第四章现代心理物理学

感受性和判断标准 第四章现代心理物理学第一节信号检测论的一般问题第二节信号检测论的基本方法第三节信号检测论的应用及评价

第一节信号检测论的一般问题 一、信号检测论的由来 Signal detection theory，简称SDT 把人的感官、中枢分析综合过程看成一个信息处理系统 1954，W.P.Tanner和J.A.Swets 解决了一些传统心理物理学所不能解决的问题：

判断标准β “无”反应 “有”反应噪音分布信号＋噪音分布印象频率弱强感觉印象强度二、信号检测论的统计学原理感觉过程 N SN 1-α 1-β β α 决策过程

噪音分布 信号＋噪音分布 MN MSN Z N XC Z SN d’ 三、信号检测论的两个独立指标 Sensory discriminability，用d’表示（一）敏感性指标 d`=（ MSN －MN ）÷σn = MSN ÷σ －MN ÷ σ =Z SN － Z N =Z击中－Z虚报 Z SN和Z N分别由击中概率和虚报概率的大小决定的 d`是Z分数，没有单位。为了能跟普通的阈限比较，引入了一个测量差别感觉的新单位： -d` =(ISN－IN)/ d `

噪音分布 信号＋噪音分布 Xc （二）反应偏向 1、似然比值——β β＝O击中/O虚惊人总是按照最大期望值决策规则来确定自己的判断标准的两个因素：1、信号概率 2、支付矩阵北大P94-95

噪音分布 信号＋噪音分布 I N C I SN 2、报告标准——C Report criterion C=(ISN－IN)/d’ * (-ZN) + IN 例： d’＝ Z击中－Z虚惊＝0.994－（－1.405）＝2.339 β＝O击中/O虚惊＝0.2434/0.1487＝1.64 C＝（1－0）/2.399 * 1.405 + 0 = 0.59

ROC curve d3 d2 噪音分布信号＋噪音分布 d1 4 2 1.0 3 2 1 0 机遇线 Xc 0.5 -1 0 -2 等偏好线 -2 -1 0 1 2 0 0.5 1.0 四、接受者操作特性曲线简称ROC curve，又称感受性曲线（sensitivity curve） 1

被试的感受性 击中率倾向于少说信号倾向于多说信号虚报率 ROC曲线特征图

一、有无法 第二节信号检测论的基本方法 1、程序 P（y/SN)＝0.16 P（y/N)＝0.02 d’＝ Z击中－Z虚惊＝－1－（－2）＝1 β＝O击中/O虚惊＝0.242/0.054＝4.481 2、绘制ROC curve （1）信号概率（2）奖惩办法

1 2 3 4 5 6 噪音分布信号＋噪音分布 x3 x4 x1 x2 Xc C1 C2 C3 C4 C5 二、评价法 1、特点各个确信度的含义

2、例：图片再认 评价法实验结果各种标准下的击中率和虚报率

各种标准下的d’和β

2 1 1 0 4 3 -1 2 0 -2 -2 -1 0 1 2

三、迫选法 1、特点（1）刺激呈现方式 mAFC(AFC是alternative forced choice的缩写， m代表刺激数目）（2）反应方式（3）计算感受性的方法 P(C) = 正确判断的次数/信号出现的总次数 P(C)越大表示感受性越高。可以根据P.Elligtt制作的 “P(C)和d`转换表”，把P(C)转换成d`

2、例： 1 1 12 2 2 2 1 2 2 P(C)=7/10

一、在医学心理学中的应用 医学诊断：有病还是无病？什么病？病情怎样？发烧？风寒还是非典？！实例：痛阈（threshold of pain）克拉克采用信号检测论，研究了提示对热辨别力（d′值）和反应判定标准（β或C）的影响。由枪式热辅射器提供热刺激，每一个被试者在提示前后各接受72 次刺激，分为6 个强度，各重复12 次。被试者共10 人。实验者在痛阈和个体反应标准的研究中，将口头报告“极微痛”定为痛阈，并将“回缩反应”定为耐痛阈（threshold of bearable pain）或痛觉耐力（painendurance）。第三节信号检测论的应用及评价

二、在工程心理学中的应用 警戒操作是工程心理学中的一个重要问题。麦克沃斯（Machworth，1948）以经典的“钟表任务”来观测人的警戒行为。结果发现，被试正确检测信号的数量随着时间呈下降趋势，在连续注意钟表达30 分钟后，就只能检测到很少的信号了。警戒水平（vigilance level）是指警戒操作的稳定水平，常用P（H）作指标。对警戒衰退所作的信号检测论分析表明，警戒水平P（H）降低的原因既有敏感性下降（d′降低），也有反应偏向的变化（β增高），或者两者兼而有之。柏拉苏拉曼对警戒衰退作了归因分析，提出两类措施：改善操作者对信号特征的记忆和降低其记忆负荷的措施，将减少警戒衰退。第二类措施为降低记忆负荷的措施，又称为信号增强技术（signal enhance- ment techniques）。从反应偏向这一角度同样可以提出改善警戒操作的措施。一般来说，能够提高唤醒水平的措施有助于降低警戒衰退。这些技术甚至包括生物反馈技术。贝蒂等人（Beattg et al.，1974）曾报告说，训练操作者抑制θ波（the-tawave）（频率为3～7 赫的脑电波，指示低唤醒水平）亦将减少警戒衰退。贝克指出，在可能的情况下引入假信号将使反应偏向（β）维持在较低水平。因为引入假信号能将主观信号概率PS（S）提高，同时也能提高唤醒水平三、在认知研究中的应用

四、评价 信号检测论很好地解决了信号和噪音这两类变量的测量，并明确地建立起反映噪音变量的虚惊概率。它不仅对于辨别力的估量不可缺少，而且对于被试主观态度或反应偏好的测量更具有重要意义。由于建立击中和虚惊两个经验尺度，在感性的测量上，就把被试者的辨别力（敏感性）和他的反应偏向区分开来，这是心理物理法的一个重大突破。信号检测论的引入，确实解决了一些传统心理物理法所不能解决的问题。归结到一点，信号检测论对心理物理法的最大贡献是它可以把被试者的辨别力和他的反应偏向性分开，而以传统心理物理法测得的感觉阈限则是二者不可分割的混合物。不过，我们一方面要看到信号检测论对心理物理学的研究的巨大贡献，要利用这个有利的工具去研究解决一些传统心理物理法所不能解决的问题；另一方面，也要看到传统心理物理法在一定条件下仍不失为测定感受性的一种可靠的方法，并且用起来比信号检测论要简便些。

例子:针刺麻醉真的有效果吗？请结合信号检测论分析“针刺麻醉”说，并设计一个实验进行验证例子:针刺麻醉真的有效果吗？请结合信号检测论分析“针刺麻醉”说，并设计一个实验进行验证（1）针刺麻醉，即针灸镇痛说，用心理学的术语解释是指被试或患者由于接受了针灸处理而使得他们的痛阈提高的说法。（2）设计思想：可以设计一个实验，在实验中分别采用传统心理法的极限法测量针灸前后的阈限变化，和现代心理物理法信号检测论来测量针灸前后的d’和β的变化。（3）具体程序：采用被试内设计，针灸前后用枪式热辐射仪测量被试的痛觉感受方面的反应，并记录各个刺激值和被试相应的反应值。

极限法——计算微痛阈限和耐痛阈限。对结果进行t 检验，看针灸前后微痛阈和痛阈的差异是否显著。信号检测论——计算针灸前后的虚惊率、击中率，和由此得出的d’和β。对结果进行t 检验，看针灸前后被试的客观感受性和主观决策标准的变化情况。（4）结果分析：针灸前后，如果d’不变，而只是β发生了变化，那么可知针灸镇痛说，看到的只是主观因素对痛觉报告的影响；如果用极限法得到的阈限是随着针灸前后而发生变化的话，或者说表现出了针灸镇痛的效应，与信号检测论的结果非常不同，那么可能信号检测论是一个好的指标，能将主客观因素区分开。

本章思考题 • 名词解释：βOPT 、β、d’、C、ROC • 信号检测论的统计学原理。 • 什么是击中、漏报、虚报、正确拒绝？它们是如何随着判断标准变化的？ • 信号检测论的两个独立指标及其计算。 • 影响判断标准的因素有哪些？影响辨别力的因素有哪些？ • 有无法、评价法和迫选法各自的特点是什么？它们之间有什么区别和联系？ • 试对信号检测论进行评价（为什么是传统心理物理法的一个发展）。

第四章 现代心理物理学