信号检测论的原理及其在心理实验中的应用

杜晓燕 杨伊生 王凤梅

摘要信号检测论(Signal Detector Theory)原是信息论的一个分支,研究的对象是信息传输系统中信号的接收部分。本文介绍了信号监测论的原理和方法,并举例介绍了信号检测论在心理实验中的应用。

关键词信号检测论心理实验原理应用

中图分类号:B841文献标识码:A

1 引言

信号检测论(Signal Detector Theory)原是信息论的一个分支,研究的对象是信息传输系统中信号的接收部分。这个理论自1954年由坦纳(W.P.Tanner)与斯维茨(J.A.swets)引进到心理学实验中以来,在对感受性的测量上获得了成功。至今已形成了一些基本方法,如有无法、评价法及迫选法等等。它不仅在感受性的测量上,而且在记忆、思维、人格等研究中也起到了作用,信号检测论方法应用于心理物理实验是对传统的心理物理学方法的重大突破,对心理科学的发展起到了一定的作用。①信号检测论应用于心理学的基本原理是:由于人的感官、中枢分折综合过程可看作一个信息处理系统,因此有可能应用信号检测论中的一些概念和方法对它进行分析。②信号检测论还可以从另一个侧面加深人们对感受系统的理解。通常我们把刺激变量看作刺激,把刺激中的随机物理变化或感知信息处理中的随机变化看作噪音。这样,人作为一个接收者对刺激的分辨问题便可以等效于一个在噪声中检测信号的问题,显然只要将噪声的统计特性确定之后,便可以用信号检测论处理心理学实验结果。

2 信号检测论的原理及方法

2.1信号检测论的基本原理

信号检测论认为,被试觉察信号有一个中枢神经效应,这种效应随着每次刺激呈现,时刻都在变化。信号总是在噪音的背景上产生,信号的影响和噪音的影响都被假定为正态分布,这两种分布由于信号比噪音微弱增强,故有一定的重叠,而使信号和噪音都可能引起同一程度的感觉。人类觉察是建立在统计决策论的基础上,就是说被试选择一个标准,当给定的刺激超过这个标准时,被试就反应“有”,否则说“无”,这个反应标准就是阈限。信号检测论认为,阈限不是一个纯净的感知能力的指标,它受到利害得失、动机、态度、意志等因素的影响,被试考虑其利害得失,采用某种策略,作出某一抉择,从而使报告符合他自己最大的利益。信号检测论把刺激的判断看成对信号的侦察和作出抉择的过程,这样,在同一过程中就出现两个独立的指标:一个是感觉辨别力指标(d),表示感知能力,取决于个体的感觉鉴别能力;另一个是反应偏向,可用似然比值(%[)或报告标准(C)来表示,体现了被试在决策中的心理状态,会受到利益得失、动机、态度等因素的影响。③

2.2 信号检测论的方法

2.2.1 有无法

有无法是信号检测论测定阈限的基本方法。主试呈现刺激后,让被试判定所呈现的刺激中有无信号,并予以口头报告。主试要把实验中规定的信号和噪音的先验概率以及对被试判定结果的奖惩办法,对被试的要求等以指导语的形式明白而通俗地向被试说清楚,籍以影响被试判断标准的变化。在这种实验中,每种先验概率的情况下,信号和噪音出观的总次数要在100-200次以上,才能取得比较稳定的结果。

2.2.2 评价法

评价法又称多重决策法,或评级量表法。这一方法呈现刺激的方式同有无法一样,对信号和噪音的先验概率和奖惩办法,都可以随实验要求,由主试确定。但对被试的要求有所不同,对被试的反应不是简单的“有”或“无”的方式,而是将被试从“有信号”到“无信号”这一感觉的连续体,规定出不同的感觉评价等级。然后让被试根据对所呈现刺激的自信度情况,报告有信号(或无信号)的评定等级。

2.2.3 迫选法

迫选法与有无法、评价法不同的地方在于让被试进行判断之前,信号与噪音要连续呈现数次,然后让被试判断在哪个时间间隔上是信号,哪个是噪音,而不是刺激一呈现就让被试判断是信号还是噪音。在迫选法试验中,何时呈现刺激,一般是由主试通过一定得方法告诉被试的。

3 信号检测论在心理实验中的应用

3.1 在感知觉研究中的应用

庄锦英和殷晓峰做了情绪影响认知的实验研究,④该研究运用信号检测论的方法,将被试的判定标准和加工能力分离开来,以一般和新异两种知识为刺激材料。结果发现,对一般知识而言,两个情绪组的被试在反应偏向%[上存在显著差异,而辨别力指标(d)在两组之间没有显著差异。

周颖等人做了攻击性警戒-回避效应的实验研究,⑤该研究通过信号检测论对中学生的图片认知进行了研究。结果发现:(1)对中性图片的辨别力显著高于对攻击者和被攻击者的辨别力,证明了攻击性警戒-回避假设;(2)对攻击者和中性图片的判断标准均低于对被攻击者的判断标准,证明存在内隐攻击性;(3)辨别力d和判断标准%[的性别主效应均不显著,证明内隐攻击性不存在性别差异。

郭秀艳等人用信号检测论分析了短时作业中警戒绩效的影响因素,⑥她们在实验中研究了短时作业中时间、信号密度(信噪比)以及信号显著性(占空比)对警戒绩效的影响,因变量指标为辨别力指数d和判断标准%[。结果发现,作业时间和占空比对警戒绩效没有影响,信噪比对别力(下转第187页)(上接第185页)指数d有影响但对判断标准%[没有影响,这一结果与以往的研究不尽相同。本研究的结果对于机动车驾驶、雷达操作、空中交通管理、飞机和火车操作,工业产品检查等实际领域有着借鉴意义。

3.2 在记忆研究中的应用

周楚采用信号检测论的范式,⑦通过对预警、呈现时间以及再认时间压力的同时操作,验证激活/检测模型中所提出的激活与监测双加工过程的存在,并深入探索双加工过程的作用机制。实验结果发现:(1)编码阶段的预警提示可导致再认判断的标准(判断标准%[)趋于严格,从而降低错误记忆效应;(2)提取阶段的再认时间压力可显著降低被试将关键诱饵与学过项目区分开来的能力(辨别力指数d),进而提高错误记忆效应;(3)预警提示在无时间压力时比有时间压力条件下更有效地降低了错误再认。

杜建政和高妍春研究了情绪对错误记忆的影响,⑧该研究采用了DRM范式和信号检测论的研究方法,通过音乐诱发情绪,并给予预警指导语,检验不同情绪组被试对学习词、无关词、关键诱词两两之间的辨别力指数d。结果发现,积极情绪组较之消极情绪组会产生更多的错误记忆,并且消极情绪组对各类词之间的辨别力指数d均高于积极情绪组。该研究从新的角度证明了编码过程和提取过程会共同影响错误记忆效应,而且该结果支持激活检测理论。

3.3 在思维研究中的应用

蔡华俭和李娟在信号检测论范式下研究了心理旋转,⑨该研究以旋转角度、心理旋转的时间、性别为自变量,因变量为鉴别力和反应偏好,分别以信号检测论中的辨别力指数d和反应偏好%[为指标。结果发现:(1)辨别力指数d的性别差异非常显著,旋转角度对辨别力指数d的影响非常显著,而且性别和旋转角度的交互作用非常显著;(2)反应偏好%[的性别差异显著,女性的反应偏好显著高于男性,其它因素对反应偏好%[的影响不显著。该研究突破了传统的反应时范式,把信号检测论应用于心理旋转的研究,从新的视角探讨了与心理旋转的表征有关的问题,进一步揭示了心理旋转的表征方式方面的特征。

4 结语

综上所述,信号检测论既重视对信号的测量,也强调了对噪音测量的重要性,它借着辨别力和反应标准(或反应偏好)的指数,独立地处理了感受性和主观态度两类变量,为心理学的研究提供了新的视角,在心理实验中的应用具有广阔前景。

内蒙古师范大学2008年度研究生科研创新基金项目(CXJJSO08030)