心理学研究中信号检测论实验综述

心理学研究中信号检测论实验综述

作者：陈晓惠

来源：《教育教学论坛》2013年第44期

摘要：信号检测论被引入到心理学实验中，是对传统心理物理学的重大突破。信号检测论主要包括有无法和评价法两种实验方法。国内运用信号检测论实验的研究主要集中在记忆领域，在注意、知觉、表象、內隐学习以及社会认知领域的研究也日渐增多。未来应用信号检测论实验方法的研究领域将会进一步拓展，也将会更多地借助于脑成像等技术。 关键词：信号检测论；心理物理学；判断标准；辨别力

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）44-0016-03 一、信号检测论

信号检测论（Signal Detection Theory，简称SDT）原是信息论的一个分支，研究对象是信息传输系统中信号接收的部分。它最早用于通信工程中，借助于数学的形式描述“接收者”在噪音背景中信号的接收问题。1954年密西根大学的W.P.Tanner和J.A.Swets等人首次将SDT引入心理学实验中，实现了对传统心理物理学的重大突破。传统心理物理学的三种方法（最小变化法、恒定刺激法和平均差误法）所测定的阈限实际应当包含两方面的内容：一是被试对刺激的感受性，即辨别力，二是被试判断刺激是否出现的标准，即反应倾向性。尽管在传统心理物理学实验中，一般会采取些必要措施来控制误差的产生，但影响阈限值的估计因素始终保持恒定。传统心理物理学实验无法测出被试的反应倾向性，也无法把被试的反应倾向性和辨别力区分开来。信号检测论的数学基础是概率论，它把刺激的判断看成是对信号的侦察和做出选择的过程。这样，在同一过程中就出现了两个独立的指标，一个是辨别力指标d’，又称感受性，它取决于个体的感觉辨别能力，值越大则表明感受性越强；另一个指标是反应偏向β，又称判断标准，它受到利益得失、动机、态度等因素的影响，值越大表明个体的判断标准越苛刻。在信号检测论实验中，通过测量和计算，不仅能够将被试的辨别力和反应倾向性区分开来，同时以独立的数据来分别表达它们。SDT之所以能在认知研究中占一席之地，主要是因为心理学在研究人的认知时，人的感觉、中枢分析过程可以视为信息加工过程。如果将刺激变量看作信号，将刺激的随机物理变化和神经系统在感知处理过程中的随机变化视为噪声，人作为接收者对刺激的分辩问题就可以等效于噪声背景下的信号检测问题。 二、信号检测论实验研究范式

利用信号检测论进行心理学研究的实验方法主要包括有无法（yes-no method）和评价法（confidence rating method），这两种方法既有联系又有区别，评价法可看作是对有无法的扩展。有无法实验是信号检测实验的基本形式，一般的操作程序是：在一定的噪声背景上呈现或不呈现信号刺激，每次实验中都要求被试者做出“有”或“无”信号的判断，记录下反应的正误，

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进而确定其击中概率和虚报概率，再查正态分布下的PZO转换表并将相应数值代入公式计算被试的辨别力指数d’和似然比β，借此实验结果就可以描述被试者对信号刺激的分辨能力及其判断标准的高低。有无法实验要求被试者根据自己的感觉判断是否有信号出现。被试者在实际操作上将感觉连续体分为两个部分，即在某一标准之上报告为“有”信号，在某一标准之下报告为“无”信号。然而在实际操作中，被试的判断存在信心水平的不同，感觉强度越大时，报告“有”信号的信心水平越高，感觉强度越小时，报告“无”信号的信心水平越高。这种信心水平的变化在有无法实验中难以显现。于是评价法实验得以衍生，这一实验方法要求被试者在报告有无信号的同时评定判断的把握度，即信心指数。如当呈现刺激时，被试者报告“有”，给出的信心指数是80%，就相当于被试者认为此时有信号的可能性达到80%。也可以要求被试者在报告有信号时给出把握等级，如果“非常有把握”的等级为5，“很没有把握”的等级为1，两者之间就有比较有把握、中等把握、较没有把握这三个等级。这样，多次实验就可以得到被试在各种判断把握度上的击中概率和虚报概率，从而评估被试者在各种不同判断标准上的信号检测特征。

三、信号检测论实验的应用

1.在记忆研究中的应用。国内运用信号检测论实验对记忆进行的研究主要集中于两个方面，一是再认研究中的应用，二是错误记忆和错误再认研究中的应用。运用信号检测论实验对再认进行的研究主要涉及对字词、图形的再认和动作技能的再认。杨治良等人以具体图形和抽象图形以及词为实验材料，用信号检测论方法分析了不同年龄段被试的再认能力，发现小学高年级学生再认具体图形的能力最佳，而初中学生的抽象图形和词的再认能力最佳[1]。叶一舵采用信号检测论实验，考察小学中高年级学生识别音同、义同以及形近三类成语材料的不同效果。发现形近的识别最差，音同与义同只有在同一成语中共同存在才容易混淆[2]。周瑛采用信号检测论评价法实验范式研究了高师学生对汉字的再认能力，发现高师学生的再认能力处于中等水平[3]。郑敦淳用信号检测论有无法实验研究中小学生同音词和同义词的再认能力，发现中小学生在再认汉字词汇时同义词的混淆现象多于同音词的混淆，同时发现高中学生的再认能力明显优于小学生[4]。杨尔衢等人用汉语词汇作为实验材料，运用信号检测论评价法实验考察大学文科学生的再认能力时发现，相似程度不同的词材料对词的识别有比较显著的影响[5]。此外，林呈生以信号检测论实验方法考察了不同专业水平大学生的体操动作再认的特点[6]。近年来记忆研究领域中错误回忆或错误再认现象得到了越来越多的关注，人们常常会错误地回忆或再认出实际上并未呈现过的信息，并表现出对该信息的高水平自信。周楚等运用信号检测论方法深入探索了错误记忆的产生机制，结果发现编码阶段的预警提示可降低错误记忆效应，提取阶段的再认时间压力可提高错误记忆效应，预警提示在无时间压力时可有效降低错误再认[7]。李宏英等用信号检测论分析预警、重复学习和反馈三种变量对错误记忆的影响，结果表明预警对被试者错误记忆影响不显著，重复学习可减弱错误记忆，反馈难以降低错误记忆[8]。

2.在社会认知研究中的应用。社会认知用认知的方法研究和解释社会行为及社会信息加工，主要包括社会知觉、社会印象和社会判断三个方面。社会知觉是指个体通过感觉器官对社会刺激属性直接的整体的反应，社会印象和社会判断则是在社会知觉的基础上形成的更加复杂

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的社会认知。在社会认知领域，张珊珊等运用信号检测模式，探讨了人肉搜索参与者的社会认知辨别力及其主要影响因素。结果表明，参与者群体对公权信息和私权信息具有一定的区分能力，且反应偏向适中。同时还发现，社会认知辨别力主要受参与者上网活动倾向的影响[9]。苗青基于信号检测论方法探索了新业务投资决策有限理性的发生规律，发现不同影响因素组合会导致不同程度的有限理性，其中信号辨别力最强组合是“不利投资情境下、面对以往机会为中风险、投资模式为机会采纳”；判断标准最高组合是“不利的投资情境下、以往机会为低风险、投资模式为机会替代”[10]。范宏振采用信号检测论与问卷测量相结合，研究大学生的人格倾向和自尊水平与其人际认知偏向的关系，发现自尊越高，越偏向于积极的人际认知。外倾性越高，人际认知的辨别能力越好，且越偏向于积极的人际认知[11]。卜安康等人利用信号检测论的方法，发现大学生对中国近现代及当代科技成就判断标准的自然对数值显著高于中国古代的，揭示出大学生被试存在国家科技成就刻板印象[12]。周颖等人利用图片作为实验材料，通过信号检测论证明了中学生具备攻击性警戒回避效应。即个体在最初会自动化地，无意识地注意那些威胁性线索，但随后个体就会有意将注意转移，以免体验到焦虑、恐惧等负性情绪[13]。郑维廉等人利用信号检测论方法，以难易差别悬殊的两种刺激模拟现实中困难与顺利两种基本情况，探究被试的β值，来定量刻画其决策时的谨慎度特征。结果发现，抑郁症组对难认材料判断标准宽于正常人，对易认的材料标准严于正常人，说明抑郁症组被试无论在困难或顺利条件下都更担心出错[14]。

3.在认知其他领域研究中的应用。除了记忆和社会认知以外，信号检测论实验的应用还涉及注意、知觉、表象以及內隐学习等领域。郭秀艳等运用信号检测论方法研究了短时作业中影响警戒绩效的因素，发现信噪比对辨别力指数d’有影响但对判断标准β没有影响[15]。曹婕琼运用信号检测论方法考察视觉障碍儿童的辨音能力，研究结果表明，全盲儿童在纯音的辨别力上好于正常儿童，但在乐音和语音方面与低视力儿童和视力正常儿童不存在显著差异[16]。李新旺采用信号检测论方法对弱智儿童与正常儿童的触觉长度知觉进行了研究，在比较两者的感受力及判断标准之后，发现弱智儿童的感受力远低于正常儿童，而判断标准远高于正常儿童，从而证明了弱智儿童触觉长度知觉能力显著地低于正常儿童[17]。蔡华俭等突破了传统的反应时范式，把信号检测论应用于心理旋转研究，对信号检测论范式下角度差和刺激作用时间的效应进行了研究，进一步揭示出心理旋转的表征方式方面的特征[18]。徐大真利用人工语法材料，运用信号检测论方法，研究复杂规则学习中的內隐学习和外显学习过程，用d’和β的共变关系证明了內隐学习的存在以及內隐学习具有抽象性和概括性的特点[19]。 四、未来研究方向

信号检测论实验方法能够在心理学领域得以应用，是因为人的感官及中枢分析综合过程可以被看作是一个信息处理系统，运用信号检测论方法可以加深对人的感觉系统的理解和认识。在信号检测论应用之前，传统心理物理学方法有时会得到一些混乱结果，甚至会出现研究结果相悖的状况。此外，信号检测论引入心理学研究后，从最初在感知觉领域的应用逐步发展到记忆研究领域，进而应用到社会认知研究领域，从最初的对个体外显领域的研究逐步发展到內隐领域的研究。纵观国内运用信号检测论方法的研究，从研究领域上看，尽管在注意、表象及社会认知等领域有所渗透，绝大多数研究还是集中于记忆领域。其次，从方法的具体实施来看，

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基本沿用的都是将被试者在任务完成中的两个独立指标区分开，并分别加以比较，探讨差异背后的原因。未来的研究方向将会在这两个方面加以拓展。首先，信号检测论实验方法可以更多地运用在除记忆之外的其他认知研究中，特别是日渐兴起的决策心理学及社会决策心理学的研究中。决策是一个持续的、涉及对一系列信息的搜索、判断和评价的过程，决策心理学的研究内容之一就是探讨心理现象和决策行为之间的关系。在这些研究中，信号检测论实验可以充分发挥自己的优势，利用可分离的两个独立指标，从而使得心理现象如情绪、个性、动机和态度等对决策行为的影响更为具体的体现出来。此外，未来的应用信号检测论实验的研究也将更多的借助于脑成像等技术，考察不同认知活动的加工深度，以及不同心理现象对认知活动的影响所造成判断标准变化的神经机制，这将推动认知研究更深一步的发展。 参考文献：

[1]杨治良，叶奕乾，祝蓓里，等.再认能力最佳年龄的研究—试用信号检测论分析[J].心理学报，1981，（1）：42-52.

[2]叶一舵.小学中、高年级学生识别汉语成语的信号检测论分析[J].心理学报，1985，（1）：86-91.

[3]周瑛.信号检测论评价法不同再认能力指标的比较[J].健康心理学杂志，1999，7（2）：217-219.

[4]郑敦淳.用信号检测论研究同义词、同音词的再认[J].心理科学通讯，1983，（12）：37-40.

[5]杨尔衢，连嵘.用信号检测论研究词的再认问题的初步尝试[J].心理科学通讯，1981，（10）：38-42.

[6]林呈生.体操动作技能再认的信号检测论研究[J].体育科学，1993，13（2）：78-83. [7]周楚，聂晶.错误再认的双加工机制—兼作信号检测论的分析[J].心理科学，2009，32（2）：334-337.

[8]李宏英，连榕.预警、重复学习和反馈对错误记忆的影响—错误记忆的信号检测论分析[J].心理科学，2008，31（6）：1507-1509.

[9]张珊珊，彭唯.信号检测论在测定“人肉搜索”参与者社会认知辨别力中的应用[J].应用心理学，2010，16（2）：187-192.

[10]苗青.基于信号检测论的新业务投资决策有限理性实验[J].心理科学，2008，31（2）：396-400.

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[11]范宏振.大学生的人格倾向、自尊水平与其人际认知偏向关系的研究[D].长春：东北师范大学，2007.

[12]卜安康，周坤.大学生的国家科技成就刻板印象[J].社会心理科学，2007，22（3）：328-333.

[13]周颖，杨治良，刘俊升.攻击性警戒—回避效应的实验研究[J].心理科学，2006，29（3）：628-630.

[14]郑维廉，胡寄南，杨治良等.有抑郁症史者的某些基本决策特征与再认功能的研究[J].中国神经精神疾病杂志，1994，20（6）：338-340.

[15]郭秀艳，李林，薛庆国等.短时作业中警戒绩效影响因素的实验研究—兼用信号检测论分析[J].心理科学，1999，22（5）：439-442.

1[6]曹婕琼.视觉障碍儿童辨音能力的认知研究[D].上海：华东师范大学，2004.

[17]李新旺，李永新，新华.弱智儿童与正常儿童触觉长度知觉的对比研究[J].心理科学，2000，23（2）：240-241.

[18]蔡华俭，李鹃.信号检测论范式下的心理旋转研究[J].心理科学，2002，25（4）：479-481.

[19]徐大真.人工语法中的內隐学习实验研究[J].心理科学，2000，23（4）：450-453. 作者简介：陈晓惠（1978-），女，安徽六安人，安徽农业大学心理学系实验师。