心理旋转任务
心理旋转测试是认知心理学领域中用于研究空间处理的强大任务。继续阅读以了解更多关于二维和三维心理旋转任务的细节、其历史、如何进行(包括在线设置)、它所揭示的强大研究发现,以及利用此任务进行的实验示例!
心理旋转任务的历史
心理旋转测试可以追溯到1970年代,当时它被开发用于研究个体在心理上旋转物体的能力。1971年,罗杰·谢泼德(Roger Shepard)和杰奎琳·梅兹勒(Jacqueline Metzler)是首批通过展示多个对的三维、立方体或不对称排列的物体来客观研究心理旋转并随后测量反应时间的研究者,参与者需要判断成对物体是否匹配(Shepard, R. N., & Metzler, J., 1971)。1978年,史蒂文·G·范登贝格(Steven G. Vandenberg)和艾伦·R·库塞(Allan R. Kuse)根据1971年的谢泼德和梅兹勒心理旋转任务正式化了心理旋转测试,通过在不同方向上展示三维物体,将其绕垂直轴旋转。这是一个20项的测试,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项(Vandenberg, S. G., & Kuse, A. R., 1978)。
关于心理旋转测试
心理旋转任务对参与者有什么要求?其实相当简单!
心理旋转实验的一般概述如下:
- 向参与者展示一个标准/目标物体
- 参与者必须决定四个选项中哪两个与标准/目标物体相匹配
因此,参与者必须检查参考刺激并选择与之匹配的刺激。在上图中,参考刺激与第一个和第三个刺激匹配。下面是3D心理旋转任务中试验的额外示例:
2D旋转
在一些心理旋转实验的版本中,测试二维形状旋转:
管理2D或3D心理旋转测试
Labvanced中的心理旋转任务可以通过以下方式执行:
- 在线进行测试(用于远程研究),可以轻松分享URL研究链接给参与者,或者
- 在没有互联网连接的情况下使用我们的桌面应用程序本地进行
- 研究人员可以将任务导入到他们的设计编辑器中,并设置实验,无需编码。查看Labvanced中的心理旋转测试,简单点击‘参与’按钮尝试,或‘导入’将其上传到您的帐户,以用作您实验的基础:
- 此外,还可以包括我们的基于网络摄像头的眼动追踪等高级功能,以增加额外的生理数据,除了反应时间之外。
认知功能与过程
心理旋转实验揭示了多种认知功能和过程,包括:
- 智力
- 组织
- 推理
- 空间认知
- 视觉感知
在匹配两幅相同的图像时,以下认知过程在心理旋转测试中涉及:
- 感知预处理
- 刺激的识别/区分
- 刺激的空间定位识别
- 偶数判断
- 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心理旋转任务(Kaltner, S., & Jansen, P., 2014)。
心理旋转测试的测量和数据
- **准确率/错误率:**在任务中整体的准确性或错误。
- **角度差异:**指刺激与参考刺激之间的特定角度。
- **非决策时间:**在决策之外,其他过程所花费的时间,例如刺激编码和执行运动反应。
- **漂移率:**积累信息所需的时间。
- **边界分隔:**两个独立反应之间的距离。当优先考虑准确性而不是速度时,这个值会变得更宽,同时当旋转角度增加时,也会出现这种情况。
- **反应时间:**选择响应所需的时间。
- **注视持续时间/注视:**如果使用了眼动追踪,那么像注视持续时间和注视这样的相关指标也可以报告,以便了解参与者的视觉处理策略。在心理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),其计算方法是将不正确答案中的平均注视次数除以正确答案中的平均注视次数(Suzuki et al., 2018)。
可能需要考虑的混淆因素
在实验设计和数据分析阶段,应考虑某些混淆因素,例如:
- **性别差异:**对于2D和3D心理旋转任务,男性具有认知优势(Collins, D. W., & Kimura, D., 1997)。这一发现得到了超过1200万参与者样本的元综合研究的支持,得出的结论是,在心理旋转测试中,男性在心理文献中表现出最大的性别认知差异(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,心理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影响,尤其是在任务要求高时(Arrighi, L., & Hausmann, M. , 2022)。
- **用手习惯:**虽然没有性别混淆因素那么显著,但用手习惯在心理旋转表现中也起着作用。研究显示,右撇子的反应速度快于左撇子。此外,当呈现的图像与主手匹配时,用手习惯对促进作用也有影响(Jones et al., 2021)。
MRT分数的用途
由于研究目标可能不同,以下是从心理旋转测试中获得的分数的最常见用途:
- **描述参与者的空间技能:**量化空间技能和推理的一个方面。
- **比较群体之间的认知:**量化和比较两个群体(例如,阅读障碍参与者与对照组)在MRT相关的认知过程。
- **治疗结果:**主要关注治疗和干预的效果,MRT可以用于量化与空间认知处理相关的特定变化。
心理旋转测试的变种
心理旋转任务通常使用经典的立方体或二维形状,但在研究中出现了一些值得一提的变种:
- **不同的视觉刺激:**除了立方体外,在心理旋转实验中展示和旋转其他类型的视觉刺激是常见的,例如:字母、动物、面孔、彩色形状和伪字母(看起来像字母但不是的形状)(Kaltner, S., & Jansen, P., 2014)。
- **cMRT:**在心理旋转的时间测量研究(cMRT)中,展示两个刺激(而不是4个),具有不同的角度差异。参与者必须快速判断两幅呈现的图像是否相同(Titze, C., Heil, M., & Jansen, P., 2008)。
心理旋转测试示例:应用与实验
心理旋转任务在心理学研究中很受欢迎,因为它们易于实施,但揭示了关于空间技能和能力的许多内容。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:**心理旋转任务在发展心理学实验中被执行,以了解空间认知技能如何随着年龄发展。其中一个示例是比较3岁、4岁和5岁儿童在心理旋转任务上的表现,并展示3岁儿童可以开始在概率水平之上完成此任务(Krüger, M., 2018)。
- **心理旋转改善数学成绩:**另一项研究显示,针对6岁和7岁儿童进行的为期一周的在线训练干预,通过心理旋转空间训练转移到经典算术问题。与接受识字训练的对照组相比,该组在某些算术问题上的表现有所改善,这可能是由于提高了视觉化能力和/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:**某些自闭症亚群体上发现具有增强的视觉空间能力。这通过包括心理旋转任务的认知测试得到了支持,其中该组的表现更快。认知优势特别体现在高复杂度的三维形状上,而不是简单或二维刺激。当前的研究趋势正在探索这种表现的神经相关性,发现具有这些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):**为了更好地理解ADHD参与者在心理旋转测试等任务中的认知,已经开发了扩散模型,使用漂移率、非决策时间和边界分隔等值。这类实验表明,ADHD参与者在心理旋转实验中的低表现源于证据累积的速度较慢,以及边界分隔调整的相对不灵活性(Feldman, J. S., & Huang-Pollock, C., 2021)。
- **阅读障碍:**心理旋转测试,包括二维旋转和二维形状旋转,通常会施用于阅读障碍患者。根据功能协调缺陷(FCD)模型,阅读障碍患者无法判断字母是否镜像,因为在呈现字形材料时未能抑制对称性,因此无法判断字母是否镜像,因而字形和音素表示之间存在模糊映射。因此,由于任务的性质,与镜像和旋转有关的心理旋转是可以施用于阅读障碍患者的相关测试。与对照组/普通读者相比,阅读障碍儿童在其反应时间较慢的情况下,表现出更明显的心理旋转效应(Kaltner, S., & Jansen, P., 2014)。
- **帕金森病:**帕金森病是一种神经退行性疾病,运动和认知技能随着疾病进展而下降。这些患者在心理旋转任务上的表现被发现有所降低。最近的努力旨在利用心理旋转任务作为早期发作帕金森病的认知生物标志工具,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心理旋转任务中的反应时间更长,准确性低于健康老年人。研究者还表明,结合眼动追踪的心理旋转任务可以作为阿尔茨海默病或轻度认知障碍(MCI)患者的筛查工具(Suzuki et al., 2018)。
在临床心理学中使用MRT并不限于上述内容。它已被用于研究广泛的临床人群中的空间能力,例如创伤性脑损伤(TBI)或亨廷顿病患者。
认知心理学
- **普通人群研究:**心理旋转任务已经在许多不同类型的以认知心理学为核心的研究中使用。这些实验是以健康的神经典型参与者为对象进行的,以了解空间认知能力。其中一项在Labvanced进行的研究利用心理旋转任务(结合其他任务)评估了空间能力对时间表示的影响。研究结果表明,较高的空间能力和时间性学习能导致更好的记忆(Otenen, E., & Kanero, J., 2022)。
- **手语:**心理旋转任务中的一个迷人主题,由于语言和认知的动态重叠,涉及手语学习者的心理旋转任务。某项研究表明,手语使用者与心理旋转能力之间存在正相关关系(Kubicek, E., & Quandt, L.C., 2020)。
体育心理学
近年来,运动和锻炼的研究领域越来越多地使用心理旋转任务,并得出了许多有趣的结论,因为运动协调有可能影响表现。
- **新颖的MRT任务的篮球运动员:**在最近的一项研究中,对新手和专业篮球运动员进行了新的心理旋转测试。参与者没有看到经典的3D立方体作为刺激,而是看到六种不同的篮球战术,这些战术被旋转或镜像。结果表明,性别效果和专业水平效果。男性参与者解决了更多项目,专业运动员的表现更好。这项研究为特定支持的刺激材料铺平了道路(Weigelt, M. & Memmert, D., 2020)。
结论
心理旋转任务在研究中占有重要地位,心理学家在多个领域中采用该任务。心理旋转任务可以在线或面对面执行,通常用于评估空间认知。心理旋转任务有许多变种,但大多数实验使用3D或2D立方体刺激。
参考文献
Arrighi, L., & Hausmann, M. (2022). 空间焦虑和自信心在心理旋转中的性别差异中起中介作用。学习与记忆, 29(9), 312-320。
Cheung, C. N., Sung, J. Y., & Lourenco, S. F. (2020). 心理旋转训练是否会转移到数学能力的提升?家庭环境中的视觉空间干预评估。心理研究, 84(7), 2000-2017。
Collins, D. W., & Kimura, D. (1997). 在二维心理旋转任务中的性别差异很大。行为神经科学, 111(4), 845。
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