表象的心理旋转

心理与认知科学学院 应用心理系

摘要 表象是大脑对客观事物的直观表征。20世纪70年代以来，关于表象的研究迅速发展，其中表象的心理旋转就是表象研究的一个重要方面。本实验使用不同角度及正反位的字母R，令被试对其做出正反的判断，按照减数法原理以反应时作为认知加工的指标验证心里旋转的存在。结果发现：当刺激偏离正位的度数越大，反应所需时间越多；在每个人的头脑里，都存在心理旋转过程。实验被试为华东师范大学应用心理系大二学生14人，男女各7人，20岁。

关键词： 表象 心理旋转 减法反应时

一引言

表象是大脑对客观事物的直观表征。20世纪70年代以来，关于表象的研究迅速发展，其中表象的心理旋转就是表象研究的一个重要方面。心理旋转任务早20世纪30年代就被心理测量学家用以评定人们的空间智能(如“三山”问题)。但是直到1971年,“心理旋转”这一概念才由Shepard等人明确提出, 也才开始了对心理旋转的信息加工机制研究。70年代初Cooper和Shepard用减数反应时试验证明了心理旋转的存在。Shepard和其同事以反应时和正确率为指标, 研究了两维和三维图形表征的心理旋转。结果发现, 心理旋转的平均反应时和方位差呈线性相关, 反应时是随着方位差度数的增加以固定速率增加, 最长反应时在旋转度为180度时。Shepard及其同事认为被试在完成任务过程中, 是把其中的一个图形表征旋转至另一图形表征的位置对二者加以匹配的, 即发生了心理旋转。反应时与方位差之间的线性关系表明心理旋转过程是一个持续的过程。这个过程与身体或客体的实际物理旋转过程相类似。Cooper和Shepard（1973）用不同倾斜角度的正的和反的字母，数码，对心理旋转作了进一步的研究。根据实验结果，他们认为：1.当样本为垂直的正位时，即旋转的角度为0度或360度，判断所需的时间较少，约为0.5秒；2.当样本作了不同角度的旋转反应随之增加，180度时反应时最长。3.随着样本的旋转度数的进一步增大，反应时反而减少。1984年，Cooper和Shepard用同样的实验程序以多边形为实验材料，进行了另一个有前行信息的实验。结果发现，无论是否具有前行信息，被试都会进行心理旋转，其所需的时间随着样本偏离正位的度数而增加，呈线性关系。这个结果进一步证实了心理旋转的存在。1998年Wohlschiaeger等人对心理旋转与动力旋转关系的研究为心理旋转与物理旋转间的相似性提供了进一步的证据。他们用了一种干涉的方法: 被试在心理旋转的同时进行实际旋转。当两类旋转的轨迹不同时, 心理旋转能力受损。

心理旋转的神经机制也被发现，在认知神经科学研究领域内, 一般是以正常人、脑损伤患者、灵长类动物或小白鼠等的为对象来探讨心理旋转的神经机制, 并在研究过程中运用了多种神经-表象技术, 如功能磁共振成像术( fMRI)、脑电技术( EEG)和正电子发射层析照相术( PET)等。相研究结果表明顶叶、枕叶、额叶、动力皮层区在心理旋转过程中起重要作用。一些心理家还认为, 相对于言语的左脑半球优势而言, 右脑是心理旋转的优势半球。

本次试验采用PsyTech心理实验系统，被试为大二学生14人，男女各7名。实验材料为不同角度的正R和反R（镜像）图片，共有0°、60°、120°、180°、240°、300°正反共12种不同角度和方向的R。所得数据用SPSS进行处理。实验假设：（1）心理旋转存在性别差异 （2）心理旋转所需的时间随着样本偏离正位的度数而增加，呈线性关系。

二方法

2.1 被试

华东师范大学应用心理系大二学生14 男女各7

2.2 仪器与器材

2.2.1仪器：计算机及PsyTech心理实验系统

2.2.2材料：不同方向的正R和反R（镜像）图片，共有0°、60°、120°、180°、240°、300°正反共12种不同角度和方向的R。

2.3实验程序

2.3.1登陆程序，选择“表象的心理旋转”，设置参数，进入实验。

2.3.2指导语：这是一个表象心理旋转的实验。下面屏幕要呈现的是一系列不同角度的字母正R和反R（镜像），请你使用1号反应盒对呈现的R作出反应。如果认为是正 R按“＋”号键，认为是反R则按“－”号键，反应越快越好。当你明白了上述指导语后，请你点击下面的“正式实验”按钮开始实验。

2.3.3屏幕随机呈现不同角度的正向和反向R,被试对呈现的R作出正向还是反向的判断。程序将自动记录反应时。

2.3.4 实验结束，数据将自动保存。实验者可直接查看结果，也可换被试继续实验，以后在主界面“数据”菜单中查看。

三结果

表1被试平均反应时和正确率

表2 角度与反应时关系曲线

表3性别与正反R的2*2因素方差分析

由表得正反R与不同性别的反应时均无显著差异

四讨论

4.1 本实验为什么使用反应时为指标对表象在人脑中的加工进行研究？如何通过反应时来解释表象的信息加工过程？

反应时在心理学研究中被广泛应用，反应时的快慢时常被作为衡量加工自动化程度、概念激活的水平以及注意需求量等指标。本实验中使用反应时作为指标可以通过减法反应时验证出心理旋转的存在，不同角度的反应时相减所得的即为心理旋转的时间。根据Shepard实验所得出结论心理旋转50度所需时间约为1秒。

4.2被试是否真实的感觉到在进行连续心理旋转？

角度较小时，发生心理旋转的时间仅为一两百毫秒，一般被试自身难以知觉到心理旋转的过程。但当角度变大，如180度时，有被试可以清晰的感受到自己的旋转加工。

4.3有其他相似研究以性别与正反位字母为因素，进行了2X2方差分析，统计结果表明，字母的正反位对于反应时有显著差异，男女性别差异不明显，即心理旋转在认知中具有普遍性，人们在辨识有角度的字母时，都基本上采用了相似的旋转方式，以让其符合自己已有的知识。但本次重复试实验中并没有任何显著差异，原因可能为被试数量过少所致。

五结论

1.证明了心理旋转确实存在，验证了库伯和谢帕德的结论

2. 在心理旋转实验中，180度时心理反应时间最长。

六参考文献

1．杨治良．实验心理学．杭州：浙江教育出版社，1998，145-148

2．郭秀艳．实验心理学．北京：人民教育出版社，2004，200-209

3.王甦．认知心理学．北京：北京大学出版社，1992，213-225

附录

被试1

第二篇：空间表象的心理旋转(心理学)

二年级本科生实验报告

系别：教育科学系应用心理学专业

（主试）姓名：汤00 同组成员：杨0、汤00

实验日期：20##年11月 日 教师评定

空间表象的心理旋转

摘要：该实验主要利用PsyKey心理教学系统，通过1名心理学生被试判断不同角度“R”的正反向的反应时，来验证空间表象心理旋转现象的存在。实验结果基本支持了cooper和shepard的研究结果，表象心理旋转确实存在。

关键词：心理旋转 反应时

1引言

心理旋转是一种想象自我或客体旋转的空间表征动力转换能力，也是一种评定空间智能的重要标尺。对于心理旋转能力及其性质的研究不仅在理解人类空间认知行为方面具有重要的理论意义，而且具有十分重要的应用价值。

20世纪70年代库柏和谢帕德做了心理旋转的研究。实验结果表明，被试在辨别图形时，需要将头脑中贮存的图形表象进行放置，随着增加，反应时也随着延长，二者之间呈线性关系。

心理旋转具有其神经机制，在研究过程中通过如：正电子发射层析照相术、功能磁共振成像术和脑电技术等，发现顶叶、枕仆卜和额叶在心理旋转过程中起重要作用。

2方法

2.1被试

一人一组

2.2仪器和材料

1、实验仪器：计算机、表象心理旋转实验程序

2、实验材料：不同旋转角度的正像和镜像三维立体图片。两种三维立体图片（类似不同规则的空间积木），每种图片的空间旋转角度分别为0°、60°、120°、180°、240°、300°（顺时针旋转）

2.3设计

（1）本实验采用2x6x2的三因素实验设计，三个因素分别为不同的空间立体图片（两种）、空间旋转角度（顺时针旋转0°、60°、120°、180°、240°、300°）和性别（男、女）。其中性别为被试间 因素，材料和角度为被试内因素。

（2）实验材料包括6个角度，即0°、60°、120°、180°、240°、300°的正像和镜像图片，根据2x6x2的实验结果，可以分别引申出不同材料和不同角度对空间立体图形的心理旋转的影响，在结果分析中对不同材料、不同角度、性别差异等因素对表象心理旋转的影响进行详细分析。

2.4程序

（1）实验材料的制作：进入“表象心理旋转实验程序”主菜单，选择“实验材料制作”菜单中的“制作实验材料向导”，就会出现实验材料制作向导。①按“下一步”定义最小旋转角度为60°。②单击“浏览图形文件”按钮，选择“3D-Rotate.JPG”图片文件，定义每个角度图片的个数为12个。③单击“下一步”，选择“完成”按钮，计算机会自动生成定义的不同角度图片。由于图片是即时生成的，所以，生成不同角度图片大约需要3至5分钟。

（2）正式实验：制作完图片材料后，被试便可在主试指导下开始正式实验。①在“开始实验”菜单中选择“默认实验材料”，出现“指导语”窗体。②仔细阅读如下指导语：

下面要呈现的是一系列不同空间位置的三维立体图片，请你注意判断每次呈现的立体图片为向内的空间立体图形还是向外的空间立体图形，如果是内向的的，就按“Q”，如果是向外的按“P”键，在保证判断正确的前提下，反应越快越好。明白上述指导语后，按“开始实验”键进行实验。

③被试按照指导语中的实验要求进行实验。④实验结束后在“被试信息”窗体中填好文件名、性别、年龄等信息。

3结果

本实验要求被试判断屏幕上呈现的不同角度的“R”的正反，记录判断时间。

被试判断不同角度的正“R”和反“R”的平均反应时数据如下表：

表1

4讨论

1、在课堂教学实验中，并没有遵循严格的实验程序，对被试状态以及实验室环境也没有进行严格控制，所得结果可能不准确。

2、样本较少，可能会产生误差。

3、根据对于相关资料，判断正“R”的平均反应时应比反“R”的平均反应时低，但是在此次实验中没有发现此结果，可能是因为以上两条所造成的误差导致的。

4、从表1可以看出，旋转的角度是0度或300度，无论是正“R”还是反“R”，判断所需的时间都较少。

参考文献

【1】郭秀艳.《实验心理学》.人民教育出版社.2004.