第一节阈限概念和理论的发展.docx
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第一节阈限概念和理论的发展
第一节阈限概念和理论的发展
、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。
由此可见，一百多年前，费希纳在创建心理物理学时，就把注意力集中在感觉阈限的测量上。
经过长期来的研究，形成了许多阈限理论，包括柏拉克韦尔（Blackwell，1953）的高阈限理论，路司（Luce,1954）的低阈限理论，格林（Green）的高-低两种阈限理论，以及史蒂文斯的神经量子理论和斯韦茨等人（Swetsetal.，1953）的信号检测理论。
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）。
从图5-1中可见，刺激S2被定义为绝对阈限（T）,因为它是引出“有”反应的一半次数。
图5-1上的三种连续量是相互联系的。
假设实验与实验间刺激的物理变量是固定不变的，而内部反应则被认为是可变的，每个恒定的物理刺激所引起的反应可看作是常态分配。
这样刺激的连续将引起一系列重叠的分布。
在这些重叠的分布中，阈限T就是一个固定点（参见中间一条线）。
通常，被试判断的连续是被假设准确地对应于它的反应连续，当刺激强度超过阈限T时，被试判断有刺激出现，低于阈限T时，则判断无信号出现（参见上面一条线）。
根据阈限的传统定义，刺激S是这个被试的绝对阈限。
由于反应分布是常态的，所以阈值对应于S2所引起的反应平均值。
常态分布的对称性，使得刺激S所引起的反应有一半次数是超过阈限。
一半次数不超过阈限。
S有时可以超过；S则一般会超过；S4超过的概率就更高了
二）对传统阈限概念的异议
起源于费希纳的传统阈限概念，在20世纪50年代前，没有受到多大挑战。
可是，近四十年来，关于阈限概念的理解上已成为古典的和现代的心理物理学争论的焦点。
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.刺激出现的概率传统的心理物理学实验中，刺激出现的概率（或机率）
（probability）以P（S）表示，其值总是1.0，这样被试做出“有”或“无”的判断时，即使凭机遇也有50％的精确性，难以避免地存在着期望误差。
实验证明，当P（S）系统变化时，做出“有”判断的概率以P（yes）表示，也会发生变化，测出的阈限值亦发生变化。
一个察觉指端震动的实验（GesCheideretal.，1971）表明，改变P（S）对于传统的阈限测量具有强烈的影响。
当P（S）
等于0.7时，阈限是1.3微米；P（S）为0.3时，阈限则是2.3微米。
而且，当刺激不出现时，P（yes）也明显地高于零。
而根据传统的阈限理论，在不呈现刺激时，训练有素的、忠实可靠的被试者只是偶然地报告“有”感觉，P（yes）不可能明显地高于零。
2.反应代价反应代价影响反应的结果，即反应受到奖赏和惩罚的影响。
传统的阈限理论是对此忽略不顾的。
事实上，如果正确地报告了“有”刺激（称为“击中”）得到的奖赏多，而且错报时受到的惩罚少，则被试倾向于降低反应标准，在这种情况下，所测量的阈限相对值便低。
反之，如果击中时所得奖赏少，而错报时所受惩罚多，则被试者倾向于提高反应标准，不会轻易做出“有”反应，这时，所测量的阈限值便高。
这一显而易见的事实，传统的阈限理论恰不能给予解释。
从上述二种非感觉变量的讨论中看到，现代心理物理学从对阈限概念的不同理解出发，把被试者的辨别力和他的反应倾向区分开处理，而传统心理物理学测得的感觉阈限是二者不可分割的混合物。
这是现代心理物理学对阈限概念和感觉理论的新发展。
现代心理物理学不仅对心理研究方法带来新的突破，而且也对心理学理论带来了巨大影响。
这些变化不仅明显地表现在对阈限概念的理解上，而且也反应在心理物理学所研究的课题上。
对研究的课题，现代心理物理学从系
表5-1心理物理学问题的分类、选用方法和尺度准绳
研充问题
选用方法
尺廣谁绳
S机
体感受性和可孵性的测t）
绝阳感畫性：
辨别某一刺激存在与否的帛韵
1.有■个选择的在迫选澤法（空阖我时间）乙可诫忖重决是c是或
習［的单-剌謝菇我对可信虔的评
正确百分数（af了或苴炖觉棊指标T
（C）Max
差别感受性：
在一些刺粧之间进行拜别的能力
1对偶比较法2评价法我对各种朿滕AA』kB咸
BB的相似性威榨
异性的双重决定
法3.花AB序列中
课别第三亍柬11瀏的方減
正确百分数
〔犁H或耳
他辨別搭榇
剌滋识别:
从一组几平
剌滋中・对
每个刺懑蛤
予不同反应
的能力
L常溟巳标唯错逞或苴也詔额尺度
有效刺汾a:
这是来自曆觉能力刪量单位讲厅标度的刺激量
51过等距单位测
呈有效刺漑强度
轴方法
在指定的判断百分数上」称肯相等的刺锻值C范隹］）
反应倾向（刺激间及刺懑和間園背員间可港除骅别的情呪不，对一些刺邀或刺激序列将有反应的测量）
等聘；与剌漑问跚别能力叭定不相同>在指导语规定的連续体上齎为相等刺徼的测定
调整法，允许做鲤相等刖判断的对厲比较;丧・i亘定刺緻法，關瞬
在指定的判断百分数上」称肯栩尊的剌瀏平均值和离散値
等墓：
与墓
别乙间的辫别
谓整法*允许做
"相等”
在指定前判
断百分徽
矗力测是
不相同・在
判断的对催比较
法|恒
上•称为相等
的剌激
（采自马谋超，1978）
统论出发，将一个事物看成是有层次阶段和多水平的结构，因此，它所面临要解决的问题也是有层次和不同水平的事件。
具体地说，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。
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。
、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；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△©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：
△©=Q-P[公式5-1]
△©:
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Q-P时，给定的△©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
4.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△l/l=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）。
于20世纪中叶,史蒂文斯对费希纳的对数定律进行了批评。
他说费希纳是把分辨能力作为测量单位的,根据这种间接测量的哲学,可以证明同样经常察觉到的差别并不相等。
他还指出,一百年来之所以没有打破费希纳的对数定律,是因为批评家们只罗列了一些相反的事实,而没有提出一种理论去取代这种有缺陷的理论。
于是,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[公式5-2]
S:
物理量I的幕函数
b:
量表单位决定的常数
a：
感觉道和刺激强度决定的幕指数
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种感觉道（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。
表5-2上的实验结果，以物理量为横坐标，以心理量为纵坐标，就可绘成图5-3。
如果把这三个感觉道的实验结果画在双对数坐标上，就形成了三条斜率不同的直线，如图5-4所示。
我们从图5-3和图5-4上可看到，电击的感觉强度比产生出的电击的物理强度增长快得多（a=3.5），明度比光能的增长却慢得多（a=0.34），线段的主观长度和线段的物理长度则有同样的增长率（a=1）<
表5-2三种感觉道的心理强度
概
长虔
电击
1
1.CD
1.00
1.C
2
1.EB
2.14
11.3
3
1.44
3.35
4B.3
4
1.E9
4.60
12S
5
1.71
5.37
280
&
1.62
T.16
T
1.SL
□,50
9曲
&
£.00
3.95
14E0
g
2.03
112
21^0
10
2.15
126
31旳
（采自Stevens，1961a）
和对数定律一样，幕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幕函数，即从刺激中减去一个常数：
S=b（1-10）a〔公式5-3〕
这样，幕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I。
，意味着以阈限上有效单位而不是以物
表5-3在量的连续体上心理量和刺激量的幕函数关系
指数
剌戲条件
响度
Q.6
St耳
0.54
单耳
明虔<指目我战光体）
Q羽
5-靶面睹适应眼
明度（指目我擾光体）
&5
点光源一一暗琶应服
明度<指表面色）
1.2
灰堆反射率
055
珈哮气味
0.6
庚烷
味觉
0.S
味觉
1,3
味觉
1.3
盐
10
冷一一臂上
1fi
瑶一一臂上
□.95
60赫一一手揩上
振动
0E
250毬一一手扌十上
持续
1.1
白噪声剌祐
10
光、声、触，电击
手指粤度
13
积木厚度
1.1
辰肤上的静忘力
z-a
14E
辜重
握力
lr7
精确的手握力计
自动语音水平
1.1
发再的声
电击
a5
60棘——通过手指
理表上的零点以上单位去说明刺激。
幕定律在对数定律的基础上前进了一大步。
但是，幕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，-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。
这种方法称为等感觉匹配法
（equal-sensationfunctionsobtainedbymatches）。
史蒂文斯又将心理物理法技术推进一步，用实验证明了不同感觉通道的感觉量是可以匹配的。
其原理为：
设有一个感觉道的主观值为：
s=im
另一个感觉通道的主观值为:
表5-4不同连续体的匹配
刺盪范圉
主试比例量表的
指數
匹配的握力措
數
电击〔胡将〕
3.5
0四~口茂益!
蛍
2.0&
2.13
热）
1.6
高于自然温度
2一。
~14.51C
0,94
O.ffi
举重
1.45
2Sz4S0克
0.85
D.P9
手学上的压力
1.1
丨5~5：
0磅
0.65
0&7
温劇hn邀（拎）
10
低于自然谥度
3.0^306^
o.sa
0.M
振动【605S）
高出鋼限值LT~
47dB
05&
0.5&
白噪音1■脱
U.S
高出U.S0O2龙因
于cir.2592
0.35
D.41
1000赫音乐■响度
u.6
高出a.0002快因
asdB
0.35
□.K
0.33
豪出UfW明伯值
5号~96丹
0.20
□.Z1
（采自Stevens，1961a）
如果主观值S和S2相等，则最后的相等感觉函数将有以下形式:
1畀=冷〔公式5-4〕
Igl1=n/mlgl2
这样，在双对数坐标中相等感觉函数将是直线，而其斜率将由二个指数决定。
图5-5为史蒂文斯用于匹配实验的握力计。
表5-4为实验所得的结果。
图5-6为根据表5-4材料绘制的匹配图。
史蒂文斯出色的研究工作，得到实验心理学家的充分肯定，各种版本的教科书争相引用。
很多研究者认为，史蒂文斯幕定律对数量估计材料是一份有效的总
结，指数定律说明了感觉传导者的操作特征。
或者称为将刺激能量转换为神经能以及脑形成感觉的数学描述。
不同感觉通道的指数不同，说明了不同感觉传导者是以能量的不同形式转换的，即具有不同的转换特征。
其后，一些实验心理学家对幕定律作了补充解释。
例如，艾克曼（Ekman1964）认为，分辨反应基本为边缘过程，其转换特征服从费希纳对数定律，而主观反应为指数相关。
边缘反应变成主观反应只要乘上一个转换数，一般为反对数转换。
近些年来，大量实验说明，分辨反应与指数定律有一定的相关，一般说来，小韦伯分数（高分辨力）同大指数相联系，如重量和电击；而大韦伯分数同小指数相联系，如亮度和味觉（见表5-5）。
这里也使我们看到了韦伯定律和史蒂文斯定律的一致性。
总之，幕定律的重要性在于其相等的刺激比例产生相等的感觉比例这一含义。
由此可以认为，如果所有的刺激强度都按百分比增加或是减少，那么感觉变
化的比例则保持恒定。
它与费希纳的对数定律不同的地方还在于对感觉直接测量，因而有心理学家称它为“新心理物理学”的开始，这里所说的“新心理物理学”，就是指现代心理物理学。
表5-5△1/1和n的关联表
AVI
n
0.079
033
0.043
ilX
0.022
130
0.020
145
长度
1.04
臓〔ITsCL）
0.D63
0.41
电击
0.13
3.50
（采自Stevens，1961a）
四、物理相关论
在史蒂文斯幕定律得到充分肯定的时候，同时也受到了一些实验心理学家的挑战。
其中较有影响的是物理相关论。
物理相关论（physicalcorrelatetheory）是由瓦伦（Warren,1959）在20世纪50年代末至60年代初提出来的，它与史蒂文斯的心理物理定律是针锋相对的。
这种理论认为，被试者作出感觉量的判断时，实际上是通过过去的经验对与刺激相联系的某种物理属性作出判断。
由不同
的感觉通道得到的各种变化的幕函数的指数并不反映不同的生物转换器的操作特点，相反是由被试者对于不同刺激的特定物理属性的反应所决定。
例如，对于
刺激持续时间的判断，史蒂文斯的心理物理幕函数的指数是1.0，这只是指示出，经过多年体验，被试者已有能力去作出与刺激持续时间有线性关系的判断。
用工具性条件反射的语言来说，就是经过多年的强化与消退，被试者已学会对一特定的持续时间的刺激作出正确的反应。
因此，被试者在心理物理实验中的判断是由刺激的物理属性决定而不是由感觉的持续时间决定。
得到测量的，是被试在各种持续时间的刺激中作出分辨的能力。
根据这一理论，响度应由听者和声源之间的典型相互作用来确定。
由于多数声源发出一个固定强度，我们对强度差别的大多数经验是和声源移近或移远有关。
瓦伦指出，当我们走近声源两倍时，正常体验到的强度变化被报告为两倍响度；一半响度则是与距离加倍相联系的强度变化等等。
瓦伦认为，观察者戴上耳机在实验室内作的响度判断不是作为正常环境中判断声音时的经验影响的充分根据。
物理相关论就是在此基础上提了出来。
为了进一步阐述物理相关论，瓦伦曾用明度判断的实验结果去解释这一理论。
许多对测量光的体验较少的人不能对光的强度作出精确的判断，但他们却经常能对物体的明度作出判断。
瓦伦认为个体熟悉当物体和照亮它的光源之间的距离改变时物体的形象（appearance）也变化的情形。
这样，在要求被试者在实验情形中作出判断时，他的反应便依赖于这种熟悉的效果。
在刺激强度减少量确切地相等于在一个物体和光源之间的距离加倍时的刺激强度减少量时，便应出现“一半亮”的判断。
根据反平方律（
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