第四章 反应时§1 反应时的研究历史 §2 反应时研究的基本问题 §3 反应时新法 §4 反应时研究的新进展

反应时（ reaction time ， RT ）可以说是心理学中最常用的反应变量之—，它不是指执行反应的时间，而是指刺激施于有机体之后到明显反应开始所需要的时间。

它包含以下几个时段：第一时段，刺激使感受器产生了兴奋，其冲动传递到感觉神经元的时间；第二时段，神经冲动经感觉神经传至大脑皮质的感觉中枢和运动中枢，从那里经运动神经到效应器官的时间；第三时段，效应器官接受冲动后开始效应活动的时间。

§1 反应时的研究历史一、反应时研究的开端——在天文学上的研究历史

人差方程（ personal equation ） ——不同观测者所得数据的差异。

二、反应时在心理学中的研究历史 第一阶段 (1850-1969) : 唐德斯反应时 ABC 时期

1850 年生理学家 Helmholtz 运用反应时间来测定神经的传导速度。1868 年，荷兰生理学家 Donders 发明了分离反应时间的实验。1879 年， Wundt 及其学生以反应时间为指标进行了一系列得实验研究。

第二阶段 (1969- ) ：反应时研究的新时期斯腾伯格（ Sternberg ， 1969 ）提出了加因素法之后

三、反应时测量的发展（一）刺激呈现与反应装置（二）计时装置 简单机械计时器 ---- 复杂机械计时器 ---- 电子计时装置

微差计时原理图 记纹鼓和它的时间画迹图

反应画记

时间标尺

刺激画记

§2 反应时研究的基本问题一、简单反应时和选择反应时

（一）简单反应时 （ simple reaction time ） 给被试呈现单一的刺激，同时要求他们只作单一的反应，这时 刺激－反应之间的时间间隔就是反应时。

1. 听觉简单反应时（ 1 ）在听觉简单反应时任务中，研究者通过耳机向被试呈现声音信号，并要求被试一听到信号，就尽快地按某一反应键。（ 2 ）生物墙：是一种人类能力的限制，它根源于人类有机体的特性——感官、脑以及肌肉工作的特性。 听觉： 100毫秒 （ 3 ）简单反应时＝感官换能、神经传导、大脑加工和肌肉运动的时间总和

2 ．视觉简单反应时 和听觉简单反应时相比，视觉简单反应时较长，其原因在于感官换能时间较长。

不同感觉通道的简单反应时

感觉通道 反应时间（毫秒）触觉 117 － 182

听觉 120 － 182

视觉 150 － 225  

冷觉 150 － 230

温觉 180 － 240

嗅觉 210 － 300

味觉 308 － 1082

痛觉 400 － 1000 注：被试为训练有素的成人（采自赫葆源、张厚粲和陈舒永等， 1983）

（二）选择反应时（ choice reaction time ） 根据不同的刺激物，而在多种反应方式中选择符合要求的，并执行反应所需要的时间。 1. 选择反应时的研究 唐德斯（ 1868 ）

A- 反应时间： S1→R1

B- 反应时间： S1→R1 S2→R2

C- 反应时间： S1→R1 S2

刺激

反应

S1

R1

S1 刺激

反应R1

S2

R2

刺激

反应

S1

R1

S2

A 反应时

C 反应时

C−A

B 反应时

C 反应时

B−C

基线时间

辨别时间

选择时间

二、速度－准确性权衡 （ speed-accuracy trade off ）

反应时实验中的一个突出问题就是反应速度和反应准确性间的反向关系，这使得我们必须在它们之间作出权衡。

（一） SAT 例证1. 泰奥斯（ Theios ， 1975 ）实验

呈现视觉刺激 : 数字，每次出现一个数字。被试任务 : 只需对某一特定的数字作出反应，对其他数字不反应。自变量 : 数字出现的概率，概率的变化范围是 0.2 － 0.8 。 结果：（左）

2. 奈特和坎特威茨（ Knight,Kantowitz ， 1974 ）实验

自变量 : 间隔刺激 因变量：一是反应时，二是反应错误率。 结果：（右）

反应时（毫秒）

错误百分率

0.80.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70

1

2

3

4

5

6

330

340

350

360

0.2 0.5 0.8

反应时

错误百分

率

刺激间距

1.Duncker （ 1945 ）功能固着问题 三种实验条件：（ 1 ）控制条件，三个盒子是空的，它和大头针、火柴以及蜡烛等实验材料一起摆放在桌子上；（ 2 ）功能固着条件，三个盒子里分别装有大头针、火柴和蜡烛；（ 3 ）中性物条件，三个盒子里分别装有与实验无关的钮扣等其他与问题解决无关的物品。

条件 盒子所材料 解决问题人数(n-7)

控制条件

功能固着条件中性条件

空盒

盒子里装着蜡烛、火柴和大头钉盒子里装着无关的材料（钮扣等）

7 （ 100％）

3 （ 43％）

1 （ 14％）

（二） SAT 与实验信度

Adamson认为 Duncker的实验未考虑速度－准确性权衡

问题：盒子问题、回形针问题和螺丝锥问题。 自变量（ 2 水平）： 功能固着条件下有经验的被试 控制条件下的无经验的的被试 每个被试组为 26 － 29 人。 因变量指标：一 20 分钟内能解决问题的被试的百分率； 二 被试成功解决问题所花费的时间。

结果 ： 对于盒子问题而言，在控制条件下，有 86％的被试解决了问题，而在功能固着条件下，只有 41％的被试解决了问题，这一点和邓克的实验结果一致。 然而，几乎所有的被试都解决了回形针问题和螺丝锥问题。

三、影响反应时的其他因素（一）刺激变量 刺激的强度、复杂程度等

（二）机体变量适应水平

动机

个体差异

§3 反应时新法一、减数法（ subtractive method ）

（一）原理 又称唐德斯反应时 ABC（ Donders ABC of reaction time）或唐德斯三成分说，是一种用减法方法将反应时分解成各个成分，然后来分析信息加工过程的方法。由唐德斯首先提出的，故又称唐德斯减数法。

实验逻辑： 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，且除此过程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。

A- 反应时间： S1→R1

B- 反应时间： S1→R1 S2→R2

C- 反应时间： S1→R1 S2

刺激

反应

S1

R1

S1 刺激

反应R1

S2

R2

刺激

反应

S1

R1

S2

A 反应时

C 反应时

C−A

B 反应时

C 反应时

B−C

基线时间

辨别时间

选择时间

（二）减数法的应用1. 证明心理旋转存在的实验

心理旋转（ mental rotation）指单凭心理运作将所知觉之对象予以旋转，从而获得正确知觉经验的心理历程。

正的

0° 60° 120°

180°

210°

300°

反的

0° 60° 120°

180°

210°

300°

条 件：

无进一步的信息

仅提示“正”或“反”

仅提示倾斜度

分别提示正、反和倾斜度

同时提示正、反和倾斜度

进 一步的 信息：

测验：

刺激在顺时针方向倾斜的度数

平均反应时间（毫秒）

600 180120 360300240

600

700

1000

1100

400

500

800

900

无提示

提示正、反提示倾斜度分别提示正、反和倾斜度

同时提示正、反和倾斜度

2. 证明短时记忆视觉编码的实验

Posner 等曾设计过一个实验，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，是否还存在视觉编码的问题。

实验材料：一种是形同音同的两个字母如 AA ； 另一种是形状不同但读音相同的两个字母如 Aa 。呈现方式：一种是同时呈现； 另一种是继时呈现，时间间隔为 0.5s 、 1s 和 2s 。要求被试判定所呈现的两个字母是否相同并按键反应，记录反应时间。在这两种情况下，正确反应都是“相同”。结果

1 ()图 反应时是字母间隔时间的函数

350

400

450

500

550

0 0.5 1 1.5 2

时间间隔（秒）

反应时间（

毫秒）

命名匹配字形和命名都匹配

结论：应用减法反应时间的方法，证明了某些短时记忆的信息加工，可有视觉和听觉编码两个连续阶段。

二、加因素法 （ additive factors method ）

（一）加因素法的原理

斯腾伯格认为，人的信息加工过程是系列进行。在加因素法反应时间的实验中，研究者通常认定，完成一个作业所需的时间是这一系列信息加工阶段分别需要的时间总和。

实验逻辑：如果两个因素的效应是互相制约的，那么这两个因素只作用于同一个信息加工阶段；而如果两个因素的效应是分别独立的，即可以相加，那么这两个因素是各自作用于不同的加工阶段。 也就是说，加因素法假设：如果两个因素有交互作用，那么它们是作用于同一个加工阶段的；而如果两个因素不存在交互作用，那么它们则作用于不同的加工阶段。

（二）加因素法的应用

Sternberg 在进行一系列的实验研究的基础上，确定了对短时记忆信息提取过程有独立作用的四个因素：刺激的质量（清晰和不清晰）（左）识记项目的数量（记忆集大小） （右）反应的类型（肯定的或否定的）（左）反应类型的相对频率 （右）

根据实验中发现的这四个独立因素，斯腾伯格认为短时记忆信息提取过程包含相应的四个独立加工阶段，即刺激编码阶段、顺序比较阶段、二择一的决策阶段和反应组织阶段。

记忆表中项目的数量3 51 2 4 6

400

450

500

550

600

X

反应时（毫

秒）

Y

400

450

500

550

600

X

反应时（毫

秒）

Y

完整、清晰 残缺、模糊刺激质量

清晰度和项目数对反应时的影响

（采自 Sternberg ， 1969 ）

项目数对反应时的影响 （采自 Sternberg ， 196

9 ）back

Y 反应 N 反应反应种类

400

450

500

550

600

反应时（毫

秒）

n = 1

n = 2

n = 4

频率.25 .50 .75

400

450

500

550

600

反应时（毫

秒）

0

N 反应

Y 反应

反应种类和项目数对反应时的影响（采自 Sternberg ， 1969 ）

频率和反应种类对反应时的影响

（采自 Sternberg ， 1969 ）back

识记项目编码

测试项目编码

顺序比较 决策 反应

组织

反 应 时

测试项目的质量

识记项目的数量

反应类型

反应类型的

相对频率

back

（三）开窗实验 （ open window experiment ）

汉米尔顿（ Hamilton， 1977）和霍克基（ Hockey， 1981）

看第一个字母

出 声

转 换看第二个字母

将转换结果储存

被试按键

转换

开始

转换

结束 被试再按键

编码阶段 转换阶段 储存阶段

第一个字母加工的反应时间

“ 开窗”实验：字母转换作业的 3 个阶段

§4 反应时研究的新进展 一、序列反应时 （ serial reaction time ， SRT ）

以反应时作为反应指标，以序列规则下的操作成绩和随机序列下的操作成绩之差来表示内隐学习的学习量。

（一） SRT 的基本程序和原理

以反应时为指标，整个实验过程十分类似一个选择反应时实验：处于不同空间位置的视觉刺激分别对应不同的反应键，每次呈现一个视觉刺激，被试按相应键尽快予以反应，该刺激随即消失，短暂的时间间隔后出现下一个视觉刺激。 SRT 特点 :整个实验中刺激的呈现序列是有规律的。【例 】

尼森，比勒姆（ 1987）实验： 屏幕上从左到右的四个位置依次被设定为位置 1 、 2 、 3 、 4 ，每个位置都对应着一个按键。 视觉刺激是一个星状图形，并按固定的位置序列（ 4-2-3-1-3-2-4-3-2-1 ）呈现。固定序列循环 6 － 10 次构成一个组段。在实验前，被试只被告知将要进行的是反应时测试，他们不知道在任务中刺激是按某个固定但不明显的模式依次呈现的。主试会在多次重复该固定位置序列的情况下（通常是 8—12 个组段）插入一个随机的位置序列，之后再恢复固定的位置序列。结果：尽管被试没有意识到序列规则的存在，其反应时还是会随着固定序列的重复而逐渐下降，但这并不一定代表被试对序列规则发生了学习，因为反应动作的练习效应也是可能的解释。研究者必须比较被试对固定序列和对随机序列的反应时。当后者的反应时要显著大于对前者的时，才说明序列学习发生了。

( 二 ) 序列反应时的变式主要包括对实验材料的改变和对实验程序的调整

【例 1】缪森和斯奎尔（ Musen ， Squire ， 1993）设计了一组新的实验材料，它们由 7 个打印颜色和本身含义不一致的色词（紫、绿、黄、橙、蓝、白、红）组成，要求被试对色词的打印颜色进行反应。色词和打印颜色间存在一一对应关系，比如：色词“红”一定是蓝色的，色词“黄”是白色的。 实验采用了正常成人和健忘症患者两组被试，希望用 SRT变式发现被试对上述规则的内隐学习。 结果发现：两组被试的表现极其相似，在“词－色”对应规则保持不变的前6 组实验中，反应时逐渐下降；而当对应规则发生变化时，反应时又迅速上升，这说明被试能够习得规则。【例 2】威林汉姆 , 尼森和比勒姆（ 1989）通过面试将被试区分为察觉组和无察觉组。在面试中，察觉组的被试声称自己意识到规则存在，并且可以回忆出规则序列中的大部分，而无觉察组被试声称自己没意识到规则的存在，并且最多只能回忆出序列结构中的3 个项目。 结果 : 虽然随着练习次数的增多，两组被试的反应时相对于随机水平都显著下降，但是觉察组被试明显地比无觉察组被试好。 这说明外显加工系统帮助觉察组被试更有效地完成任务，他们的外显知识可能在序列学习中起着一定的作用。这样，实验中，进行内隐学习研究时，就可以更多选用那些无觉察的被试。

二、内隐联想测验（ Implicit Association Test ， IAT ）

（一） IAT 的基本程序和原理 IAT是以反应时为指标，通过一种计算机化的分类任务来测量两类词（概念词与属性词）之间的自动化联系的紧密程度，继而对个体的内隐态度等内隐社会认知进行测量的。1 ．基本程序格林沃德（ 1998 ）花－虫 IAT （ Flower-Insect IAT ）

步 试验次数

练习 /测验 左键反应对象 右键反应对象

1 20 练习 花的图象 昆虫的图象2 20 练习 褒义词 贬义词3 20 练习 花的图象 +褒义词 昆虫的图象 +贬义词4 40 测试 花的图象 +褒义词 昆虫的图象 +贬义词5 20 练习 昆虫的图象 花的图象6 20 练习 昆虫的图象 +褒义词 花的图象 +贬义词7 40 测试 昆虫的图象 +褒义词 花的图象 +贬义词

2. 数据处理 （ 1 ）只选取两个测试阶段的数据（ 2 ）删除联合任务测试中的前两次试验，即表中第 4 步和第 7 步中第 1 、 2 次试验数据；（ 3 ）将短于 300ms 的反应时记为 300ms ，长于 3000ms 的反应时记为3000ms ，不对错误试验的反应时进行任何处理，不删除极端数据；（ 4 ）对反应时进行自然对数转换；（ 5 ）求两个测试阶段反应时的均值；（ 6 ）相容和不相容联合测试反应时均值相减即为所求得 IAT效应。

3. 基本原理 相容任务中，概念词和属性词的关系与被试的内隐态度一致或二者联系较紧密，此时辨别任务更多依赖自动化加工，因而反应时短。不相容任务中，概念词和属性词的关系与被试的内隐态度不一致或联系不紧密，这往往会导致被试的认知冲突，此时辨别任务更多依赖意识加工，因而反应时长。 两种联合任务的反应时之差可以作为概念词和属性词的关系与被试的内隐态度相对一致性的指标，即上述的 IAT效应。

（二）评价：反应时差异如何才算反映态度？IAT 数据处理法好坏的几个标准

（ 1 ）内隐测验和外显测验的相关

（ 2 ） IAT效应和简单反应时间的相关 （ 3 ）内部一致性

（ 4 ）对所测量的对象的敏感性

（ 5 ）抵制两个联合任务呈现先后顺序影响的能力

（三） IAT 的各种变式

1 ． Go/NO-Go联想测验 （ Go/NO-Go Association Test ， GNAT ）

（ 1 ）它保留了 IAT 的 2 个关键任务，但用信号检测论中的辨别力指数作为指标。

（ 2 ）测量被试对花朵的态度，呈现给被试花朵、褒义词、贬义词 3类刺激。任务 1 中要求被试对花朵和褒义词的联合作一反应（ Go ），花朵和贬义词的联合不作反应（为 No-Go ）。任务 2 则相反，要求被试对花朵和贬义词的联合作一反应，而对花朵和褒义词的联合不作反应。

（ 3 ）数据处理 :将正确的“ Go” 反应视为击中率，将不正确的“ Go”反应视为虚报率，计算 d’ ；比较两个阶段的 d’ 。 假如任务 1 中的 d’比任务 2 中的 d’高，说明被试对花持有积极态度，反映了被试对花朵的内隐偏好。

2 ．外在情感性 Simon 任务（ Extrinsic Affect Simon Task ， EAST ） 实验材料：5 个消极名词、 5 个积极名词、 5 个消极形容词和 5 个积极形容词。实验条件：一为词汇以白色呈现，此时出现的词都为形容词， 要求被试对词义做出反应，即对积极形容词（如 kind ）按P 键（积极反应），对消极形容词（如 hostile ）按Q 键（消极反应）

二为词汇以彩色出现，此时出现的词都为名词， 要求被试对词的颜色作出反应，即一半被试对绿色词，按Ｐ键，对蓝色词按Q 键，而另一半被试对蓝色词，按P 键，对绿色词按Q 键。

记录：被试对名词的反应时和错误率。

结果：被试对积极名词反应做积极反应比对积极名词做消极反应来得快，错误更少，对消极名词做消极反应比对消极名词做积极反应来得快，错误更少。