思维旋转任务

思维旋转测试在认知心理学领域是一项强大的任务，用于研究空间处理。继续阅读以了解有关二维和三维思维旋转任务的更多细节、其历史、如何进行（包括在线设置）、它可以揭示的强大研究发现，以及利用此任务进行的实验示例！

思维旋转任务的历史

思维旋转测试可以追溯到1970年代，当时它被开发用于研究人们的物体心理旋转能力。在1971年，罗杰·谢泼德和杰奎琳·梅茨勒是第一批通过呈现多个三维、立方体或不对称排列的物体并随后测量参与者在判断成对物体是否匹配时所需反应时间的研究者（Shepard, R. N., & Metzler, J., 1971）。在1978年，史蒂文·G·范登堡和阿伦·R·库斯根据1971年谢泼德和梅茨勒的思维旋转任务正式化了思维旋转测试，通过围绕垂直轴旋转三维物体以不同的方向呈现。这是一个20题的测试，参与者必须比较四个图形并选择两个与标准图形匹配的选择（Vandenberg, S. G., & Kuse, A. R., 1978）。

关于思维旋转测试

思维旋转任务对参与者的要求是什么？实则相当简单！

思维旋转实验的一般概述如下：

1. 向参与者呈现一个标准/目标物体
2. 参与者必须决定四个选项中哪两个与标准/目标物体匹配

因此，参与者必须检查参考刺激并选择哪些刺激是匹配的旋转。在上面的图像中，参考刺激与第一和第三个刺激匹配。以下是三维思维旋转任务中实验的其他示例：

二维旋转

在某些版本的思维旋转实验中，测试二维形状旋转：

管理二维或三维思维旋转测试

在 Labvanced 中，思维旋转任务可以通过以下方式进行：

1. 在线管理测试（用于远程研究），可以轻松与参与者分享 URL 研究链接，或
2. 使用我们的桌面应用程序在没有互联网连接的情况下本地进行
3. 研究人员可以将任务导入设计编辑器，并无需编码即可设置实验。点击这里查看 Labvanced 中的思维旋转测试，只需单击“参与”按钮尝试，或单击“导入”将其上传到您的帐户以用作实验的基础：
   • 二维思维旋转任务
   • 思维旋转立方体
4. 此外，高级特性如我们的 基于网络摄像头的眼动追踪 也可以纳入其中，以增加生理数据的额外层面，除了反应时间之外。

认知功能和过程

通过思维旋转实验发现了若干认知功能和过程，包括：

• 智力
• 组织
• 推理
• 空间认识
• 视觉感知

当匹配两个相同的图像时，以下认知过程在思维旋转测试中涉及：

1. 感知预处理
2. 刺激的识别/辨别
3. 刺激的空间方向识别
4. 奇偶判断
5. 行为反应，即选择选择/执行

这些过程共同使参与者能够成功完成思维旋转任务（Kaltner, S., & Jansen, P., 2014）。

思维旋转测试的测量和数据

• **准确性/错误率：**任务中表现的总体准确性或错误。
• **角差：**指刺激与参考刺激之间的特定角度。
• **非决策时间：**除了决策外，其他过程所需的时间，例如刺激编码和运动反应执行。
• **漂移率：**累积信息所需的时间。
• **边界分隔：**两个独立反应之间的距离。当优先考虑准确性而非速度时，此值变得更宽，旋转角度增加时也是如此。
• **反应时间：**选择反应所需的时间。
• **注视持续时间/固定点：**如果使用眼动追踪，则可以报告相关指标，如注视持续时间和固定点，以了解参与者的视觉处理策略。在思维旋转任务中利用眼动追踪数据报告的结果示例包括运行计数比率（RC比率），该比率是通过将不正确答案中的平均固定次数与正确答案中的平均固定次数相除计算得到的（Suzuki et al., 2018）。

可能的混淆变量

在实验设计和数据分析阶段应考虑某些混淆变量，例如：

• **性别差异：**对于二维和三维思维旋转任务，男性具有认知优势（Collins, D. W., & Kimura, D., 1997）。一项具有超过1200万参与者样本的荟萃分析研究支持了这一发现，得出结论认为在思维旋转测试中，男性在心理文献中表现出最大的认知性别差异（Zell, E., Krizan, Z., & Teeter, S. R., 2015）。
• **空间焦虑/自信心：**与上述观点相关，另一项研究发现，思维旋转任务中显著的性别差异可能受到空间焦虑和自信心的调节，特别是在任务要求较高时（Arrighi, L., & Hausmann, M. , 2022）。
• **用手习惯：**虽然不如性别混淆那么显著，但用手习惯也在思维旋转表现中起着作用。研究表明，右撇子比左撇子更快。此外，当呈现的图像与优势手相符时，用手习惯在促进作用上也发挥了作用（Jones et al., 2021）。

MRT 分数的用途

由于研究目标不同，以下是从思维旋转测试获得的分数最常见的用途：

1. **描述参与者的空间技能：**量化空间技能和推理的一个方面。
2. **组内认知比较：**量化并比较两个组（例如阅读障碍参与者与对照组）之间与 MRT 相关的认知过程。
3. **治疗结果：**当主要关注治疗和干预的效果时，MRT 可用作量化与空间认知处理相关的特定变化的测量工具。

思维旋转测试的变体

思维旋转任务通常使用经典立方体或二维形状，但研究中也出现了一些值得提及的变体：

• **不同的视觉刺激：**除了立方体外，在思维旋转实验中通常还会呈现和旋转其他类型的视觉刺激，例如：字母、动物、面孔、有色形状和伪字母（看起来像字母但不是的形状） （Kaltner, S., & Jansen, P., 2014）。
• **cMRT：**在思维旋转的时间计量研究（cMRT）中，呈现两个刺激（而不是4个），并且角差存在差异。参与者必须迅速判断呈现的两个图像是否相同。（Titze, C., Heil, M., & Jansen, P., 2008）

思维旋转测试示例：应用与实验

思维旋转任务在心理学研究中颇受欢迎，因为它们易于实施，但又能揭示许多关于空间技能和能力的信息。以下是一些应用和实验的示例。

发展与教育心理学

• **空间能力的发展：**思维旋转任务在发展心理学实验中被用来理解空间认知技能如何随着年龄的增长而演变。其中一项研究比较了3岁、4岁和5岁儿童在思维旋转任务上的表现，表明3岁儿童能够开始在此任务中超出偶然水平表现（Krüger, M., 2018）。
• **思维旋转提升数学表现：**另一项研究显示，对6岁和7岁儿童进行为期1周的在线思维旋转空间训练干预可以转化为经典算术问题的提升。该组与接受识字培训的对照组相比，在某些算术问题上的表现有所提高，这可能由于提高了可视化能力和/或增加了视觉空间工作记忆的容量（Cheung, C.N., Sung, J.Y., & Lourenco, S.F., 2019）。

临床心理学

• **自闭症：**某些自闭症亚群体被发现具备增强的视觉空间能力。通过包括思维旋转任务的认知测试已支持这一点，其中该组的表现更快。认知优势特别体现在三维复杂形状上，而不是简单或二维刺激。目前的研究趋势探索这种表现的神经相关性，并发现具有此类视觉空间优势的自闭症患者在枕叶和顶叶的功能更强（Thérien, V.D., et al., 2022）。
• **注意力缺陷多动障碍（ADHD）：**已开发扩散模型，以利用诸如漂移率、非决策时间和边界分隔等值来更好地理解 ADHD 参与者在思维旋转测试等任务中的认知表现。这些实验表明，ADHD 参与者在思维旋转实验中的表现不佳是由于证据积累率较慢以及在边界分隔调整上的相对不灵活性所致（Feldman, J. S., & Huang-Pollock, C., 2021）。
• **阅读障碍：**思维旋转测试，包括二维旋转和二维形状旋转，常常用于阅读障碍患者。根据功能协调缺陷（FCD）模型，阅读障碍者在呈现字形材料时无法决定字母是否被镜像，是因为未能抑制对称性，因此不能决定字母是否被镜像。这使得思维旋转任务（尤其是涉及镜像和旋转的内容）成为可以施加给阅读障碍者的相关测试。与正常读者相比，阅读障碍儿童在反应时间较慢的情况下表现出更大的思维旋转效应（Kaltner, S., & Jansen, P., 2014）。
• **帕金森病：**帕金森病是一种神经退行性疾病，运动和认知能力随着疾病进展而下降。已发现这些患者在思维旋转任务中的表现下降。最近的努力将思维旋转任务作为认知生物标志物工具，用于早期帕金森病的筛查，而没有轻度认知缺陷的证据（Razzaque et al., 2024）。
• **阿尔茨海默病：**阿尔茨海默病患者在思维旋转任务中的反应时间较长且准确性较低，与健康老年人相比。研究人员还表明，思维旋转任务结合眼动追踪可以作为筛查阿尔茨海默病或轻度认知损害（MCI）患者的工具（Suzuki et al., 2018）。

在临床心理学中使用 MRT 不限于上述内容。它已被用于研究包括创伤性脑损伤（TBI）或亨廷顿病患者在内的广泛临床人群中的空间能力。

认知心理学

• **普通人群研究：**思维旋转任务已在许多不同类型的研究中使用，这些研究以认知心理学为核心。 这些实验是与健康神经典型参与者进行的，以了解空间认知能力。在 Labvanced 进行的一项研究中，结合其他任务利用思维旋转任务来评估空间能力对时间表征的影响。结果显示，较高的空间能力和时间学习更好地促进了记忆（Otenen, E., & Kanero, J., 2022）。
• **手语：**一个引人入胜的话题，因为语言和认知动态重叠，思维旋转任务的研究在手语的背景下。一项研究表明，手语使用者与思维旋转能力之间存在积极关系（Kubicek, E., & Quandt, L.C., 2020）。

体育心理学

近年来，体育和运动研究领域越来越多地使用思维旋转任务，并得出了许多有趣的结论，因为运动协调可能影响表现。

• **新手篮球运动员的 MRT 任务：**在一项最新研究中，新手和专家篮球运动员进行了新颖的思维旋转测试。参与者看到六种不同的篮球战术，这些战术被旋转或镜像，而不是经典的三维立方体作为刺激。结果表明，性别和专长均有影响。男性参与者解答了更多题目，表现更好，专家运动员的表现则更佳。这项研究为特定支持材料的刺激提供了启示（Weigelt, M. & Memmert, D., 2020）。

结论

思维旋转任务在研究中占有重要地位，各领域的心理学家广泛使用。思维旋转任务可以在线或亲自进行，通常用于评估空间认知。思维旋转任务有许多变体，但大多数实验使用三维或二维立方体刺激。

参考文献

1. Arrighi, L., & Hausmann, M. (2022). 空间焦虑和自信心在思维旋转中的性别差异的调节作用。学习与记忆, 29(9), 312-320.

2. Cheung, C. N., Sung, J. Y., & Lourenco, S. F. (2020). 思维旋转训练是否转化为数学能力的提升？对家庭视觉空间干预的评估。心理研究, 84(7), 2000-2017.

3. Collins, D. W., & Kimura, D. (1997). 在二维思维旋转任务上存在较大的性别差异。行为神经科学, 111(4), 845.

4. Feldman, J. S., & Huang-Pollock, C. (2021). 注意缺陷多动障碍中的空间认知新视角：思维旋转的扩散模型分解。国际神经心理学社会杂志, 27(5), 472-483.

5. Jones, H. G., Braithwaite, F. A., Edwards, L. M., Causby, R. S., Conson, M., & Stanton, T. R. (2021). 用手习惯对手的思维旋转的影响：系统评价与荟萃分析。心理研究, 85, 2829-2881.

6. Kaltner, S., & Jansen, P. (2014). 思维旋转与发展性阅读障碍儿童的运动表现。发展性障碍研究, 35(3), 741-754.

7. Kubicek, E., & Quandt, L. C. (2021). 手语理解能力与思维旋转能力之间的积极关系。聋人研究与教育杂志, 26(1), 1-12.

8. Krüger, M. (2018). 三岁儿童在思维旋转任务中表现超出偶然水平，但反应时间和角差之间没有线性关系。心理学前沿, 9, 328248.

9. Otenen, E., & Kanero, J. (2022). 定位过去和未来：空间能力对时间表征的影响。在认知科学学会年会会议记录中（第44卷，第44号）。

10. Razzaque. J., et al. (2024). 利用 fMRI 处理帕金森病（P8-3.018）中思维旋转任务（MRT）缺陷的病理生理。神经病学（第102卷，第17号）。

11. Shepard, R. N., & Metzler, J. (1971). 三维物体的思维旋转。科学, 171(3972), 701-703.

12. Suzuki, A., Shinozaki, J., Yazawa, S., Ueki, Y., Matsukawa, N., Shimohama, S., & Nagamine, T. (2018). 建立一种新的筛查系统，通过思维旋转任务评估视觉空间功能，以筛查轻度认知障碍和阿尔茨海默病。阿尔茨海默病杂志, 61(4), 1653-1665.

13. Thérien, V. D., Degré-Pelletier, J., Barbeau, E. B., Samson, F., & Soulières, I. (2022). 自闭症中两种不同认知特征的思维旋转过程的神经相关性差异。临床神经影像, 36, 103221.

14. Titze, C., Heil, M., & Jansen, P. (2008). 思维旋转测试（MRT）中的性别差异不是由任务复杂性造成的。个体差异杂志, 29(3), 130-133.

15. Vandenberg, S. G., & Kuse, A. R. (1978). 思维旋转，三维空间可视化的一种团体测试。感知与运动技能, 47(2), 599-604.

16. Weigelt, M., & Memmert, D. (2021). 专家篮球运动员的思维旋转能力：识别场上的战术。运动与锻炼研究季刊, 92(1), 137-145.

17. Zell, E., Krizan, Z., & Teeter, S. R. (2015). 通过元合成评估性别相似性和差异。美国心理学家, 70(1), 10.