实验心理学

实验心理学 盐城师范学院 YANCHENG TEACHERS UNIVERSITY 全国高等师范院校

第五章视觉实验 • 第一节视觉研究中的各种变量 • 第二节视觉适应和视觉敏度 • 第三节闪烁融合频率 • 第四节颜色视觉 • 第五节视觉研究中的典型测量方法及其特点

视觉的重要性 • 视觉在人类的感知过程中担负着重要的任务。人类接受的环境信息大部分是经视觉通道传入大脑中，再作出反应的。在人类的感觉系统中，视觉明显地占着主导地位。如果两个彼此矛盾的信息，一个用视觉接受，另一个通过另一感觉器官接受，这时受试所反应的一定是视觉信息。

照度与亮度 • 人眼的适宜刺激是光。在正常情况下，可见光谱的波长范围约是在380毫微米到780毫微米之间。红色波长长，紫色波长短。可见光不仅可以用波长来度量，也可以用强度来度量。光的强度可用照在平面上的光的总量度量，这叫入射光或照度。如果用从平面反射到眼球中的光量度量光的强度，这种光就叫反射光或亮度。

照度单位 • 最常用的照度单位是英尺烛光。1英尺烛光即在距离标准烛光一英尺远的一平方英尺平面上接受的光亮。若以米为单位，照度用米烛光表示，即1米烛光是距离标准烛光一米远的一平方米面积上的照度。1米烛光等于0.0929英尺烛光。

亮度单位 • 亮度也有几种度量单位。以一支标准蜡烛当做光源，放在一个l公尺半径的球体的中心位置。假设这个蜡烛会均匀发散它的全部光线，那么落在球体表面一平方公尺表面积的所有光量就是1个流明(Lumen)—亮度单位。实际应用中，流明这个单位较小，所以通常取其十倍的单位——毫朗伯(millilambert)来表示。比毫朗伯更大的单位是英尺朗伯(footlambert)，1毫朗伯等于0．929英尺朗伯。

视觉细胞（1） • 视杆细胞和视锥细胞是眼睛的光感受细胞。人类的这两类细胞中，视杆细胞的数目约为视锥细胞的18倍。在网膜的中心区域(视斑)，视锥细胞占主导地位。视斑的中心就是中央凹，在这面积只有一平方毫米的区域中聚集的全是视锥细胞。晶状体将物象聚焦在中央凹上，产生最清晰的视觉投射，而此处视锥细胞与高级脑中枢一对一的神经联系加速了视觉信息的传导和整合。

视觉细胞（2） • 视杆细胞分布在视网膜的周边部分，自中央凹到网膜的外周视锥细胞的密度很快减少，而视杆细胞的数量同时增多。在网膜外围视杆细胞占主导地位。光线到达光感受细胞必须通过所有各层，但是在网膜的中心区域，视杆和视锥细胞前面的各层均被推到一旁，这就防止了因为受到阻挡而丧失敏锐性。结合视锥视杆细胞在网膜上的分布情况，可以认识为什么人眼的视力、运动检测能力具有如此高的敏锐性。

视觉细胞（3） • 据推测，在人的视网膜中有视锥细胞6.5一7百万个，视杆细胞1.1—1.2亿个，它们接受到的光信号通过约100万根视神经纤维平行传入视中枢。视神经纤维的集束处称为视盘，光线射进这个区域不落在任何感光细胞上，不产生视觉机能，因此这个区域称为“盲点”。

视觉细胞（4） • 视杆细胞呈细长的圆柱形，在暗处看物体时起作用，检测亮度信息。视锥细胞呈锥形，在亮处起作用，检测亮度以及颜色信息。人的色觉能够看到五彩缤纷的外部世界，一般人都能够辨认出太阳光谱中的红，橙、黄，绿、青，蓝，紫7种颜色。实际上，在周围的生活环境中能够辨别出一万三千多种深浅不同的颜色，这种能力要归功于视锥细胞。现已证明，视网膜中确实存在三种具有感色机能的视锥细胞，包含三种光谱敏感性不同的视色素。

自变量—标准刺激 • 视觉实验中作为标准刺激的自变量是多项目多维度的。在项目上实验者可以选择的刺激有：一系列亮度，可见光谱中各段的色光；在刺激维度上可以选择的内容有：刺激的时间维度——一组具有不同频率或不同长度时间的刺激；刺激的空间维度—一组等能光的面积或不同的观视距离；在研究颜色视觉的现象时，可根据色光和颜色的组成成分对明度、色调、纯度实施3维的操纵。但是作为标准刺激，研究者必须设法使这些刺激能保持精确的定量。

自变量—背景条件 • 背景条件也可以作为视觉实验的一类自变量，进行如是安排的条件是使标准刺激得到恒定。背景条件在视觉实验中的作用很明显，它使得可被任意操纵变更的项目内容超出标准刺激的范围。例如研究者可以设置音响条件，等等。

自变量—受试特点 • 受试变量是指在某一方面受试者间彼此不同的持续性的特点。视敏度，辨色力是常见的个体特征。其他如年龄、机体状态在视觉实验中作为自变量都有获得显著意义的证据。

自变量—暂时变量 • 人为地变更受试的某些特征，例如令受试用单眼或遮住鼻侧或颞侧视野，也是视觉实验中常用的自变量内容。这样的自变量是一种暂时性变量。 • 研究者确定自变量的范围远远超过能够论述的范围。在具体实验中，任何企图选用单一纯色光的设想往往都比较困难，视觉研究的特点决定它的刺激大都以复合形式存在，针对诸如此类的问题，研究者只能结合课题灵活应付。

因变量（1） • 视觉实验在如何定量因变量方面不如给自变量定量来得那么精细，在大多数情况下，实验研究者记录到的因变量值相对于严格定量的刺激量值而言，都是很粗糙的，有的甚至只是一些非量化的判断反应。因此，研究者能否根据因变量推断某种视觉现象发生的过程或特点，首先取决于为保证自变量和因变量之间的对应关系而采取的措施是否有效；其次涉及如何处理因变量的技术是否适用合理。

因变量（2） • 刺激一反应的保证措施的关键在于控制额外变量，而后的处理工作按照因变量的性质，有的是直接的，有的是间接的。当一项实验的因变量值是定量的时候，后期处理就能直接进行。例如，有相当部分的视觉实验采用调整法程序，受试调定的量值一般都能够直接读出，但有的实验只能通过受试作口头报告表达他的比较判断结果。例如在颜色后像的研究中，由于受试根据主观经验到现象报告结果，实验者只能将这些报告汇总后进行处理，间接地获得某些数据资料。

因变量（3） • 但是不管用什么方式处理因变量，都必须先做好因变量的记录工作。有时候要借助计量器械才能读出受试的反应量，为了防止度量时产生偏差，记录时就要注意操作技术。实验者对记录口头报告的结果也要作出限定，一些限定有时候可以明确告诉受试用规定范围内的词汇报告自己的感觉经验，有时候要防止暗示。

控制变量（1） • 在心理实验中，常常因为预定的自变量的变化与另一个已知的或潜在的自变量的变化伴随发生，而造成两个甚至两个以上的自变量混淆。在视觉实验中这样的现象同样可能发生。因此，必须时时注意控制变量避免自变量的混淆。

控制变量（2） • 视觉变量中一个容易忽视的因素是确定刺激变量属于哪类“连续体”。已经了解到亮光在感觉上是等级连续体(量的连续体)，而色光是非等级连续体(质的连续体)，实验时应当注意采用不同的方法程序，否则实验结果就会发生偏差。

控制变量（3） • 要重视刺激时间、面积在网膜作用点产生的累积效应；刺激强度的变化是属于明视还是暗视阶段；刺激的投射点是网膜中央凹还是边缘。在颜色视觉的研究项目中，必须控制的变量更多更复杂。视觉实验的各项研究，在整个心理实验范畴中以细微、精巧著称。由于视觉系统在功能上的敏感性加上心理的复合成分，如果各种变量稍有失控，其结果是使研究者试图验明的过程动因面目全非，而这样的混淆通常不易察觉，结论就难免张冠李戴。

视觉现象 • 视觉适应—般涉及“暗适应”和“明适应”，但新近的研究工作又指出：介于“暗适应”和“明适应”之间还存在另一类视觉现象—间视(Mesopic Vision)。

暗适应（1） • 从光亮处进入暗处，人眼最初什么也看不见，需经过一段时间才逐渐适应，并区分周围物体的轮廓。这种对低亮度环境的感受性缓慢增高的过程，称为暗适应。如果用白光测定，我们会发现暗适应曲线由两部分组成，表示人眼有两套适应机制。如果用红光照射中央凹检查感光阈，只得到图中上部的曲线，没有下部的曲线，这是视锥细胞的暗适应，这个过程约5分钟就基本完成。

暗适应（2） • 人眼对白光经过7分钟的适应以后出现进一步的感光阈降低，这是视杆细胞的暗适应，约20分钟基本完成。视杆细胞的暗适应出现慢，但适应程度很高。关于暗适应机制的解释，主要是化学反应学说。沃尔德(1944)用分光描记法确定视杆细胞中视紫红质的化学变化过程是暗适应过程的机制。视紫红质(Visual purple)是一种化学感光物质，在曝光时便破坏褪色，在暗适应中又重新合成而恢复活性。

暗适应（3） • 在光刺激时，视紫红质发生分解而褪色，变为视黄质。光刺激继续作用，视黄质再分解褪色，变为视白质(维生素A+蛋白质)。因此，眼睛受到的光刺激时间愈长，视紫红质分解愈彻底，反之，暗适应时视紫红质循原路线重新合成的时间也愈长，完成暗适应时间就较慢。

暗适应（4） • 伴随暗适应的还有瞳孔大小的变化。从明亮处进入黑暗处，在前10秒钟瞳孔扩大到最大孔径的2／3，达到完全扩大大约需要5分钟。这个过程中，瞳孔的直径由2毫米扩大到8毫米，进入眼球的光线增加10——20倍。

暗适应（5） • 影响暗适应的因素主要与机体有关。例如，在视网膜的不同部位测试暗适应过程，反映出来的结果有所不同，缺乏维生素A会引起暗适应机制紊乱。另外，年龄也是影响暗适应的因素，以30岁为界，30岁后暗适应的感受性就逐渐降低。克拉夫柯夫研究认为，人长期禁食缺少营养后，光感受性只达到正常状态时的1／10～1／15。

暗适应（6） • 一只眼睛对光的感受性可因另一只眼睛受到各种有关刺激而发生变化，如用白光刺激一只眼睛可以使另一只眼睛的敏感性提高，而用红光作用一只眼睛时却使另一只眼睛的感受性降低。在几种不同的适应光色中，只有红色光暗适应保持得最好。二次大战期间，迈尔斯据此特制一种红色护目镜。戴上这种红目镜既能使视锥细胞在明暗视场中都有较高的感受性，又能使视杆细胞相对地不受视场光线强弱的变化而保持暗适应状态。

明适应（1） • 人从暗处到亮处，眼睛大约经过1分钟就能适应，这是明适应。 • 1931年布兰查德用阈限测定法揭示：视杆细胞在极端黑暗转入极端亮光的条件下，其感受性下降100万倍。1934年赖特用间接方法求得光适应曲线，发现中央凹的光适应过程很快，它暴露在光线中一分钟后就几乎全部完成。

明适应（2） • 眼睛适应光强度变化的范围很大，适应的亮度即刺激眼睛而不引起疼痛最强的光亮度。这个范围约达到13个对数单位，大约要比最弱的绝对阈限的光强1万亿倍。在光适应过程中，眼睛首先通过调节瞳孔大小来适应光线刺激的强弱变化。光量增加，瞳孔在3～4秒钟内就能迅速缩小以保护网膜，免使过强光线对它的损伤。与此同时，视杆细胞作用转到视锥细胞作用。

明适应（3） • 瞳孔的放大和缩小是有限的，但是这种调节尤如第一道关口，它的大小根据进入眼睛的光线强度变化。 • 仅仅凭借缩小了的瞳孔还无法适应高强度的光。研究者发现在视网膜的外层还有许多黑色颗粒，它们是一些具有保护作用的物质，能减少直接作用于感光细胞的光能量。

间视 • 间视是介于暗视和明视之间的一个视觉阶段。研究者一般认为，当光亮达到10-3烛光/平方米以上时，视锥细胞便被激发，这便是间视的表现。间视的上限是视杆细胞的饱和，它随着视野的大小而改变，但还不能真正地确定下来。现在的研究已经证明，间视阶段是视锥细胞和视杆细胞相互作用的阶段，但决不是两种细胞简单混合的结果。

视敏度 • 视敏度是指分辨物体细节和轮廓的能力，是人眼正确分辨物体的最小维度。它通常是以找出两物体之间的最小间隔来表示，它受到物体的网膜映象、照明等因素的制约。

视角和网膜映像 • 对象和眼睛所形成的张角，叫做视角。视角的大小决定映象在视网膜上投射的大小。 • 计算视角时，可以把物体大小AB近似作为圆周的弧，把从节点至物体的距离Bn作为圆周的半径，用下面简便的方法计算。

视敏度测定及其特征 • 临床上用视力表测定视敏度的方法，是以视角的倒数来表达的，其公式为： • V(视敏度)=1/α（视角） • 但是，检查视敏度的方法并非只有视力表一种。

视力表（1） • 临床上用的视力表属于认知类测试，通常以5米为标准的观视距离。认知类测试的“C”视标是国际通用的视标，称为“蓝道环”视标(Landolt ring)。它的规格标准是：黑线条宽度为直径的1／5，环的开口也是直径的1／5，即等于线条宽度。

视力表（2） • 我国目前采用“E”型视标来检查视敏度，它的黑线条宽度和空白区宽度也是全字的1／5。当视标 “C”的直径为7.5mm时，环的开口是1.5mm。在5米距离处，受试如能指出缺口方向，他的视敏度就定为0.1，这时视角约等于1分。1分视角时的网膜映象约等于0.004毫米，这个数字接近于单个视锥细胞的直径。 • 临床上认为0.1的视敏度是正常的。有的国家规定视敏度为0.05就是“法定盲人”。

视敏度与照度的关系（1） • 视敏度与照度有着一种函数关系，视敏度随着不同照明强度发生变化。这种函数关系主要表现为视角越大，要求照度越低；视角越小，要求照度越高。因此，作为临床检查的手段，制定标准的照明度是必要的。运用“E”型或“C”型视标检查视力，照明的强度应当接近150勒克斯(Lux)。

视敏度与照度的关系（2） • 解释照明强度提高会使视敏度水平提高的现象有两种理论。一种理论认为，照明强度增强能激发越来越多的视锥细胞投入活动；另一种理论认为，照明越强，光量子越多，能激发更多的感受细胞活动。 • 对比度、背景亮度与辨认时间有着明显的关系。空间因素也影响视敏度对曝光时间的依赖性，刺激物的面积(A)大小显然起着作用，因此必须从亮度、面积、曝光时间三因素来认识视敏度所需的能量阈限。

影响视敏度的因素（1） • 距离对视敏度的影响呈现一种反比关系，即距离增加视敏度下降。亮度对视敏度的影响是正比关系，亮度增加，视敏度提高。由于亮度变化范围很广，这种关系一般用对数来表达，但是亮度达到一定程度时，视敏度亦趋于稳定。对比度对视敏度的影响也是一种正比关系，即当目标与背景的对比度增加，视敏度上升，反之则下降。

影响视敏度的因素（2） • 暗适应时眼睛的视敏度不如明适应时的视敏度高，这是因为视杆细胞和视锥细胞功能作用的结果。

影响视敏度的因素（3） • 在明适应条件下，突然的强光刺激会暂时降低视敏度。这种现象称为闪光盲。闪光盲持续时间的长短与闪光强度、暴光时间、照射的网膜部位、目标大小、瞳孔和眼的适应状态都有关系。闪光盲也许是视觉功能的保护性抑制。

闪光融合频率的概念 • 闪光融合频率是人眼对闪烁光产生融合感觉的频率，通常用频率的临界值来表达，所以又称为“闪光临界融合频率”（Critical Flicker Frequency）,简称为CFF。闪光融合频率是人眼对光刺激时间分辨能力的指标，是物理刺激与生理机能相互作用的结果，是受刺激的时空因素以及机体状态制约的感觉过程。

刺激的时间特征（1） • 会摄影的人都知道，曝光时间的长短与光线强弱有关。如果掌握了这一原理，不仅能拍到好的照片，而且不知不觉地在运用一个基本定律：本生一罗斯科定律。这个定律是光的强度(I)和时间(T)的乘积决定它的效果。记作；IXT＝C

刺激的时间特征（2） • 如，由于某种原因刺激强度减弱了，只要增加刺激持续时间，阈限水平仍能维持，然而刺激强度减弱到阈下水平，即使刺激时间再增加也无济于事。这时这一定律不再起作用，否则，这就意味着只要刺激时间足够，人眼对无穷小的刺激也能探察出来了。这是与实际情况相违背的。根据这个道理，马嘎利亚等人提出了“临界时间”的概念。

刺激的空间特征（1） • 网膜受刺激区域的大小与刺激强度之间也有乘积关系。例如，有两块面积大小不同但亮度相同的物体，看起来小的那块就不如大的那块明亮。这显然是由于入射光亮在大面积时多些，导致感觉上产生变化。这种关系首先是由里科表述的，其公式是IXA＝C(A＝面积，C=常数)称作里科定律。里科定律认为，网膜受刺激面积(A)越大，阈限(C)所要求的强度（I）则越小。里科定律适用于解释受刺激的网膜范围较小时，网膜受刺激区域大小与刺激强度之间的关系。

刺激的空间特征（2） • 对于网膜受刺激范围和刺激强度之间的关系，最好用佩珀定律(Piper Law)来说明。佩珀定律认为，网膜受刺激的范围大小与刺激强度的关系可以用公式：IX A的算术平方根=C来表示。它说明，当强度减弱一半，受刺激的范围必须增大四倍。一般说来，里科定律最适于说明中央凹受刺激时的情况，而佩珀定律则最适合于说明网膜外围受刺激时的情况。

闪烁临界融合频率(CFF) • 刺激的时间和强度之间的关系并不局限于刺激仅呈现一次的情况下，眼对于一段时间内不同的强度也会作出反应，在某种刺激强度和持续的情况下，闪光被感觉为连续光。

CFF的特征 • 有规律的断续的光是有周期的，一个周期包括一个亮的和一个暗的时相。频率用每秒周数计量。频率低时，观察者看到一系列的闪光，频率逐渐增加，变为粗闪、细闪，直到连续。 • 闪光产生融合感觉的周期时应当满足网膜电流活动所持续的时间。如果在第一次闪光的100毫秒之后，接着发出第二个闪光，感受器对第二次闪光的反应，必然落在第一次闪光反应的延续期内，如此连续进行，人们感觉到的光是连续的。

n＝algI+b • 不同的人的CFF的差异相当大，常说的标准每秒30—55次，是在忽略许多因素后提出的。CFF的值主要受闪光强度的影响，特别是刺激强度的影响。在刺激波长的范围很广时，CFF直接与刺激强度的对数成比例。 • n＝algI+b，其中n是临界频率，单位是周／秒，I是光的强度，a、b是两个参数，因人、因时而定，因此n的数值也因人、因条件而异。这个公式叫做费瑞——帕特定律(Ferry—porter Law)它和韦伯一费希纳定律是一种形式，这个公式只适合于中等强度。

塔尔博特—普拉多定律 • CFF现象一旦建立，它的强度在感觉上似乎比非间断的光源弱，而事实上达到CFF的闪光明度的强度却与稳定光的强度相同。这种有趣的关系称为塔尔博特—普拉多定律。它表示一个闪光“亮”了一半时间，在强度上与连续“亮”的光相等，但明度只有一半。

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