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1第五章传统心理物理学方法用极限法、恒定刺激法和调整法来测定绝对阈限和差别阈限，并以阈限的倒数来表示感受性的大小，阈限值越小，感受性越高。用传统心理物理学方法测定阈限时，常有一些非感受的因素对阈限的估计产生影响。因此，传统心理物理法测得的数据，往往是感受性和被试反应的主观因素相混合的。，最根本的问题是无法把感受性的测量和被试的动机、态度等主观因素所造成的反应偏向区分开。而信号检测论，在测定感受性上，能把被试的主观态度区分出来。这一心理物理法的新发展称为现代心理物理学。第一节阈限概念和理论的发展一、阈限概念及其发展（一）传统的阈限概念传统的阈限概念起源于费希纳。波林在《实验心理学史》一书中指出，心理物理学的古典问题有五个：（1）绝对阈限：观察者对个别刺激的感受；（2）差别阈限：观察者对刺激增量的感受性；（3）等量：被判断为相等的刺激，一般指主观判断的强度方面；（4）感觉距离：被判断为相等的两对刺激间的差别；（5）感觉比例：彼此判断为有特定比率的那些刺激在有影响的“数学、测量和心理物理学”一章中又提到：史蒂文斯（Stevens，1951）又补充了两个问题。（1）刺激次序：观察者将某些组的刺激排成等级或次序的测定；（2）刺激等级评定：确定观察者评定刺激的真正物理值的准确性。。从测量上考虑传统阈限的概念，后经卡特尔（Cattell，1893）、贾斯特罗（Jastrow，1888）和乌尔班（Urban，1910）发展，最后形成了费-伽马（Phi-gamma）假设的传统觉察理论基础。这种觉察论假设有三个连续量：刺激（stimulus，简称S）、内部反应（response，简称R）和判断（judgment，简称J）。（二）对传统阈限概念的异议50年代以后，许多心理物理学家愈来愈感到，经典的阈限测量最大的问题在于没有能够把被试的辨别能力（感受性）和他们做出判断时的倾向性（反应标准）区别开来。也就是说，经典的阈限测量没有考虑许多非感觉变量对被试的影响。在这些非感觉变量中，主要有下列二种最为主要：1.刺激出现的概率2.反应代价现代心理物理学课题可分割为检测、认知、分辨、量表等四个基本问题，叙述如下：1.检测问题检测（或觉察）（detection）就是察觉一个事物是否存在的问题。这是一个低水平、低层次的感知觉问题，它所要解决的问题是，人检测到了信号，报告为“有”，没有检测到信号，报告为“无”的简单问题。在使用方法时，如果研究者承认“阈限”的存在，就可用传统的极限法和常定刺激法来测定阈限；如果不承认“阈限”的存在，就可用信号检测论来分析检测信号的辨别力和反应倾向。2.认知问题认知（cognitive）就是辨认一个事物的问题。这里已包括较高水平的问题，如当一个雷达操作员在屏幕上观察到了有信号以后，就要进一步向自己提出这样的问题：“这是什么？”。这就包括了复杂的知觉过程。这里包括可以采用信息论的方法来认知对象。应当指出，检测和认知阶段有时是不可分的，相互联结的，所以有时也称为检测-认知阶层。虽然认知问题既重要又有趣，涉及到信息量的问题，但这方面的问题一般实验心理学和心理物理学中不作详细论述，主要在认知心理学中进行阐述和讨论。3.辨别差异问题辨别差异（discriminativedifference）是叙述某些事物与标准的区别问题。这是一个更高的梯级。例如雷达操作员要正确无误地分辨出这一刺激不同于别的刺激。心理物理学中的韦伯定律（或韦氏定律）（Weber’slaw），分辨中的信号检测论（见第二节），以及用反应时来测定分辨等，都属于辨别差异问题。4.量表问题量表（scale）这方面的研究方法和内容，已构成了一个专门的学科——心理测量学（psychometrics）。测量心理活动并转换成某种尺度（yardstick）的问题。通过以上的讨论，我们就可将问题进行新的归类，把讨论心理物理学的一些问题组织到那些感觉和反应倾向的范畴内。参见表5-1。2表5-1心理物理学问题的分类、选用方法和尺度准绳类别（采自马谋超，1978）类别研究问题选用方法尺度准绳感觉能力（机体感受性和绝对感受性：（辨别某一刺激存在与否的能力）1.有m个选择的强迫选择法（空间或时间）2.可做双重决定（是或否）的单一刺激法或对可信度的评价法正确百分数（d′）或其他觉察指标P（C）Max可辨性的测量）差别感受性：（在一些刺激之间进行辨别的能力）1.对偶比较法2.评价法或对各种刺激AA，..AB或BB的相似性或相异性的双重决定法3.在AB序列中识别第三个刺激的方法正确百分数（d′）或其他辨别指标刺激识别：（从一组几个刺激中，对每个刺激给予不同反应的能力）识别法1.常误2.标准错误或其他离散尺度有效刺激（这是来自感觉能力测量单位进行标度的刺激量通过等距单位测量有效刺激强度的方法在指定的判断百分数上，称为相等的刺激值（范围）反应倾向（刺激间及刺激和周围背景间可清除辨别的情况下，等距：与刺激间辨别能力测定不相同，在指导语规定的连续体上称为相等刺激的测定调整法，允许做“相等“判断的对偶比较法，恒定刺激法，极限法在指定的判断百分数上，称为相等的刺激平均值和离散值对一些刺激或刺激序列特有反应的测量）等差：与差别之间的辨别能力测定不相同，在指导语规定的连续体上被认为有相同差别的对偶刺激的测定调整法，允许做“相等“判断的对偶比较法，恒定刺激法在指定的判断百分数上，称为相等的刺激平均值和离散值感觉比例：在指导语规定的连续体上对那些彼此具有特定比率的刺激的测定1.调整法2.数量估计法合乎指导语要求的比率刺激等级：确定位于指导语规定的连续体撒谎那个的那些刺激的等级次序对个别刺激评价法分等级或分类法，对偶比较法1等级的平均值和离散值2按刺激混淆情况的等级之间的距离，不同等级的平均刺激值二、神经量子理论神经量子理论（neuralquantumtheory）是由史蒂文斯等人（Stevensetal.，1941）提出用来解释阈限的一种理论。他们在响度和音高的辨别实验中，推论其基本神经过程是按全或无定律（或全有全无律）（all-or-nonelaw）进行的。神经量子理论假设反应刺激变化过程的神经结构在机能上被分为各个单元或量子。具体地说，被试者只有在此增量大到足以兴奋一个附加的神经量子单位时，才能够察觉到刺激增量。必要的刺激增量的大小将取决于某一个刺激高于上一个兴奋了的神经单位的阈限多少。超过上一单位的阈限越多，兴奋下一个单位所需要的刺激量则越少（见图5-2）。图5-2表明两种连续：（1）刺激连续（stimuluscontinuum）（任意度标）。（2）神经单元阶梯式的感觉连续（sensorycontinuum）。在刺激连续上，St是标准刺激值；a是肯定够兴奋附加量子的刺激增量；△φ只能部分兴奋神经量子所需要的刺激增量。在感觉连续上，P是S所产生的“剩余”兴奋量，如果说假定17个能量单位的刺激量足以兴奋神经量子a、b、c、d，而且还能部分兴奋“d”量子，这个剩余量只是由超出20能量单位的那点能量所引起的。由此可见，剩余量和感受性的波动紧密相关。只有△φ和S剩余量总合达到等于和大于兴奋一个附加量子所需的能量时，才能产生可觉的感觉反应。因此剩余和能量是有关的，即剩余大，要求增量便小；反之亦然。用数学式表述如下：△φ=Q-P[△φ：使附加量子活动所需要的刺激增量Q：肯定能够兴奋一个量子的增量的大小P：标准刺激S剩余能量引出的部分兴奋量]上式表明当△φ≥Q-P时，给定的△φ就完全可以兴奋附加量子。增量愈大，辨认的数量愈增加。诚然，这也取决于不同剩余量出现的相对频率。继续加强增量，务必达到兴奋一个附加量子才会有一个最小可觉差。这样所得到的理论上的刺激反应间关系曲线应是梯形跳跃式的。但是，在实际测量阈限的实验研究中，所得到的总是一条递加的拱形曲线（ogivecurve）。原因在哪里？史蒂文斯认为在于缺少对于被试的动机、注意疲劳等这些随机的波动因素的全面控制。未控制因素的波动可能是常态分配，因而是拱形曲线。史蒂文斯指出，如果满足下面四个条件，便能够得到理想的梯形曲线。1.必须仔细地控制刺激，避免噪音干扰。2.被试者在整个实验过程中必须保持恒定的判断标准，最好由动机高度明确、训练有素的实验者充当被试者。3.如果神经量子的大小在实验期间改变了，那么曲线将变为拱形。34.从标准刺激向比较刺激的转换必须迅速。三、史蒂文斯的幂定律费希纳（Fechner，1860）从韦伯定律△I/I=K出发，提出二个假设：（1）每一个最小可觉差（jnd）可看作感觉上的一个最小变化，它的主观量是相等的，是感觉的单位；（2）任何阈上感觉的大小都可用感觉随机刺激变化而发生的总和表示，亦即可用最小可觉差作为感觉单位，对阈上感觉量进行间接测量。那么可用下列公式表示函数关系：S＝KlgR[S：感觉大小（以jnd为单位）R：刺激强度K：常数]这就是费希纳定律（或费氏定律）（Fechner’sLaw），也可称为对数定律（lawoflogarithmicfunction）。史蒂文斯对费希纳的对数定律进行了批评他于1957年根据多年的研究结果，提出了刺激强度和感觉量之间关系的幂定律（thepowerlaw）：S=bIa[S：物理量I的幂函数b：量表单位决定的常数a：感觉道和刺激强度决定的幂指数]幂函数的指数值决定着按此公式所画曲线的形状。例如，当指数值为1.0，便是一条直线，即刺激和感觉之间为简单的正比关系；指数大于1，则为正加速曲线；小于1，便为负加速曲线。史蒂文斯认为存在着两种感觉连续体，即量的连续体和质的连续体，幂定律函数关系适用于量的连续体（protheticcontinuum），这是一些对它们做出多少的判断的连续体。在这个连续体上的感觉的变化，是以刺激引起的神经兴奋多少为依据的。例如重量、响度、亮度等形成的连续体，都是量的连续体。史蒂文斯还认为，其他函数则可能来自与那种或那种的判断有关的质的连续体（metatheticcontinuum）。在这个连续体上感觉的变化，是以刺激引起的神经活动的部位为依据的。也可以说，在生理上它是以一个相互代替的机制为依据的。例如声音的音高、彩色的色调等形成的连续体，都是质的连续体。对质的连续体来说，阈值是个不变的截面或称分界点。史蒂文斯用数量估计法（methodofmagnitudeestimation）获得了大量的实验数据。数量估计法是制作感觉比例量表的一种直接方法。具体的步骤是实验者先呈现一个标准刺激，例如一个重量（或某一明度），并规定它的出现值为一个数字，例如1.00，然后让被试以这个主观值为标准，把其他同类强度不同的主观值，放在这个标准刺激的主观值的关系中进行判断，并用一个数字表示出来。表5-2就是三种感觉道所获得的实验结果。表5-2是22种感道（连续体）的幂函数情况。由表可见，史蒂文斯对多种感觉道作了研究，并求出它们的指数，发现在同一感觉道内，其指数是相同的。和对数定律一样，幂函数对于靠近阈限的微弱刺激就变得很不明确了。于是，史蒂文斯等人在60年代初又提出了修正的幂函数，即从刺激中减去一个常数：S=b（I-I0）a〔公式5-3〕这样，幂定律便可适用于全部可知觉的刺激范围。在某些研究者看来I0就是绝对阈限值。从I中减去I0，意味着以阈限上有效单位而不是以物理表上的零点以上单位去说明刺激。幂定律在对数定律的基础上前进了一大步。但是，幂定律的有效性有赖于被试正确使用数字去表示其真正的感觉量。与此同时，表5-3上列出的量是不同感觉通道的主观量。那么，这里要问：不同感觉通道之间的主观量能否比较，能否调节一个感觉通道中的刺激强度使其主观上感到好像同另一感觉通道中的刺激一样强？为克服这一局限，史蒂文斯于1959年研究了跨感觉道的匹配技术，它无需被试产生数字判断，被试的任务是把两个不同感觉道产生的感觉量相等起来。例如，可以要求被试调整施加于指端的震动强度，以便使震动的感觉印象和一爆破噪音的响度相匹配。这样，在不同的刺激水平上获得跨感觉道的匹配，一条称为等感觉函数的曲线便产生了，它表示出一感觉道的刺激值与造成相等感觉量的判断的另一感觉道刺激的关系