Психическая хронометрия - Mental chronometry

Представление этапов обработки в типичной парадигме времени реакции.

Психическая хронометрия - это научное исследование скорости обработки или времени реакции на когнитивные задачи, позволяющее сделать вывод о содержании, продолжительности и временной последовательности умственных операций. Время реакции (RT; иногда называемое « временем ответа ») измеряется временем, прошедшим между началом стимула и реакцией человека на элементарные когнитивные задачи (ETC), которые являются относительно простыми перцептивно-моторными задачами, обычно выполняемыми в лабораторных условиях. Психическая хронометрия является одной из основных методологических парадигм экспериментальной , когнитивной и дифференциальной психологии человека , но также часто анализируется в психофизиологии , когнитивной нейробиологии и поведенческой нейробиологии, чтобы помочь выяснить биологические механизмы, лежащие в основе восприятия, внимания и принятия решений у людей. и другие виды.

Психическая хронометрия использует измерения времени, прошедшего между появлением сенсорных стимулов и последующими поведенческими реакциями, для изучения динамики обработки информации в нервной системе. Распределительные характеристики времени отклика, такие как среднее значение и дисперсия, считаются полезными показателями скорости и эффективности обработки, показывающими, насколько быстро человек может выполнять относящиеся к задаче умственные операции. Поведенческие реакции обычно представляют собой нажатия кнопок, но часто используются движения глаз, голосовые реакции и другое наблюдаемое поведение. Считается, что время реакции ограничено скоростью передачи сигнала в белом веществе, а также эффективностью обработки серого вещества неокортекса .

Использование ментальной хронометрии в психологических исследованиях широко распространено, включая номотетические модели обработки информации в слуховой и зрительной системах человека, а также такие темы дифференциальной психологии, как роль индивидуальных различий в RT в когнитивных способностях человека, старении и разнообразие клинических и психиатрических исходов. Экспериментальный подход к ментальной хронометрии включает в себя такие темы, как эмпирическое исследование вокальных и мануальных задержек, зрительного и слухового внимания , временных суждений и интеграции, языка и чтения, времени движения и двигательной реакции, времени восприятия и принятия решения, памяти и субъективного восприятия времени. . Выводы об обработке информации, полученной из RT, часто делаются с учетом плана эксперимента, ограничений в технологии измерений и математического моделирования.

История и ранние наблюдения

Иллюстрация болевого пути в "Traite de l'homme" Рене Декарта (Трактат о человеке) 1664. Длинное волокно, идущее от ступни к полости в голове, растягивается теплом и выделяет жидкость, которая заставляет мышцы сокращаться.

Представление о реакции человека на внешний раздражитель, опосредованной биологическим интерфейсом (например, нервом), почти так же стара, как и сама философская дисциплина науки. Мыслители эпохи Просвещения, такие как Рене Декарт, предположили, что рефлексивная реакция на боль, например, переносится каким-то волокном - которое мы сегодня признаем частью нервной системы - до мозга, где затем обрабатывается как субъективный опыт. боли. Однако Декарт и другие считали, что этот биологический рефлекс «стимул-ответ» возникает мгновенно и поэтому не подлежит объективному измерению.

Первое документальное подтверждение того, что время реакции человека является научной переменной, появилось несколько столетий спустя в результате практических проблем, возникших в области астрономии. В 1820 году немецкий астроном Фридрих Бессель занялся проблемой точности записи прохождения звезд, что обычно делалось с помощью тиканья метронома, чтобы оценить время, в которое звезда пересекает линию роста волос телескопа. Бессель заметил расхождения во времени при использовании этого метода между записями нескольких астрономов и попытался повысить точность, приняв во внимание эти индивидуальные различия во времени. Это привело к тому, что различные астрономы стали искать способы минимизировать эти различия между людьми, которые стали известны как «личное уравнение» астрономического времени. Это явление подробно изучил английский статистик Карл Пирсон , который разработал один из первых приборов для его измерения.

Ранний прибор, сконструированный для измерения времени реакции с помощью «личного уравнения»

Чисто психологические исследования природы времени реакции возникли в середине 1850-х годов. Психология как количественная экспериментальная наука исторически считалась принципиально разделенной на две дисциплины: экспериментальную и дифференциальную психологию. Научное исследование ментальной хронометрии, одно из самых ранних достижений в научной психологии, приняло микрокосм этого разделения еще в середине 1800-х годов, когда такие ученые, как Герман фон Гельмгольц и Вильгельм Вундт, разработали задачи на время реакции, чтобы попытаться измерить скорость нейронной передачи. Вундт, например, проводил эксперименты, чтобы проверить, влияют ли эмоциональные провокации на пульс и частоту дыхания, используя кимограф .

Сэра Фрэнсиса Гальтона обычно считают основателем дифференциальной психологии , которая стремится определять и объяснять ментальные различия между людьми. Он был первым, кто использовал строгие тесты RT с явным намерением определить средние значения и диапазоны индивидуальных различий в психических и поведенческих чертах у людей. Гальтон предположил, что различия в интеллекте будут отражаться в изменении сенсорной способности различать и скорости реакции на стимулы, и он построил различные машины для проверки различных показателей этого, включая RT на визуальные и слуховые стимулы. В его тестах приняли участие более 10 000 мужчин, женщин и детей из лондонской общественности.

Велфорд (1980) отмечает, что исторические исследования времени реакции человека в целом были связаны с пятью различными классами исследовательских проблем, некоторые из которых превратились в парадигмы, которые используются до сих пор. Эти области широко описываются как сенсорные факторы, характеристики реакции, подготовка, выбор и сознательное сопровождение.

Сенсорные факторы

Ранние исследователи отметили, что изменение сенсорных качеств стимула влияет на время реакции, при этом увеличение перцепционной значимости стимулов имеет тенденцию к уменьшению времени реакции. Это изменение может быть вызвано рядом манипуляций, некоторые из которых обсуждаются ниже. В целом, изменение времени реакции, вызванное манипулированием сенсорными факторами, скорее всего, является результатом различий в периферических механизмах, чем центральных процессов.

Сила раздражителя

Одна из самых ранних попыток математически смоделировать влияние сенсорных качеств стимулов на продолжительность реакции была связана с наблюдением, что увеличение интенсивности стимула, как правило, приводит к более короткому времени реакции. Например, Анри Пьерон (1920) предложил формулы для моделирования этого отношения в общем виде:

${\ displaystyle RT = {\ frac {a} {i ^ {n}}} + k}$,

где представляет интенсивность стимула, представляет сокращаемое значение времени, представляет несократимое значение времени и представляет переменную экспоненту, которая различается в зависимости от смысла и условий. Эта формулировка отражает наблюдение, что время реакции будет уменьшаться по мере увеличения интенсивности стимула до константы , которая представляет собой теоретический нижний предел, ниже которого физиология человека не может осмысленно действовать. ${\ displaystyle i}$${\ displaystyle a}$${\ displaystyle k}$${\ displaystyle n}$${\ displaystyle k}$

Влияние интенсивности стимула на снижение RT было скорее относительным, чем абсолютным в начале 1930-х годов. Одно из первых наблюдений этого феномена было получено в ходе исследования Карла Ховланда , который продемонстрировал с помощью серии свечей, расположенных на разных фокусных расстояниях, что влияние интенсивности стимула на RT зависит от предыдущего уровня адаптации .

В дополнение к интенсивности стимула, варьирование силы стимула (то есть «количество» стимула, доступного сенсорному аппарату в единицу времени) также может быть достигнуто путем увеличения как площади, так и продолжительности предъявленного стимула в задаче RT. Этот эффект был задокументирован в ранних исследованиях для времени реакции на чувство вкуса путем изменения площади вкусовых рецепторов для обнаружения вкусового стимула и для размера визуальных стимулов как площади в поле зрения. Точно так же было обнаружено, что увеличение продолжительности стимула, доступного в задаче на время реакции, вызывает немного более быстрое время реакции на зрительные и слуховые стимулы, хотя эти эффекты имеют тенденцию быть небольшими и в значительной степени являются следствием чувствительности к сенсорным рецепторам.

Сенсорная модальность

Сенсорная модальность, с помощью которой вводится стимул в задаче на время реакции, сильно зависит от времени афферентной проводимости, свойств изменения состояния и диапазона сенсорной дискриминации, присущей нашим различным чувствам. Например, ранние исследователи обнаружили, что слуховой сигнал может достигать центральных механизмов обработки в течение 8–10 мс, в то время как визуальный стимул обычно занимает около 20–40 мс. Чувства животных также значительно различаются по своей способности быстро изменять состояние: одни системы могут изменяться почти мгновенно, а другие - гораздо медленнее. Например, вестибулярная система, контролирующая восприятие положения человека в пространстве, обновляется гораздо медленнее, чем слуховая система. Диапазон сенсорной дискриминации данного чувства также значительно варьируется как внутри сенсорной модальности, так и в зависимости от нее. Например, Кисоу (1903) обнаружил в задаче на определение времени реакции, что люди более чувствительны к присутствию соли на языке, чем к сахару, что отражается в более быстрой RT более 100 мс для соли, чем для сахара.

Характеристики отклика

Ранние исследования влияния характеристик ответа на время реакции в основном касались физиологических факторов, влияющих на скорость ответа. Например, Трэвис (1929) обнаружил в задаче RT с нажатием клавиши, что 75% участников имели тенденцию включать понижательную фазу общей частоты тремора вытянутого пальца, которая составляет около 8–12 треморов в секунду, при угнетении пальца. ключ в ответ на стимул. Эта тенденция предполагает, что распределения времени отклика имеют внутреннюю периодичность и что на данное RT влияет точка в течение цикла тремора, в которой запрашивается ответ. Это открытие было дополнительно подтверждено последующей работой в середине 1900-х годов, показавшей, что ответы были менее вариабельными, когда стимулы предъявлялись около верхней или нижней точки цикла тремора.

Упреждающее мышечное напряжение - еще один физиологический фактор, который ранние исследователи обнаружили в качестве предиктора времени реакции, при этом мышечное напряжение интерпретируется как показатель уровня коркового возбуждения. То есть, если физиологическое состояние возбуждения высокое в начале стимула, большее ранее существовавшее мышечное напряжение способствует более быстрым ответам; если возбуждение низкое, более слабое мышечное напряжение предсказывает более медленную реакцию. Однако было обнаружено, что слишком сильное возбуждение (и, следовательно, мышечное напряжение) отрицательно влияет на производительность при выполнении задач RT из-за нарушенного отношения сигнал / шум.

Как и во многих сенсорных манипуляциях, такие характеристики физиологического ответа, как предикторы RT, действуют в основном вне центральной обработки, которая отличает эти эффекты от эффектов препарата, обсуждаемых ниже.

Подготовка

Другое наблюдение, впервые сделанное в ходе ранних хронометрических исследований, заключалось в том, что «предупреждающий» знак, предшествующий появлению стимула, обычно приводил к более короткому времени реакции. Этот короткий период предупреждения, называемый в этой фундаментальной работе «ожиданием», измеряется в простых задачах RT как длительность интервалов между предупреждением и предъявлением стимула, на который необходимо отреагировать. Важность продолжительности и вариабельности ожидания в исследованиях ментальной хронометрии впервые была замечена в начале 1900-х годов и остается важным аспектом в современных исследованиях. Сегодня это отражено в современных исследованиях в использовании переменного предпериода , предшествующего предъявлению стимула.

Это соотношение можно описать простым языком уравнением:

${\ displaystyle RT = a + b \ log {\ frac {1} {p}},}$

где и - константы, связанные с задачей, и обозначает вероятность появления стимула в любой момент времени. ${\ displaystyle a}$${\ displaystyle b}$${\ displaystyle p}$

В простых задачах RT постоянные предпериоды продолжительностью около 300 мс в течение серии испытаний имеют тенденцию давать самые быстрые ответы для данного человека, а ответы удлиняются по мере того, как предпериод становится длиннее, эффект, который был продемонстрирован до предпериодов во многие сотни секунд. . Передние периоды с переменным интервалом, если они представлены с одинаковой частотой, но в случайном порядке, имеют тенденцию давать более медленные RT, когда интервалы короче среднего значения ряда, и могут быть быстрее или медленнее, если они больше среднего. Независимо от того, удерживается ли он постоянным или переменным, предпериоды менее 300 мс могут создавать задержанные RT, потому что обработка предупреждения, возможно, не успела завершиться до поступления стимула. Этот тип задержки имеет важные последствия для вопроса о последовательно организованной централизованной обработке данных, сложной теме, которая привлекла много эмпирического внимания в столетие после этой фундаментальной работы.

Выбор

Количество возможных вариантов было признано важным фактором, определяющим время отклика, при этом время реакции увеличивалось как функция как количества возможных сигналов, так и возможных ответов.

Первым ученым, осознавшим важность вариантов ответа на RT, был Франциск Дондерс (1869). Дондерс обнаружил, что простое RT короче распознавания RT, а выбор RT длиннее обоих. Дондерс также разработал метод вычитания, чтобы анализировать время, необходимое для выполнения мысленных операций. Вычитая, например, простое RT из выбранного RT, можно рассчитать, сколько времени необходимо для установления соединения. Этот метод позволяет исследовать когнитивные процессы, лежащие в основе простых перцептивно-моторных задач, и лег в основу последующих разработок.

Хотя работа Дондерса открыла путь для будущих исследований ментальных тестов хронометрии, она не лишена недостатков. Его метод вставки, часто называемый «чистой вставкой», был основан на предположении, что вставка конкретного усложняющего требования в парадигму RT не повлияет на другие компоненты теста. Это предположение - что дополнительный эффект на RT был строго аддитивным - не выдерживало более поздних экспериментальных испытаний, которые показали, что вставки могут взаимодействовать с другими частями парадигмы RT. Несмотря на это, теории Дондерса по-прежнему интересны, а его идеи до сих пор используются в определенных областях психологии, которые теперь имеют статистические инструменты для более точного их использования.

Сознательное сопровождение

Интерес к содержанию сознания, который характеризовал ранние исследования Вундта и других структуралистских психологов, в значительной степени потерял популярность с появлением бихевиоризма в 1920-х годах. Тем не менее изучение сознательного сопровождения в контексте времени реакции было важным историческим событием в конце 1800-х - начале 1900-х годов. Например, Вундт и его помощник Освальд Кюльпе часто изучали время реакции, прося участников описать сознательный процесс, который происходил во время выполнения таких задач.

Измерения и математические описания

Хронометрические измерения на основе стандартных парадигм времени реакции представляют собой необработанные значения времени, прошедшего между началом стимула и двигательной реакцией. Эти времена обычно измеряются в миллисекундах (мс) и считаются измерениями шкалы отношения с равными интервалами и истинным нулем.

Время отклика на хронометрических задачах , как правило , связанно с пятью категориями измерения: Центральной тенденцией времени отклика через ряд индивидуальных испытаний для данного человека или состояния задачи, как правило , захваченного среднего арифметическим , но иногда по медиане и что реже в режиме ; внутрииндивидуальная вариативность, вариативность индивидуальных ответов в пределах или между условиями задачи; перекос - мера асимметрии распределения времени реакции по испытаниям; наклон - разница между средними RT для задач разного типа и сложности; и точность или коэффициент ошибок, доля правильных ответов для данного человека или условия задачи.

Время реакции человека на простые задачи времени реакции обычно составляет порядка 200 мс. Процессы, происходящие в течение этого короткого времени, позволяют мозгу воспринимать окружающую среду, идентифицировать интересующий объект, принимать решение о действии в ответ на объект и выдавать моторную команду для выполнения движения. Эти процессы охватывают области восприятия и движения и включают принятие перцептивных решений и двигательное планирование . Многие исследователи считают, что нижний предел допустимого времени реакции составляет от 100 до 200 мс, что можно считать минимальным временем, необходимым для физиологических процессов, таких как восприятие стимула и двигательные реакции. Более быстрые реакции часто являются результатом «упреждающей реакции», когда двигательная реакция человека уже запрограммирована и выполняется до появления стимула и, вероятно, не отражает интересующий процесс.

График плотности и центральные тенденции испытаний времени реакции (мс) для задачи с двумя вариантами выбора, демонстрирующие правильное искаженное распределение, типичное для данных RT.

Распределение времени ответа

Испытания времени реакции любого конкретного человека всегда распределяются несимметрично и смещены вправо, поэтому редко следуют нормальному (гауссовскому) распределению. Типичная наблюдаемая закономерность состоит в том, что среднее RT всегда будет больше, чем медиана RT, а медиана RT будет больше, чем максимальная высота распределения (мода). Одна из наиболее очевидных причин этого стандартного паттерна заключается в том, что, хотя любое количество факторов может увеличить время отклика данного испытания, физиологически невозможно сократить время отклика в данном испытании за пределы человеческого восприятия ( обычно считается где-то между 100-200 мс), и логически невозможно, чтобы продолжительность испытания была отрицательной.

Одной из причин вариабельности, которая распространяется на правый хвост распределения RT индивидуума, являются кратковременные провалы внимания . Чтобы повысить надежность индивидуального времени ответа, исследователи обычно требуют, чтобы субъект провел несколько испытаний, из которых можно рассчитать «типичное» или базовое время ответа. Среднее значение необработанного времени отклика редко бывает эффективным методом характеристики типичного времени отклика, и альтернативные подходы (такие как моделирование всего распределения времени отклика) часто более уместны.

Для анализа измерений RT был разработан ряд различных подходов, особенно в том, как эффективно решать проблемы, возникающие в результате обрезки выбросов, преобразования данных, компромиссов между надежностью измерений и точностью, а также математическим моделированием стохастической вариации временных откликов.

Закон Хика

Данные У. Хика (1952), демонстрирующие закон Хика: взаимосвязь между временем реакции и количеством вариантов ответа у двух участников (красный и синий).

Основываясь на ранних наблюдениях Дондерса о влиянии количества вариантов ответа на продолжительность ЛТ, У. Э. Хик (1952) разработал эксперимент ЛТ, который представил серию из девяти тестов, в которых имеется n равно возможных вариантов. Эксперимент измерял RT субъекта на основе количества возможных выборов во время любого данного испытания. Хик показал, что RT индивидуума увеличивается на постоянную величину в зависимости от доступных вариантов выбора или «неопределенности», связанной с тем, какой стимул реакции появится в следующий раз. Неопределенность измеряется в «битах», которые определяются как количество информации, снижающее наполовину неопределенность в теории информации . В эксперименте Хика было обнаружено, что RT является функцией двоичного логарифма количества доступных вариантов выбора ( n ). Это явление называется «законом Хика» и считается мерой «скорости получения информации». Закон обычно выражается формулой:

${\ displaystyle RT = a + b \ log _ {2} (n + 1)}$,

где и - константы, представляющие точку пересечения и наклон функции, а - количество альтернатив. Коробка Дженсена - это более позднее применение закона Хика. У закона Хика есть интересные современные приложения в маркетинге, где меню ресторанов и веб-интерфейсы (среди прочего) используют преимущества его принципов, стремясь достичь скорости и простоты использования для потребителя. ${\ displaystyle a}$${\ displaystyle b}$${\ displaystyle n}$

Дрейфово-диффузионная модель

Графическое представление скорости дрейфовой диффузии, используемое для моделирования времени реакции в задачах с двумя вариантами выбора.

Модель дрейфа-диффузии (DDM) представляет собой четко определенную математическую формулировку для объяснения наблюдаемых различий во времени отклика и точности между испытаниями в задаче на время реакции (обычно с двумя вариантами). Эта модель и ее варианты учитывают эти особенности распределения, разделяя испытание на время реакции на остаточную стадию без принятия решения и стадию стохастического «распространения», на которой генерируется фактическое решение по ответу. Распределение времени реакции между испытаниями определяется скоростью, с которой данные накапливаются в нейронах с лежащим в основе компонентом «случайного блуждания». Скорость дрейфа (v) - это средняя скорость, с которой это свидетельство накапливается в присутствии этого случайного шума. Порог принятия решения (а) представляет ширину границы принятия решения или количество свидетельств, необходимых до того, как будет сделан ответ. Судебное разбирательство заканчивается, когда накопленные доказательства достигают либо правильной, либо неправильной границы.

Стандартные парадигмы времени реакции

Виртуальный рендеринг коробки Дженсена. Кнопка «Домой» изображена в нижнем центре массива. Участникам предлагается переместить палец с кнопки «Домой» на одну из восьми дополнительных кнопок ответа, когда загораются определенные светодиодные индикаторы. Это дает несколько показателей времени ответа участника (RT).

Современные хронометрические исследования обычно используют вариации одной или нескольких из следующих широких категорий парадигм задач времени реакции, которые не обязательно должны быть взаимоисключающими во всех случаях.

Простые парадигмы RT

Время простой реакции - это движение, необходимое наблюдателю, чтобы отреагировать на наличие стимула. Например, испытуемого могут попросить нажать кнопку, как только появится свет или звук. Среднее время ожидания для студентов студенческого возраста составляет около 160 миллисекунд для обнаружения слухового стимула и около 190 миллисекунд для обнаружения визуального стимула.

Средние RT для спринтеров на Олимпийских играх в Пекине составляли 166 мс для мужчин и 169 мс для женщин, но в одном из 1000 стартов они могут достичь 109 мс и 121 мс соответственно. Это исследование также пришло к выводу, что более длинные женские RT могут быть артефактом используемого метода измерения, предполагая, что система датчиков стартового блока может пропустить женский фальстарт из-за недостаточного давления на колодки. Авторы предположили, что компенсация этого порога повысит точность обнаружения фальстарта у бегунов-женщин.

У ИААФ есть спорное правило, что если спортсмен движется менее чем за 100 мс, это считается фальстартом , и он или она может быть (с 2009 года, даже должна быть) дисквалифицирована - даже несмотря на то, что исследование, проведенное ИААФ в 2009 году. что лучшие спринтеры могут иногда среагировать за 80–85 мс.

Признание или парадигмы «годен / не годен»

Признание или не годен / не годен задачи RT требуют, чтобы при условии нажать кнопку , утаивание ответ , когда другой появляется , когда один появляется тип стимула и типа стимулов. Например, объекту может потребоваться нажать кнопку, когда загорается зеленый свет, и не реагировать, когда появляется синий свет.

Парадигмы дискриминации

Дискриминация RT включает в себя сравнение пар одновременно представленных визуальных дисплеев и последующее нажатие одной из двух кнопок, в соответствии с которыми дисплей выглядит ярче, длиннее, тяжелее или больше по величине в каком-либо интересующем измерении. Парадигмы дискриминационной RT делятся на три основные категории, включающие стимулы, которые вводятся одновременно, последовательно или непрерывно.

В классическом примере парадигмы RT с одновременной дискриминацией, разработанной социальным психологом Леоном Фестингером , участникам одновременно показаны две вертикальные линии разной длины. Участников просят как можно быстрее определить, длиннее или короче линия справа, чем линия слева. Одна из этих строк будет сохранять постоянную длину во всех испытаниях, в то время как другая принимает диапазон из 15 различных значений, каждая из которых представлена ​​равное количество раз в течение сеанса.

Примером второго типа дискриминационной парадигмы, который применяет стимулы успешно или последовательно, является классическое исследование 1963 года, в котором участникам дают два последовательно поднимаемых веса и просят судить, был ли второй тяжелее или легче первого.

Третий широкий тип задачи распознавания RT, в которой стимулы вводятся непрерывно, иллюстрируется экспериментом 1955 года, в котором участников просят рассортировать колоды перемешанных игральных карт на две стопки в зависимости от того, было ли на карте большое или маленькое количество точек. оно вернулось. Время реакции в такой задаче часто измеряется общим количеством времени, которое требуется для ее выполнения.

Выбор парадигмы RT

Задачи выбора времени реакции (CRT) требуют различных ответов для каждого возможного класса стимулов. В задаче выбора времени реакции, которая требует единой реакции на несколько различных сигналов, считается, что последовательно происходят четыре различных процесса: во-первых, сенсорные качества стимулов воспринимаются органами чувств и передаются в мозг; во-вторых, сигнал идентифицируется, обрабатывается и обосновывается человеком; в-третьих, принимается решение о выборе; и в-четвертых, двигательная реакция, соответствующая этому выбору, инициируется и осуществляется действием.

Задачи CRT могут быть очень разными. Они могут включать стимулы любой сенсорной модальности, чаще всего зрительной или слуховой природы, и требуют реакции, которая обычно указывается нажатием клавиши или кнопки. Например, испытуемого могут попросить нажать одну кнопку, если загорается красный свет, и другую кнопку, если загорается желтый свет. Окно Jensen является примером инструмента , предназначенного для выбора меры RT с визуальными стимулами и при нажатии на кнопку ответа. Критерии ответа также могут быть в форме вокализации, такой как исходная версия задачи Струпа , где участникам предлагается читать названия слов, напечатанные цветными чернилами из списков. Современные версии задачи Stoop, в которых используются отдельные пары стимулов для каждого испытания, также являются примерами парадигмы CRT с множественным выбором и голосовым ответом.

Модели времени реакции выбора тесно связаны с законом Хика , который утверждает, что среднее время реакции увеличивается в зависимости от более доступных вариантов выбора. Закон Хика можно переформулировать так:

${\ displaystyle MRT = K + \ log N}$,

где обозначает среднее RT по испытаниям, является константой и представляет собой сумму возможностей, включая «отсутствие сигнала». Это объясняет тот факт, что в задаче выбора субъект должен не только сделать выбор, но и сначала определить, появился ли сигнал вообще (эквивалентно исходной формулировке). ${\ displaystyle MRT}$${\ displaystyle K}$${\ displaystyle N}$${\ displaystyle n + 1}$

Применение в биологической психологии / когнитивной нейробиологии

Области мозга, вовлеченные в задачу сравнения чисел, полученную на основе исследований ЭЭГ и фМРТ. Представленные области соответствуют областям, показывающим эффекты обозначений, используемых для чисел (розовые и заштрихованные), расстояние от номера теста (оранжевый), выбор руки (красный) и ошибки (фиолетовый). Картинка из статьи: «Хронометраж мозга: ментальная хронометрия как инструмент нейробиологии».

С появлением функциональных нейровизуализации методов ПЭТ и фМРТ , психологи начали изменять свои ментальные парадигмы хронометрии для функциональной визуализации. Хотя психо ( физиологи ) логисты использовали электроэнцефалографические измерения в течение десятилетий, изображения, полученные с помощью ПЭТ, вызвали большой интерес в других областях нейробиологии, популяризируя ментальную хронометрию среди более широкого круга ученых в последние годы. Способ использования ментальной хронометрии заключается в выполнении задач на основе RT, которые с помощью нейровизуализации показывают части мозга, которые участвуют в когнитивном процессе.

С изобретением функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) в исследовании использовались методы для измерения активности с помощью потенциалов, связанных с электрическими событиями, когда субъектов просили определить, была ли представленная цифра выше или ниже пяти. Согласно аддитивной теории Штернберга, каждый из этапов выполнения этой задачи включает в себя: кодирование, сравнение с сохраненным представлением для пяти, выбор ответа и затем проверку на наличие ошибок в ответе. На изображении фМРТ представлены определенные места в мозге, где эти стадии происходят при выполнении этой простой задачи ментальной хронометрии.

В 1980-х годах эксперименты по нейровизуализации позволили исследователям обнаруживать активность в локализованных областях мозга путем введения радионуклидов и использования позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) для их обнаружения. Кроме того, использовалась фМРТ, которая выявила точные области мозга, которые активны во время задач умственной хронометрии. Многие исследования показали, что существует небольшое количество широко разбросанных областей мозга, которые участвуют в выполнении этих когнитивных задач.

Текущие медицинские обзоры показывают, что передача сигналов через дофаминовые пути, происходящие в вентральной тегментальной области , сильно положительно коррелирует с улучшенным (укороченным) RT; например, было показано , что дофаминергические фармацевтические препараты, такие как амфетамин , ускоряют реакцию во время интервалов времени, в то время как антагонисты дофамина (особенно для рецепторов D2-типа ) производят противоположный эффект. Точно так же связанная с возрастом потеря дофамина из полосатого тела , измеренная с помощью ОФЭКТ-визуализации переносчика дофамина , сильно коррелирует с замедлением RT.

Время реакции как функция экспериментальных условий

Предположение о том, что умственные операции можно измерить временем, необходимым для их выполнения, считается основополагающим в современной когнитивной психологии. Чтобы понять, как разные системы мозга получают, обрабатывают и реагируют на стимулы в ходе обработки информации нервной системой, психологи-экспериментаторы часто используют время отклика в качестве зависимой переменной в различных экспериментальных условиях. Такой подход к изучению ментальной хронометрии обычно направлен на проверку гипотез, основанных на теории, предназначенных для объяснения наблюдаемых взаимосвязей между измеренным RT и некоторой экспериментально управляемой переменной, представляющей интерес, которая часто дает точно сформулированные математические предсказания.

Различие между этим экспериментальным подходом и использованием хронометрических инструментов для исследования индивидуальных различий носит скорее концептуальный, чем практический характер, и многие современные исследователи объединяют инструменты, теории и модели из обеих областей для исследования психологических явлений. Тем не менее, это полезный организационный принцип, позволяющий различать две области с точки зрения их исследовательских вопросов и целей, для которых был разработан ряд хронометрических задач. Экспериментальный подход к ментальной хронометрии использовался для исследования множества когнитивных систем и функций, общих для всех людей, включая память, языковую обработку и производство, внимание и аспекты зрительного и слухового восприятия. Ниже приводится краткий обзор нескольких хорошо известных экспериментальных задач по ментальной хронометрии.

Задача Штернберга на сканирование памяти

Пример задачи сканирования памяти Штернберга (рисунок адаптирован из Plomin & Spinath, 2002).

Саул Стернберг (1966) разработал эксперимент, в котором испытуемым предлагалось запомнить набор уникальных цифр в кратковременной памяти . Затем испытуемым давали пробный стимул в виде цифры от 0 до 9. Затем испытуемый как можно быстрее ответил, был ли зонд в предыдущем наборе цифр или нет. Размер начального набора цифр определял RT испытуемого. Идея состоит в том, что по мере увеличения размера набора цифр увеличивается и количество процессов, которые необходимо завершить, прежде чем можно будет принять решение. Таким образом, если у субъекта есть 4 элемента в кратковременной памяти (STM), то после кодирования информации из зондирующего стимула ему необходимо сравнить зонд с каждым из 4 элементов в памяти, а затем принять решение. Если бы в начальном наборе цифр было только 2 элемента, тогда потребовалось бы только 2 процесса. Данные этого исследования показали, что на каждый дополнительный элемент, добавленный к набору цифр, ко времени ответа испытуемого добавлялось около 38 миллисекунд. Это подтвердило идею о том, что испытуемый выполнял последовательный исчерпывающий поиск в памяти, а не последовательный самоограниченный поиск. Штернберг (1969) разработал значительно усовершенствованный метод разделения RT на последовательные или последовательные стадии, названный методом аддитивных факторов.

Задача мысленного вращения Шепарда и Метцлера

Пример стимулов задания умственного вращения

Шепард и Метцлер (1971) представили пару трехмерных форм, которые были идентичными или зеркальными версиями друг друга. RT для определения того, были ли они идентичны или нет, было линейной функцией угловой разницы между их ориентацией, будь то в плоскости изображения или по глубине. Они пришли к выводу, что наблюдатели совершали мысленное вращение с постоянной скоростью, чтобы выровнять два объекта, чтобы их можно было сравнить. Купер и Шепард (1973) представили букву или цифру, которые были либо нормальными, либо зеркально перевернутыми, и представлялись либо вертикально, либо под углами вращения в единицах 60 градусов. Испытуемый должен был определить, был ли стимул нормальным или зеркальным. Время отклика увеличивается примерно линейно, когда ориентация буквы отклоняется от вертикального (0 градусов) до перевернутого (180 градусов), а затем снова уменьшается, пока не достигнет 360 градусов. Авторы пришли к выводу, что испытуемые мысленно поворачивают изображение на кратчайшее расстояние в вертикальное, а затем судят, нормальное оно или зеркальное.

Проверка предложения по картинке

Мысленная хронометрия использовалась для определения некоторых процессов, связанных с пониманием предложения. Этот тип исследования обычно вращается вокруг различий в обработке 4 типов предложений: истинно утвердительное (TA), ложноутвердительное (FA), ложноотрицательное (FN) и истинно отрицательное (TN). Картинка может быть представлена ​​с ассоциированным предложением, которое попадает в одну из этих 4 категорий. Затем испытуемый решает, соответствует ли предложение картинке или нет. Тип предложения определяет, сколько процессов необходимо выполнить, прежде чем можно будет принять решение. Согласно данным Кларка и Чейза (1972) и Джаста и Карпентера (1971), предложения TA самые простые и занимают меньше всего времени, чем предложения FA, FN и TN.

Модели памяти

От иерархических сетевых моделей памяти в значительной степени отказались из-за некоторых открытий, связанных с ментальной хронометрией. Модель Teachable Language Comprehender (TLC), предложенная Коллинзом и Куиллианом (1969), имела иерархическую структуру, указывающую, что скорость отзыва в памяти должна основываться на количестве пройденных уровней в памяти, чтобы найти необходимую информацию. Но результаты экспериментов не совпали. Например, испытуемый достоверно ответит, что малиновка - это птица, быстрее, чем он ответит, что страус - это птица, несмотря на то, что эти вопросы обращаются к одним и тем же двум уровням памяти. Это привело к развитию распространяющихся моделей активации памяти (например, Collins & Loftus, 1975), в которых связи в памяти организованы не иерархически, а по важности.

Исследования соответствия писем Познера

Пример задачи Познера на сопоставление букв (рисунок адаптирован из Plomin & Spinath, 2002).

В конце 1960-х Майкл Познер разработал серию исследований по сопоставлению букв, чтобы измерить время умственной обработки нескольких задач, связанных с распознаванием пары букв. Самым простым заданием было задание на физическое совпадение, в котором испытуемым показывали пару букв и они должны были определить, идентичны ли эти две буквы физически или нет. Следующим заданием было задание сопоставления имен, в котором испытуемые должны были определить, имеют ли две буквы одинаковое имя. Задача, затрагивающая большинство когнитивных процессов, представляла собой задачу сопоставления правил, в которой испытуемые должны были определить, являются ли две представленные буквы гласными или нет.

Задача физического сопоставления была самой простой; испытуемые должны были закодировать буквы, сравнить их друг с другом и принять решение. При выполнении задачи сопоставления имен испытуемые были вынуждены добавить когнитивный шаг перед принятием решения: они должны были искать в памяти названия букв, а затем сравнивать их, прежде чем принять решение. В задании, основанном на правилах, они также должны были разделить буквы на гласные или согласные, прежде чем сделать свой выбор. Время, затраченное на выполнение задачи сопоставления правил, было больше, чем время задачи сопоставления имен, которое было дольше, чем задача физического сопоставления. Используя метод вычитания, экспериментаторы смогли определить приблизительное количество времени, которое потребовалось испытуемым для выполнения каждого из когнитивных процессов, связанных с каждой из этих задач.

Время реакции как функция индивидуальных различий

Дифференциальные психологи часто исследуют причины и последствия обработки информации, моделируемые хронометрическими исследованиями экспериментальной психологии. В то время как традиционные экспериментальные исследования RT проводятся внутри субъектов с RT как зависимая мера, на которую влияют экспериментальные манипуляции, дифференциальный психолог, изучающий RT, обычно будет поддерживать условия постоянными, чтобы установить вариабельность RT между субъектами и ее взаимосвязь с другими психологическими переменными.

Познавательная способность

Исследователи, работающие более века, обычно сообщают о средних корреляциях между RT и показателями интеллекта : таким образом, люди с более высоким IQ имеют тенденцию быстрее проходить тесты RT. Хотя его механистические основы все еще обсуждаются, связь между RT и когнитивными способностями сегодня является столь же хорошо установленным эмпирическим фактом, как и любое явление в психологии. Обзор литературы 2008 года о средней корреляции между различными показателями времени реакции и интеллекта оказался равным -24 ( SD = 0,07).

Эмпирические исследования природы взаимосвязи между временем реакции и показателями интеллекта имеют долгую историю изучения, восходящую к началу 1900-х годов, когда некоторые ранние исследователи сообщали о почти идеальной корреляции в выборке из пяти студентов. В первом обзоре этих зарождающихся исследований, проведенном в 1933 году, было проанализировано более двух десятков исследований и обнаружена меньшая, но надежная связь между показателями интеллекта и производством более быстрых ответов на различные задачи RT.

Вплоть до начала 21 века психологи, изучающие время реакции и интеллект, продолжали находить такие ассоциации, но в основном не могли прийти к единому мнению об истинном размере связи между временем реакции и психометрическим интеллектом в общей популяции. Вероятно, это связано с тем, что большинство исследованных выборок были отобраны из университетов и имели необычно высокие оценки умственных способностей по сравнению с населением в целом. В 2001 году психолог Ян Дж. Дири опубликовал первое крупномасштабное исследование интеллекта и времени реакции в репрезентативной выборке населения разного возраста, обнаружив корреляцию между психометрическим интеллектом и простым временем реакции –31 и реакцией с четырьмя вариантами ответа. время –49.

Механистические свойства отношения RT-когнитивная способность

Исследователям еще предстоит выработать консенсус в отношении единой нейрофизиологической теории, которая полностью объясняет основы взаимосвязи между RT и когнитивными способностями. Это может отражать более эффективную обработку информации, лучший контроль внимания или целостность нейронных процессов. Такая теория должна объяснить несколько уникальных особенностей взаимоотношений, некоторые из которых обсуждаются ниже.

1. Серийные компоненты испытания на время реакции не в равной степени зависят от общего интеллекта или психометрических g . Например, исследователи обнаружили, что перцептивная обработка множества стимулов, которая обязательно предшествует решению об ответе и самому ответу, может выполняться параллельно, в то время как компонент решения должен обрабатываться последовательно. Более того, вариации общего интеллекта в основном представлены в этом компоненте принятия решений RT, в то время как сенсорная обработка и время движения, по-видимому, в основном отражают не связанные с g индивидуальные различия.
2. Корреляция между когнитивными способностями и RT увеличивается в зависимости от сложности задачи. Различие в корреляции между интеллектом и RT в простых парадигмах RT с множественным выбором иллюстрирует многократно повторяемый вывод о том, что эта связь в значительной степени опосредована количеством вариантов, доступных в задаче. Большая часть теоретического интереса к RT был вызван законом Хика , связывающим наклон увеличения RT со сложностью необходимого решения (измеряется в единицах неопределенности, популяризированных Клодом Шенноном как основа теории информации). Это обещало напрямую связать разведку с разрешением информации даже в самых простых информационных задачах. Существует некоторая поддержка связи между наклоном кривой RT и интеллектом, если время реакции строго контролируется. Представление о «битах» информации, влияющих на размер этой взаимосвязи, было популяризировано Артуром Дженсеном и инструментом «Ящик Дженсена», а « аппарат реакции выбора », связанный с его именем, стал обычным стандартным инструментом в исследованиях RT-IQ.
3. Среднее время ответа и вариабельность в испытаниях RT вносят независимый вклад в их связь с g . Было обнаружено, что стандартные отклонения RT в такой же или большей степени коррелируют с показателями общего интеллекта ( g ), чем средние RT, с большей дисперсией или «разбросом» в индивидуальном распределении RT, более тесно связанных с более низким g , в то время как более высокий г индивиды , как правило, имеют меньше переменные ответы.
4. Когда в популяции изучаются несколько показателей RT, факторный анализ указывает на существование общего фактора времени реакции, иногда обозначаемого как G , который связан с психометрическим g и отличается от него . Было обнаружено, что это большое G RT объясняет более 50% дисперсии RT при метаанализе четырех исследований, которые включали девять отдельных парадигм RT. Биологические и нейрофизиологические основы этого общего фактора еще предстоит окончательно установить, хотя исследования продолжаются.
5. Самое медленное из испытаний индивидуальной RT обычно более тесно связано с когнитивными способностями, чем самые быстрые ответы индивидуума, явление, известное как «правило наихудшего результата».

Биологические и нейрофизиологические проявления ОТ- г отношений

Исследования близнецов и усыновлений показали, что выполнение хронометрических задач передается по наследству . Среднее RT в этих исследованиях показывает наследуемость около 0,44, что означает, что 44% дисперсии среднего RT связаны с генетическими различиями, в то время как стандартное отклонение RT показывает наследуемость около 0,20. Кроме того, было обнаружено, что средние RT и показатели IQ генетически коррелируют в диапазоне 0,90, что позволяет предположить, что более низкая наблюдаемая фенотипическая корреляция между IQ и средним RT включает в себя пока еще неизвестные факторы окружающей среды.

В 2016 году исследование когнитивной функции на уровне всего генома (GWAS) обнаружило 36 значимых для всего генома генетических вариантов, связанных со временем реакции, в выборке из примерно 95000 человек. Было обнаружено, что эти варианты охватывают две области на хромосоме 2 и хромосоме 12 , которые, по-видимому, находятся в генах или около генов, участвующих в сперматогенезе и передаче сигналов рецепторами цитокинов и факторов роста , соответственно. Это исследование также обнаружило значительные генетические корреляции между RT, памятью и вербально-числовыми рассуждениями.

В нейрофизиологических исследованиях с использованием связанных с событием потенциалов (ERP) латентность P3 использовалась как коррелят стадии «решения» задачи времени реакции. Эти исследования в целом показали, что степень связи между задержкой g и P3 увеличивается с более требовательными условиями задачи. Измерения задержки P3 также оказались совместимыми с правилом наихудшей производительности, согласно которому корреляция между средним квантилем задержки P3 и оценками когнитивной оценки становится более отрицательной с увеличением квантиля. В других исследованиях ERP было обнаружено соответствие с интерпретацией взаимосвязи g -RT, лежащей в основном в компоненте решения задачи, где большая часть связанной с g активности мозга происходит после оценки стимуляции, но до двигательной реакции, в то время как компоненты, участвующие в сенсорной обработка мало меняется из-за различий в g .

Диффузионное моделирование RT и когнитивных способностей

Визуальное представление предполагаемых этапов задачи на время реакции и связь каждой стадии с параметрами диффузионной модели. T _er , компонент времени реакции без принятия решения, состоит из суммы времени T _e кодирования (первая панель) и времени вывода ответа T _r (третья панель), так что T _er = T _e + T _r .

Хотя единая теория времени реакции и интеллекта еще не достигла консенсуса среди психологов, диффузионное моделирование обеспечивает одну многообещающую теоретическую модель. Моделирование диффузии разделяет RT на остаточные этапы «без принятия решения» и стохастические этапы «распространения», последний из которых представляет собой генерацию решения в задаче с двумя вариантами выбора. Эта модель успешно объединяет роли среднего времени реакции, изменчивости времени отклика и точности при моделировании скорости распространения в качестве переменной, представляющей накопленный вес свидетельств, которые генерируют решение в задаче RT. В рамках модели распространения это свидетельство накапливается путем непрерывного случайного блуждания между двумя границами, которые представляют каждый вариант ответа в задаче. Применение этой модели показало, что в основе зависимости g -RT лежит, в частности, связь g со скоростью процесса диффузии, а не с остаточным временем отсутствия решения. Моделирование диффузии также может успешно объяснить правило наихудшей производительности, предполагая, что одна и та же мера способности (скорость распространения) опосредует выполнение как простых, так и сложных когнитивных задач, что было теоретически и эмпирически подтверждено.

Когнитивное развитие

В последнее время было проведено обширное исследование с использованием ментальной хронометрии для изучения когнитивного развития . В частности, для изучения изменений скорости обработки информации в зависимости от возраста использовались различные меры скорости обработки. Kail (1991) показал, что скорость обработки информации экспоненциально возрастает от раннего детства до ранней взрослой жизни. Исследования RT у маленьких детей разного возраста согласуются с общими наблюдениями за детьми, занимающимися деятельностью, обычно не связанной с хронометрией. Это включает в себя скорость счета, тягу к предметам, повторение слов и другие развивающиеся вокальные и моторные навыки, которые быстро развиваются у растущих детей. По достижении ранней зрелости наступает длительный период стабильности, пока скорость обработки не начнет снижаться от среднего возраста к старости (Salthouse, 2000). Фактически, когнитивное замедление считается хорошим показателем более широких изменений в функционировании мозга и интеллекта . Деметриу и его коллеги, используя различные методы измерения скорости обработки, показали, что она тесно связана с изменениями в рабочей памяти и мышлении (Demetriou, Mouyi, & Spanoudis, 2009). Эти отношения широко обсуждаются в неопиажеских теориях когнитивного развития .

Во время старения RT ухудшается (как и подвижный интеллект ), и это ухудшение систематически связано с изменениями во многих других когнитивных процессах, таких как управляющие функции, рабочая память и логические процессы. В теории Андреаса Деметриу , одной из неопиажеских теорий когнитивного развития , изменение скорости обработки с возрастом, на что указывает уменьшение RT, является одним из основных факторов когнитивного развития.

Здоровье и смертность

Выполнение простых задач и задач на время реакции выбора связано с множеством результатов, связанных со здоровьем, включая общие объективные показатели здоровья, а также конкретные показатели, такие как кардиореспираторная целостность. Было обнаружено, что связь между IQ и более ранней смертностью от всех причин в основном опосредована мерой времени реакции. Эти исследования обычно показывают, что более быстрые и точные ответы на задачи на время реакции связаны с лучшими результатами для здоровья и большей продолжительностью жизни.

Черты характера Большой Пятерки

Хотя всестороннее исследование личностных черт и времени реакции еще не проводилось, несколько исследователей сообщили о связи между RT и большой пятеркой личностных факторов экстраверсии и невротизма . Хотя многие из этих исследований страдают от небольшого размера выборки (обычно менее 200 человек), их результаты кратко суммированы здесь вместе с предложенными авторами биологически правдоподобными механизмами.

В исследовании 2014 года измеряли RT выбора в выборке из 63 участников с высокой и 63 низкой экстраверсией и обнаружили, что более высокие уровни экстраверсии были связаны с более быстрыми ответами. Хотя авторы отмечают, что это, скорее всего, функция требований конкретной задачи, а не лежащих в основе индивидуальных различий, другие авторы предположили, что отношения RT-Extraversion представляют индивидуальные различия в двигательной реакции, которая может быть опосредована дофамином . Однако эти исследования трудно интерпретировать в свете их небольших выборок, и их еще предстоит повторить.

В том же ключе другие исследователи обнаружили небольшую ( r <0,20) связь между RT и невротизмом, при которой большее количество невротиков, как правило, медленнее выполняло задачи RT. Авторы интерпретируют это как отражение более высокого порога возбуждения в ответ на стимулы различной интенсивности, предполагая, что люди с более высоким невротизмом могут иметь относительно «слабую» нервную систему. В несколько более крупном исследовании 242 студентов колледжей было обнаружено, что нейротизм более существенно коррелировал ( r ≈ 0,25) с вариабельностью ответов, причем более высокий невротизм ассоциировался с большими стандартными отклонениями RT. Авторы предполагают, что невротизм может давать большее различие во времени реакции из-за вмешательства «умственного шума».

Смотрите также

• Компьютеризированная система оценки CDR
• Тест неявной ассоциации
• Время осмотра
• Коробка Дженсена
• Движение в обучении
• Психомоторное возбуждение
• Психомоторное обучение
• Психомоторная отсталость
• Алетиометр с синхронизированным антагонистическим ответом

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки

• Тест на время реакции - измерение ментальной хронометрии в Интернете
• Историческое введение в когнитивную психологию
• Хронометраж мозга: ментальная хронометрия как инструмент нейробиологии
• Образец хронометрического теста в Интернете