现提高作业效率、监视水平和集中注意力等目的，合理制定 作业标准，改进人机界面，改善作业条件和环境等。 荷兰心理学家唐德斯（ F.C.Donders 1818--1889 ）将反应时分为三类：简单反应时、 选择反应时和辨别反应时，即A、B、C三种反应。 简单反应时（Simple Reaction Time）又称A 反应时。是指呈现单一刺激，要求被试立 即做出固定反应的时间。由于这种反应时间是感知到刺激就立即做出反应，中间没有其它的 认知加工过程，因此也称为基线时间 （Baseline Time）。任何复杂刺激的反应时间都是由 简单反应时和其它认知加工过程所需时间合成的。 选择反应时（choice reaction time）又称 B反应时。指的是测试中呈现的刺激不止一 个，对每一个随机呈现的刺激要求被试作出相应的反应。有研究 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，人类在对特定的刺激 作出特定的动作或反应前，在大脑内有一个信息加工过程，又称心理潜伏期。在复杂任务中 心里潜伏期可划分为：（1）刺激识别阶段； （2）选择反应阶段；（3）反应组织阶段和反 应执行阶段。选择反应时的研究对理解人类对复杂信息的认知加工过程有重要的意义。通过 对个体的选择反应时和反应过程的分析，推测其内在的信息加工过程。影响选择反应时的因 素是复杂的。选择反应刺激的数目越多，则反应时间越长；选择的任务越复杂，则反应时间 亦越长。此外年龄、性别、疲劳等因素也会对选择反应时产生影响。 辨别反应时（indentification reaction time）又称 C 反应时，指的是在测试中呈现 的刺激为两个或多个，要求被试只对其中一个刺激作出反应，而对其他刺激则不作反应。影 响辨别反应时的因素主要有：（1）呈现的刺激数目。数目增加，个体的辨别反应时可能会有 增加的趋势。（2）刺激的物理特征，如形状、大小、颜色等。（3）辨别反应的数目。另外年 龄、性别、疲劳等也会影响个体的辨别反应时。 三种反应时关系如下： 简单反应时 A 基线时间 选择反应时 B 基线时间 辨别时间 选择时间 辨别反应时 C 基线时间 辨别时间 唐德斯根据减数法则分析A、B、C三种反应，C减A得到辨别时间，B减C得到选择时间。 从而得出B类反应时间最长，C类次之，A 类最短。 唐德斯的减数法在实验心理学中占有很高的地位。他的三成分说广泛应用于许多领域。 今天，认知心理学正是用减法反应时实验提供的数据来推论其现象背后的信息加工过程。 本实验只测定视觉反应时，通过计算机呈现视觉材料来测定视觉的简单反应时、选择反 应时和辨别反应时。 实验材料为不同颜色实心圆，共 4 个，分别为红、黄、绿、和蓝色。 测定简单反应时时，要求被试对出现的视觉材料刺激立刻做出按键反应。测定选择反应 时时，实验材料随机呈现，要求被试根据呈现的颜色刺激，选择对应的颜色按键。测定辨别 反应时时，实验材料随机呈现，要求被试只对事先设定的颜色（称为有效刺激）做出反应（按 键），而对未设定的颜色则不作反应。 实验假设是视觉反应时不同被试间存在显著差异和性别之间也存在显著差异；视觉辨别 反应时中的错误次数和反应时显著相关；优势手与非优势手、刺激的颜色会影响反应时。此 外，本实验还将研究实验过程中的影响因素并提出改进建议。 2 方法 2.1 被试 华东师范大学心理与认知科学学院心理学专业 2 年级学生 6 人：男 3 人，女 3 人，19.5 ±0.5 岁。均为右利手，矫正视力正常。 2.2 仪器与材料 仪器：计算机及 PsyTech 心理实验系统 材料：直径为 100 像素的 4 种颜色（红、黄、绿、蓝）圆。 2.3 实验程序 2.3.1 视觉简单反应时 （1）登录并打开 PsyTech 心理实验软件主界面，选中实验列表中的“视觉简单反应时”。 单击呈现实验简介。点击“进入实验”到“操作向导”窗口。实验者可以进行参数设置（或 使用默认参数），然后点击“开始实验”按钮进入指导语界面。可先进行练习实验，也可以 直接点击“正式实验”按钮开始。 （2）指导语如下： 这是一个视觉简单反应时实验。请你使用 2 号反应盒，端坐屏幕前，手指放在红色键 上（注意不要下压），眼睛注视屏幕。当出现“预备”时你要准备反应，一旦出现颜色圆立 即按反应键，要求反应又快又准。程序将自己记录抢按和按错的次数。每 10 次为一组，抢 按则本组重做，两组之间可稍事休息。 当你明白了上述实验步骤后，可以先进行一组练习。练习结束后点击“正式实验”按 钮开始。 （3）实验开始每次呈现刺激前屏幕出现“预备”，时间为 2 秒。为保障数据的有效性， 防止被试抢按，则程序显示警告信息，本组（10 次）实验重新做，程序记录抢按次数。被 试每次做出按键反应后。自动进入下一次实验，直至做完设定的次数。 （4）实验结束，数据被自动保存。实验者可直接查看结果，也可换被试继续实验，以 后在主界面“数据”菜单中查看。 2.3.2 视觉选择反应时 （1）登录并打开 PsyTech 心理实验软件主界面，选中实验列表中的“视觉选择反应时”。 单击呈现实验简介。点击“进入实验”到“操作向导”窗口。实验者可以进行参数设置（或 使用默认参数），然后点击“开始实验”按钮进入指导语界面。可先进行练习实验，也可以 直接点击“正式实验”按钮开始。 （2）指导语如下： 这是一个不同颜色刺激的视觉选择反应时实验。请你使用 2 号反应盒，端坐屏幕前， 用优势手放在反应盒上。眼睛注视屏幕。当出现“预备”时，你要准备反应。并根据屏幕呈 现的不同颜色，按相对应的颜色键，要求反应又快又准。程序将自动记录抢按和按错的次数。 当你明白了上述实验步骤后，可以先进行练习，练习结束后点击下面的“正式实验” 按钮开始。 （3）实验开始，每次呈现刺激前屏幕出现“预备”，然后随即呈现 4 种颜色圆（各种颜 色呈现次数相等）。被试根据呈现作出相应选择反应。若出现抢按或选择错误则程序自动记 录次数，且按错的反应时不参予统计平均。被试每次做出反应后，自动进入下一次实验，直 至做完设定的次数。 （4）实验结束，数据被自动保存。实验者可直接查看结果，也可换被试继续实验，以 后在主界面“数据”菜单中查看。 2.3.3 视觉辨别反应时 （1）登录并打开 PsyTech 心理实验软件主界面，选中实验列表中的“视觉辨别反应时”。 单击呈现实验简介。点击“进入实验”到“操作向导”窗口。实验者可以进行参数设置，设 置红色圆为有效刺激，然后点击“开始实验”按钮进入指导语界面。可先进行练习实验，也 可以直接点击“正式实验”按钮开始。 （2）指导语如下： 这是一个不同颜色刺激的视觉辨别反应时实验。请你使用 2 号反应盒，端坐屏幕前， 用优势手放在反应盒上。眼睛注视屏幕。当出现“预备”时，你要准备反应。当出现有效刺 激颜色圆时你就反应，按对应颜色键，要求反应又快又准。程序将自动记录抢按和按错的次 数。 当你明白了上述实验步骤后，可以先进行练习，练习结束后点击下面的“正式实验” 按钮开始。 （3）实验开始，每次呈现刺激前屏幕出现“预备”，然后随即呈现 4 种颜色圆（各种颜 色呈现次数相等）。被试只对事先设定的颜色即有效刺激作出反应。若出现抢按或选择错误 则程序自动记录次数，且按错的反应时不参予统计平均。被试每次做出反应后，自动进入下 一次实验，直至做完设定的次数。 （4）实验结束，数据被自动保存。实验者可直接查看结果，也可换被试继续实验，以 后在主界面“数据”菜单中查看。 3 结果 3.1 所有被试的数据 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 表 1 各个被试三种视觉反应时的平均数和标准差(单位：ms) 被试 性别 视觉简单反应时 视觉选择反应时 视觉复杂反应时 Mean SD Mean SD Mean SD 1 女 195.3 0 24.60 479.3 3 122.5 7 429.6 0 249.7 6 2 女 208.3 5 51.55 568.3 8 145.8 0 276.4 0 65.42 3 女 200.4 5 24.39 450.7 1 28.89 306.6 0 110.1 1 4 男 221.3 3 48.14 495.1 1 37.96 347.4 0 71.27 5 男 368.8 4 237.1 0 500.7 0 135.7 4 403.2 0 77.14 6 男 223.4 5 39.43 443.8 9 15.28 312.6 0 22.75 M（总） 236.2 9 70.87 489.7 7 81.04 345.9 7 99.41 对 6 个被试的视觉简单反应时的平均数进行单因素方差分析，𝐹(1,5) = 4.193， 𝑃=0.075>0.05，结果不显著； 对 6 个被试的视觉选择反应时的平均数进行单因素方差分析，𝐹(1,5) = 3.167， 𝑃=0.113>0.05，结果不显著； 对 6 个被试的视觉辨别反应时的平均数进行单因素方差分析，𝐹(1,5) = 2.296， 𝑃=0.168>0.05，结果不显著； 因此 6 个被试在视觉简单反应时、视觉选择反应时和视觉辨别反应时上无个体差异。 对男生和女生的视觉反应时进行独立t检验，t=-0.130(df=16), p=0.245>0.05 结果不 显著。即视觉反应时不存在性别差异。 3.2 视觉选择反应时不同颜色刺激的相关和差异 表2.1 视觉选择反应时的四种颜色之间的相关 颜色 红色 黄色 蓝色 绿色 红色 黄色 0.903 蓝色 0.842 0.892 绿色 0.886 0.821 0.882 对6个被试在视觉反应时的红色、黄色、蓝色和绿色的平均反应时做皮亚逊相关性检验， 结果发现四种颜色两两之间都具有显著的相关。 表 2.2 男女生对不同颜色的视觉选择反应时的平均数和标准差（M±SD） 红(ms) 黄(ms) 蓝(ms) 绿(ms) 女 395.12±179.65 412.9±68.33 491.4±96.92 395.±132.49 男 336.45±196.74 379.3±83.56 447.4±93.61 438.9±73.30 总 365.79±188.20 403.1±75.95 459.4±95.27 417.±102.90 对6个被试对不同颜色的视觉辨别反应时进行单因素方差分析，𝐹(3,20) =4.193， 𝑃=0.075>0.05，结果不显著；即被试对四种颜色的视觉辨别反应时有显著差异。 3.3 使用优势手和非优势手对视觉选择反应时的影响 表3 使用优势手和非优势手在视觉选择反应时中的平均数和标准差（单位：ms） Mean SD N 优势手反应时 423.11. 29.89 6 非优势手反应时 496.71 37.96 6 对6个被试在视觉选择反应时中的优势手的反应时和非优势手的反应时进行配对t检验， t=-0.767(df=5), p=0.856<0.05，结果不显著。 3.4 对练习效应的检验 表4 视觉选择反应时中前十次的与后十次的平均数和标准差（单位：ms） Mean SD N 前十次反应时 495.11. 29.89 6 后十次反应时 450.71 37.96 6 对6个被试被试在视觉选择反应时中的前十次和后十次的平均数和标准差进行配对t检 验，t=-1.583(df=11), p=0.356<0.05，结果不显著。 3.5 视觉简单反应时和视觉反应时的相关性分析 表5 视觉简单反应时和视觉选择反应时的相关程度 相关系数r 显著性水平α 视觉简单反应时（A）-视觉选择反应时（B） 0.692 0.026 检验可得，视觉简单反应时和视觉选择反应时之间呈显著正相关 3.6 视觉辨别反应时和错误次数的相关性分析 表6 视觉辨别反应时和错误次数的相关程度 相关系数r 显著性水平α 视觉简单反应时（A）-视觉选择反应时（B） 0.725 0.018 检验可得，视觉辨别反应时和错误次数之间呈显著正相关 4 讨论 4.1 本实验是否存在个体差异和性别差异? 在本实验中，我分别对视觉简单反应时、视觉选择反应时和视觉辨别反应时在个体差异 和性别差异方面都进行了显著性检验，但结果显示不显著。 考虑下来，可能有以下几点原因：（1）被试都是同一年纪同一个班级的同学，大家不论 是在年纪还是智力水平上都可以看做是一个同质性的群体，因此被试的来源不能看作是随机 的。如若将年龄、文化教育程度等变量介入，我想是会存在一定的个体差异的。（2）样本数 过少，本实验只有6个样本（3个男生，3个女生）。而曾看过一篇前人的实验中，n=128，结 果显示男生的视觉反应时时间要显著短于女生的视觉反应时间。我猜测男生所用时长短于女 生的原因是男生的思维能力比较活跃，比较擅长反应类的活动。比如短跑、踢球等。（3）被 试在实验之前没有统一规范实验步骤。如，在本次实验中，有些被试在正式实验前进行了练 习，而有些被试没有。有些被试进行了四种颜色和左右手的多种实验，而有些被试只做了其 中简单的几个实验。因此，给实验造成了一定的误差。 4.2 错误次数与辨别反应时的相关 我认为错误次数主要来自两方面的原因：一是被试对按键不够熟悉，和对待实验的认真 程度不够造成；二是被试由于太认真较劲，动机强度过高而导致的出错。但为了排除第一个 原因的影响，我在选取实验数据的过程中剔除了在选择反应试验中错误次数过多的数据。 正如实验结果所报告的情况一样，被试的错误次数与辨别的反应时存在显著的相关性。 我认为这主要是由于被试在实验过程中注意力高度集中，准备充裕。当被试的辨别反应时时 间越短，他的信息加工时间就越短，因此往往容易造成在还没有辨识清楚的情况下就按下键， 造成错误。 这也给我们在日常生活中的学习和工作带来一定启示。动机和成就的关系是一个倒 U 的曲线图。太低和太高的动机都不利于成就，只有保持适当的动机水平才能有最好的成绩。 4.3 影响实验的因素有哪些?如何控制这些额外变量？ 在本实验中，除了性别、错误次数外，我分别探讨了优势手和非优势手、刺激的颜色以 及练习效应对实验的影响。 （1）优势手和非优势手。本实验在优势手和非优势手方面没有做出显著差异。我认为一 方面和按键设备有关。对于右利手来说，用右手按红色的键相对右手按靠近它的蓝色的键要 困难一些。如果被试是左利手的话，则相反。但由于本实验中只有视觉选择反应时中优势手 和非优势手的数据，选择反应时中四种刺激都有呈现，因此我认为它抵消了这种差异。但如 果有条件，扩大被试的样本容量，对简单反应时和辨别反应时中的优势手和非优势手继续显 著性检验，相信会有差异。 （2）刺激的颜色。本实验在刺激的颜色方面没有做出显著性差异。但据相关文献记载， 人类对暖色调的颜色的敏感性比对冷色调颜色的敏感度来的高。预期对红色和黄色的反应时 应短于对蓝色和黄色的反应时。在本实验中，样本容量过小，不足以说明问题。有待今后的 研究者进一步探究。另外，在实验中，可以添加黑色、灰色等颜色来探究颜色对反应时的影 响。毕竟本实验中的红黄蓝绿都属于比较鲜艳的颜色，和屏幕背景的白色都具有强烈的对比 度。 （3）练习效应。本实验通过对每个被试前十次测试的成绩和后十次的成绩进行显著性检 验，没有显著差异。因此在本实验中较好地控制了练习效应这一变量。练习效应对实验有较 大的影响。尤其是在做视觉选择反应时时更加明显。因为刚开始被试对按键位置不甚了解， 对刺激呈现的时间也没有把握。在多次练习过后，被试增加了对实验程序、仪器等的熟悉， 反应时得以简短。因此，为了控制练习效应对实验的影响，让被试都进行几次练习到一定的 熟悉水平再开始实验。和练习效应伴随出现的有疲劳效应。疲劳效应通过让被试在每一阶段 实验或者练习过后得到适当的休息得以缓解，同时不能给被试安排过多的练习和实验。 4.4 视觉简单反应时、视觉选择反应时和视觉辨别反应时三者的区别和联系 根据唐德斯的减数法则，他认为如果一种作业包含另一种作业所没有的某个特定的心理 过程，且除此之外二者在其他方面均相同，那么这两种反应时的差即为此心理过程所需的时 间。三种视觉反应时中：视觉简单反应时=基线时间；视觉选择反应时=基线时间+刺激辨别 时间+反应选择时间；视觉辨别反应时=基线时间+刺激辨别时间。因此，C减A得到辨别时间， B减C得到选择时间。 由3.5可知，视觉简单反应时和视觉选择反应时之间相关性显著。正是由于简单反应时 和视觉反应时是后者包含前者的关系，因此有显著相关。但在本实验中，我们通过将C-A等 到时间往往小于实际的辨别时间，而B-C也同样小于选择时间。我认为出现该问题的原因是 我们在进行视觉反应时实验的过程中，不可避免会产生一些额外的心理加工，比如对按键位 置的反应时间等。因此，不可能做到完全的匹配。 4.5 实验的其他问题 在视觉选择反应时的实验中，被试根据屏幕中央刺激呈现的颜色而在最短时间内做出相 应的按键反应。按理说，在这个行为过程中的信息加工阶段应为：（1）刺激识别阶段； （2） 选择反应阶段；（3）反应组织阶段和反应执行阶段。但在做被试的过程中，我发现，我在 第二阶段和第三阶段之间还多了一个识别我手中按键器颜色位置的阶段，即我所反应出来的 选择反应时间其实多包含了我对手中按键器颜色位置的辨认时间。因此，我认为视觉选择反 应时的实验设备可以改进一些。比如，使用类似IPAD的这种触屏仪器，既可以作为视觉刺激 呈现的工具也可以作为反应接收器。如此，可以节省被试在无关本实验的信息加工时间，让 实验更加的准确可靠。 4.6 反应时在认知心理学研究中的应用意义 通过减数法，一方面可以估计某种心理现象所需的大概时间。另一方面，也可以根据某 种反应所用时间来推测是否有相应的心理加工过程的存在。 5 结论 5.1 三种视觉反应时中是，视觉简单反应是最短、视觉选择反应时最长，而视觉辨别反 应时居中。 5.2 视觉简单反应时、视觉选择反应时和视觉辨别反应时都没有显著性别差异。 5.3 优势手和非优势手在视觉选择实验中没有显著差异。 5.4 不同的颜色刺激在视觉选择反应时中没有显著差异。 5.5 视觉简单反应时和视觉辨别反应时显著相关。 5.5 错误次数和视觉辨别反应时显著相关。 参考文献 郭秀艳．实验心理学．北京：人民教育出版社，2004：75-202，224-226 刘学勇．浅谈简单反应时测定实验的改进．新疆师范大学学报（自然科学报），2003，22（2）： 30-34 邵志芳．心理统计学．北京：中国轻工业出版社，2009 孙志华，姜峰，姬成伟．感觉统合训练对儿童神经心理功能影响的研究．中国儿童保健杂志， 2005，13（2）：96-97 杨治良，王新法．心理实验操作手册．上海：华东师范大学出版社，2008：46-52 张学民，李永娜，周仁来，黄俊红．非空间线索相容性事件相关电位研究．中国临床康复， 2005，9（36）：1-3 附录 视觉选择反应时 视觉简单反应时 视觉辨别反应时 序号 颜色 反应时（毫秒） 反应时（毫秒） 颜色 反应时（毫秒） 1 蓝圆 369 210 红圆 286 2 黄圆 470 251 蓝圆 超时 3 绿圆 295 183 绿圆 超时 4 红圆 159 188 黄圆 超时 5 红圆 363 197 红圆 263 6 蓝圆 344 282 蓝圆 超时 7 绿圆 327 279 绿圆 超时 8 黄圆 214 228 黄圆 超时 9 黄圆 567 238 红圆 254 10 红圆 326 218 蓝圆 超时 11 蓝圆 455 225 黄圆 超时 12 绿圆 214 210 绿圆 超时 13 黄圆 372 187 蓝圆 错误 14 绿圆 406 151 绿圆 超时 15 红圆 364 181 黄圆 超时 16 蓝圆 221 205 红圆 251 17 绿圆 373 223 蓝圆 超时 18 黄圆 372 204 绿圆 超时 19 红圆 325 211 黄圆 超时 20 蓝圆 204 237 红圆 380 21 绿圆 354 22 黄圆 326 23 蓝圆 296 24 红圆 198 25 蓝圆 418 26 红圆 434 27 绿圆 287 28 黄圆 217 29 红圆 478 30 蓝圆 368 31 黄圆 485 32 绿圆 355 33 蓝圆 错误 34 红圆 387 35 绿圆 356 36 黄圆 364 37 红圆 279 38 蓝圆 230 39 绿圆 374 40 黄圆 259