Время реакции (reaction time)

Измерение времени реакции (ВР), вероятно, — самый почтенный предмет в эмпирической психологии. Оно зародилось в области астрономии, в 1823 г., с измерением индивидуальных различий в скорости восприятия пересечения звездой линии-риски телескопа. Эти измерения были назв. личным уравнением и использовались для корректировки астрономических измерений времени, учитывающих разницу между наблюдателями. Термин «ВР» был введен в 1873 г. австрийским физиологом Зигмундом Экснером.

В психологии изучение ВР имеет двойную историю. Обе ее ветви восходят ко второй половине XIX в., и Кронбах назвал их — эксперим. психологию и дифференциальную психологию — двумя «дисциплинами научной психологии». Эти ветви зародились в лабораториях В. Вундта, основателя эксперим. психологии, и Ф. Гальтона, создателя психометрии и дифференциальной психологии. В эксперим. психологии ВР представляло интерес, в основном, как способ анализа психич. процессов и открытия общих законов, управляющих механизмами восприятия и мышления. В дифференциальной психологии ВР представляло интерес как способ измерения индивидуальных различий в умственных способностях, особенно в общей умственной способности, вытекавший из предположения Гальтона, что биолог. основой индивидуальных различий в способности является скорость умственных операций (вместе с сенсорной абсолютной и дифференциальной чувствительностью). Эти две ветви исслед. ВР рассматривались более или менее раздельно в соотв. литературе на всем протяжении истории психологии. Однако последнее десятилетие явилось свидетельством значительного «перекрестного опыления» этих двух областей, поскольку исследователи и в эксперим. когн. психол., и в дифференциальной психологии приняли на вооружение методологию ментальной хронометрии, или измерения времени обработки информ. в НС.

Исслед. ВР невозможно объяснить, не прибегая к специальной терминологии для описания существенных признаков парадигм и методологии измерений ВР. В типичном эксперименте по ВР наблюдатель (Н) приводится в состояние внимательного ожидания подготовительным стимулом (ПС), к-рый обычно относится к др. сенсорной модальности, нежели последующий стимул для реакции (СР), на к-рый Н отвечает к.-л. открытой (физ.) реакцией (Р), такой как нажатие или отпускание телеграфного ключа или кнопки, обычно указательным пальцем. Время, истекшее между окончанием ПС и началом СР, составляет подготовительный интервал (ПИ). Обычно он составляет от 1 до 4 с, меняясь случайным образом, так чтобы Н не мог научиться предвосхищать точный момент начала СР. Интервал (обычно измеряемый в мс) между предъявлением СР и появлением Р и есть ВР, тж наз. временем ответа (ВО). В нек-рых парадигмах ВР реакция Н на самом деле является сдвоенным ответом с двумя различными действиями: а) отпускание кнопки, а затем б) нажатие др. кнопки, вызывающее прекращение действия СР. В этом случае интервал между началом СР и реакцией отпускания кнопки является ВР, а интервал между реакцией отпускания и реакцией нажатия др. кнопки — временем движения (ВД), тж измеряемым в мс. (ВД обычно гораздо короче, чем ВР.) Устройство для измерения ВР и ВД обычно чрезвычайно просто, но критическим аспектом является точность и надежность механизмов отсчета времени. Более старые механические хроноскопы были весьма точны, но они нуждались в частой калибровке. В наше время микрокомпьютеры с электронными таймерами обеспечивают большую точность и устойчивость измерений ВР; вариабельность Н от испытания к испытанию значительно превосходит любую ошибку измерения, приписываемую самому устройству для измерения ВР. Точное измерение ВР оказалось полезным в психофизике для шкалирования силы и дискриминации ощущений в единицах ВР, а тж для получения объективной шкалы отношений со стандартизованными на междунар. уровне единицами.

На основе этой простой парадигмы ВР развиваются др., более сложные парадигмы ВР, преследующие цель разграничения сенсомоторных и когнитивных аспектов исполнения. Принципиальные усовершенствования были внесены в 1862 г. голландским физиологом Франсом К. Дондерсом, чьи варианты парадигмы ВР позволили измерять скорость конкретных психич. процессов в отличие от сенсомоторных компонентов ВР. Поэтому его справедливо наз. создателем ментальной хронометрии. Дондерс выделил три парадигмы, к-рые назв. А-, В- и С - реакциями: А — время простой реакции (ВПР) (т. е. одна Р на один СР); В — время реакции выбора (ВРВ), тж обозначаемое как время дизъюнктивной реакции (т. е. два (или более) различных СР и две (или более) различных Р, требующих от Н различения между разными СР и выбора соотв. Р из ряда альтернатив (напр., различных кнопок)) и С — время реакции различения (ВРР) (т. е. два (или более) СР, к-рые должен различить Н, предъявляются в случайной последовательности, но допускается лишь одна Р на единственный из СР (обозначенный экспериментатором), тогда как Н должен затормозить ответ на др. СР.

Типичная процедура, осн. на любой из этих парадигм, представляет собой ряд практ. проб с целью обеспечить понимание Н требований задачи с последующей большой серией тестовых проб для обеспечения достаточно устойчивого и надежного измерения ВР. Так как существует физиолог. предел максимальной скорости реакции (около 180 мс — для зрительных и 140 мс — для слуховых стимулов), распределение ВР любого Н заметно скошено вправо. Следовательно, предпочитаемой мерой центральной тенденции распределения ВР, полученного на основе п проб любого Н, является медиана, поскольку она менее чувствительна к асимметрии распределения, чем средняя. Часто применяется логарифмическое преобразование значений ВР, поскольку логарифм значений ВР имеет приблизительно нормальное (гауссово) распределение. Значения ВР, к-рые меньше наилучших оценок физиолог. предела ВР для данной сенсорной модальности, обычно отбрасываются как антиципаторные ошибки. Др. измеряемая характеристика данных о ВР — интраиндивидная вариабельность ВР, измеряемая как стандартное отклонение (SD) величин ВР конкретного Н, полученных в п пробах (обозначаемое SDВР). Эта характеристика обладает интересными свойствами — как эксперим., так и организменными, к-рые отличны от свойств ВР per se. Более сложные парадигмы, чем ВПР, такие как выделенные Дондерсом реакции выбора и различения, очевидно, допускают возможность ошибочных реакций и, следовательно, возможность принятия Н компромиссной стратегии применительно к соотношению «скорость—точность», в к-рой точность реагирования приносится в жертву чистой скорости. Ошибки можно существенно минимизировать посредством инструкции для Н, в к-рой делают акцент как на точности, так и на скорости ответа.

В теории и исслед. ВР в первую очередь принимается в расчет то, что ВПР и все более сложные парадигмы ВР включают два источника времени, к-рые можно назвать периферийным и центральным. Дункан Льюс, ведущий исследователь в области мат. моделей принятия решений, объясняет это следующим образом.

Вероятно, первое, что позволяют предположить данные о времени простой реакции, заключатся в том, что измеренное ВР является, как минимум, суммой двух совершенно различных составляющих времени. Одна из них связана с процессами решения, выполняемых ЦНС и нацеленных на принятие решения в то время, когда предъявляется нек-рый сигнал. Др. составляющая касается времени, к-рое требуется для преобразования и передачи сигнала мозгу, и времени, к-рое требуется посылаемым мозгом командам, чтобы привести в действие мышцы, обеспечивающие реакции.

Осн. предположение ментальной хронометрии состоит в том, что обработка информ. происходит в режиме реального времени, проходя нек-рую последовательность стадий, а измеренное полное время от постановки до решения умственной задачи м. б. проанализировано с т. зр. времени, необходимого для каждой стадии обработки. По существу, это следствие из предложенного Дондерсом метода вычитания. Однако предположение о последовательной, с четко очерченными стадиями, обработке информ. оказалось неск. упрощенным, так как во мн. случаях имеет место параллельная обработка и происходит взаимодействие между базовыми процессами, когда дополнительные процессы вызываются повышенной сложностью задачи. Поэтому для определения того, являются ли стадии обработки информ. разделенными во времени, частично перекрывающимися или взаимодействующими при решении любой данной задачи, были разраб. опирающиеся на дисперсионный анализ статистические методы, наподобие метода аддитивных факторов Сола Стернберга.

К осн. эксперим. переменным, влияющим на ВР, можно отнести характер ПС и длину ПИ, сенсорную модальность СР, интенсивность и продолжительность СР, характер реакции, степень совместимости между стимулом и реакцией (напр., пространственная близость СР к кнопке ответа), объем предварительной тренировки в выполнении задачи и воздействие инструкции экспериментатора на уровень побуждения или мотивации Н к установлению соотношения быстроты и точности реакций. К числу организменных факторов, влияющих на ВР, можно отнести возраст испытуемого, концентрацию на задаче, тремор пальцев рук, аноксию (напр., на больших высотах), стимуляторы и депрессанты (кофеин, табак, алкоголь), физ. форму, суточные колебания температуры тела (более высокая температура предполагает более быструю реакцию) и физиолог. состояние Н в конкретное время дня (напр., недавнее принятие пищи замедляет ВР). В общем, факторы, увеличивающие ВР, увеличивают SDВР. Эти организменные переменные, по-видимому, оказывают большее влияние на центральный, или когнитивный, компонент ВР, чем на его периферийную составляющую, как следует из сравнительного анализа их воздействия на ВПР и ВРВ.

Один из самых устойчивых и теоретически привлекательных феноменов в области ВР, к-рый много изучался экспериментальными психологами, — это линейная связь между ВР и логарифмом числа (n) выборов, или альтернативных реакций, в задаче на ВРВ. Хотя это явление было открыто в 1934 г. немецким психологом Г. Бланком, сама установленная зависимость получила назв. «закон Хика» благодаря опубликованной В. Е. Хиком статье, содержащей плодотворные идеи. В частности, Хик утверждал, что наклон (или угловой коэффициент) прямой ВР как функции двоичного логарифма п отражает скорость обработки информ., измеряемой как количество информ., обрабатываемой за единицу времени (напр., 40 мс на бит информ.). Обратная угловому коэффициенту величина (х 1000) выражает скорость обработки информ., оцениваемую количеством бит/с. Один бит (для двоичного знака) как единица информ., используемая в теории информ., соответствует количеству информ., сокращающей неопределенность наполовину; количество битов в задачах на ВРВ равно двоичному логарифму п. Хик и др. авторы предложили неврологические и мат. модели линейной зависимости ВР от количества обрабатываемой информ.

То, что можно было бы назвать гальтонианской ветвью применения ВР, видно на примере исслед. индивидуальных различий, особенно в умственных способностях, хотя ВР тж использовалось в психопатологических исслед. (шизофреники, напр., обладают необычайно замедленной реакцией и вариабельностью ее времени по сравнению с психически нормальными людьми того же возраста и IQ). Гальтон первым предположил в 1862 г., что биолог. основа индивидуальных различий в общей умственной способности (позднее назв. фактором g, т. е. общим фактором, выделяемым в любой совокупности разнородных умственных тестов) м. б. измерена с помощью оценки ВР. Гальтон измерил время реакции у тысяч людей при выполнении ими разнообразных сенсомоторных заданий в зрительной, слуховой и др. модальностях. Тем не менее его измерения ВР были осн. на слишком малом числе проб для того, чтобы обладать достаточной надежностью, и не позволили обнаружить значимые корреляции с к.-л. внешними критериями умственных способностей, такими как образовательный и профессиональный уровни (тесты IQ не существовали в то время). Др. попытки подтвердить гипотезу Гальтона, предпринятые в начале столетия, принесли разочарование, и потому интерес к использованию измерений ВР в работах по дифференциальной психологии был утрачен, но, как показало развитие событий, преждевременно.

Исслед. ВР в то время были методологически наивными, и доводы для заключения о том, что нет никакой связи между ВР и интеллектом, были в равной степени наивными. Эти ранние исслед. содержали такое количество изъянов, к к-рым прежде всего относятся крайне высокая ошибка измерения, ограниченный диапазон способности в обследованных выборках, неадекватные и ненадежные меры критерия интеллекта, а тж отсутствие достаточно мощных методов статистического анализа и вывода, что практически невозможно было получить к.-л. научно значимые рез-ты. Преждевременный отказ от ВР как инструмента исслед. умственных способностей чел, был ист. прецедентом того, что статистики называют ошибкой II рода — принятие нулевой гипотезы, когда она ошибочна.

Спустя полвека, благодаря созданию теории информ., развитию эксперим. когн. психол. и формулированию на их основе концепции индивидуальных различий в интеллекте как отражения скорости или эффективности элементарных информ. процессов, гипотеза Гальтона была возвращена к жизни и заново подвергнута проверке. Ее время пришло примерно в 1970 г. Микрокомпьютеры с точными механизмами отсчета времени, изощренная теория измерений и усовершенствованные статистические методы многомерного анализа предложили преимущества, к-рых был лишен Гальтон и его непосредственные последователи. С 1970-х гг. отмечается нарастающий темп публикаций, посвященных исслед. связи между ВР и умственными способностями, особенно фактором g. Большая часть этих публикаций появилась в двух психол. журналах: «Интеллект» (Intelligence) и «Личность и индивидуальные различия» (Personality and Individual Differences). Нек-рые теории и эмпирические исслед. обобщены в книгах под редакцией Айзенка и Вернона.

В отличие от Гальтона и его ранних последователей, совр. исследователи используют широкое разнообразие задач, наз. элементарными когнитивными задачами (ЭКЗ), в к-рых ВР (и часто SDВР, ВД, и SDВД) являются зависимыми переменными. Эти ЭКЗ различаются по числу или сложности своих когнитивных требований и предназначены для отражения временных компонентов, необходимых для реализации гипотетических информ. процессов, таких как восприятие стимула, различение, выбор, визуальное сканирование множества элементов в поисках заданного «целевого» элемента, сканирование информ., удерживаемой в кратковременной памяти (напр., парадигма С. Стернберга), поиск и извлечение информ. из долговременной памяти (напр., парадигма Познера), категоризация слов и предметов и семантическая верификация коротких декларативных утверждений. Хотя здесь нет возможности описать исслед. каждой из этих ЭКЗ в деталях, полученные в каждом из них данные о ВР показали значимые корреляции с психометрическим интеллектом, или IQ. Нек-рые из осн. рез-тов в этой области воспроизводятся с достаточным постоянством, чтобы можно было сделать ряд эмпирических обобщений:

1. ВР, ВД, SDВР и SDВД уменьшаются с младенчества до зрелости и повышаются в период поздней зрелости и пожилого возраста. Возрастные различия сильнее связаны с центральными, или когнитивными, компонентами этих переменных, чем с периферическими, или сенсомоторными, компонентами.

2. Отрицательные корреляции между ВР и IQ по каждой отдельной ЭКЗ колеблются между -0,1 и -0,5, составляя в среднем -0,35. Эта корреляция не является функцией скорости прохождения теста IQ, и удивительно в этих корреляциях как раз то, что ВР измерялось при выполнении ЭКЗ, к-рые фактически не имеют интеллектуального содержания и не требуют специфических знаний и навыков, необходимых для выполнения тестов IQ. Кроме сенсомоторных компонентов, ВР и SDВР, вероятно, являются свободными от содержания мерами скорости и эффективности информ. процессов.

3. ВР сильнее коррелирует (отрицательно) с g-фактором, чем с др. факторами (независимыми от g), к-рые составляют часть дисперсии психометрических тестов, такими как вербальный, пространственный, числовой, мнемический и скоростной конторский факторы плюс специфические факторы.

4. Вариабельность корреляций между ВР и психометрическими способностями связана с нагрузками по фактору g конкретных психометрических тестов, различиями границ диапазона IQ в выборках и степенью сложности ЭКЗ, используемых для измерения ВР, к-рая, вероятно, зависит от числа различных информ. процессов, требуемых определенной задачей, и объема информ., к-рый необходимо переработать для достижения правильной реакции.

5. Существует инвертированная U-образная зависимость между величиной корреляции ВР—IQ и сложностью задачи. ВР-задачи средней сложности демонстрируют наибольшую корреляцию с IQ; дальнейшее повышение сложности задачи вызывает индивидуальные различия в когнитивных стратегиях, к-рые часто не связаны с g.

6. ВР сильнее коррелирует с IQ, чем ВД. Сенсомоторный, или периферический, компонент ВР, к-рый составляет относительно большую часть дисперсии в ВПР, чем в ВРВ и др. более сложных формах ВР, не связан с IQ. Отсюда, при условии достаточной надежности мер ВР, удаление периферических компонентов из ВРВ и ВРР посредством вычитания ВПР повышает корреляцию этих мер с IQ.

7. SDВР (т. е. интраиндивидная вариабельность ВР) обнаруживает более высокую отрицательную корреляцию с IQ, чем само ВР. Кроме большой доли дисперсии, общей для ВР и SDВР (к-рая отрицательно коррелирует с IQ), ВР и SDВР содержат тж уникальные компоненты, отрицательно коррелирующие с IQ. Высказывается теорет. предположение, что SDВР отражает ошибки, или «шум», при передаче информ. в НС.

8. Хотя корреляции ВР и SDВР, осн. на выполнении одной ЭКЗ, в общем, невелики (в большинстве случаев от -0,2 до -0,4), когда используется ряд ЭКЗ, требующих для своего решения различных когнитивных процессов, их множественная корреляция (R) с IQ (и особенно с фактором g) повышается до 0,70 (с поправкой на сжатие); величина R зависит от количества различных ЭКЗ, включенных в анализ. То, что скорректированный коэффициент множественной корреляции (R), осн. на совокупности различных ЭКЗ, существенно больше коэффициента корреляции нулевого порядка (r), вычисленного по данным выполнения любой одной ЭКЗ, наводит на мысль, что IQ (или психометрический g) отражает ряд различных информ. процессов, до нек-рой степени не коррелирующих друг с другом. Люди, различающиеся по IQ, тж различаются, в среднем, по скорости или эффективности тех мозговых процессов, к-рые опосредуют выполнение данного ЭКЗ.

Эдвин Г. Боринг заявил в 1926 г., что «если в конце концов установят связь интеллекта (как его определяют с помощью тестов) с любой разновидностью ВР, это будет иметь важные последствия, как практ., так и теорет.». Сегодня в этом нет никакого «если»: связь интеллекта с ВР твердо установлена. Однако предсказание Боринга еще остается осознать и реализовать.

См. также Метод антиципации, Эргопсихометрия, Физиологическая психология, Сенсомоторные процессы

А. Р. Дженсен