在Labvanced在线执行心理旋转任务。

心理旋转任务

心理旋转测试是在认知心理学领域中研究空间处理的一项强大任务。继续阅读以了解有关2D和3D心理旋转任务的更多细节，它的历史，它如何进行（包括在线设置），它可以揭示的强大研究发现，以及使用此任务的实验示例！

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一个人心理旋转物体的能力。在1971年，Roger Shepard和Jacqueline Metzler是最早客观研究心理旋转的人之一，他们展示了几组3D、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的反应时间（Shepard, R. N., & Metzler, J., 1971）。在1978年，Steven G. Vandenberg和Allan R. Kuse基于1971年的Shepard和Metzler心理旋转任务形式化了心理旋转测试，通过围绕垂直轴旋转以不同方向展示3D物体。这是一个20个项目的测试，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

心理旋转任务要求参与者做什么？实际上，这非常简单！

心理旋转实验的一般概述如下：

  1. 向参与者展示一个标准/目标对象
  2. 参与者必须决定从四个选项中哪两个与标准/目标对象匹配

2D旋转

在某些版本的心理旋转实验中，测试2D形状旋转：

在线在Labvanced上用于2D心理旋转任务的刺激示例。

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进行：

  1. 在线进行测试（用于远程研究），为此可以轻松与参与者共享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其设计编辑器并设置实验，而无需编写代码。在Labvanced中查看心理旋转测试，这里只需点击“参与”按钮进行尝试，或点击“导入”将其上传到您的帐户以用作实验的基础：
  4. 此外，还可以包含高级功能，如我们的基于网络摄像头的眼动追踪，以添加额外的生理数据层，除了反应时间。

认知功能和过程

通过心理旋转实验揭示了几个认知功能和过程，包括：

  • 智力
  • 组织
  • 推理
  • 空间认知
  • 视觉感知

在匹配两个相同图像时，心理旋转测试涉及以下认知过程：

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

这些过程一起使参与者能够成功完成心理旋转任务（Kaltner, S., & Jansen, P., 2014）。

心理旋转实验测量的认知过程，包括3d思维。

心理旋转测试的测量和数据

  • **准确性/错误率：**在整个任务中执行的总体准确性或错误。
  • **角度差异：**指刺激与参照刺激之间的特定角度。
  • **非决策时间：**超出决策外，其他过程所用的时间，如刺激编码和运动响应的执行。
  • **漂移率：**积累信息所需的时间。
  • **边界分离：**两个单独反应之间的距离。当准确性优先于速度时，这个值会更宽，旋转角度增加时也是如此。
  • **反应时间：**选择反应所需的时间。
  • **注视时间/固定点：**如果使用眼动追踪，则相关指标如注视时间和固定点也可以报告，以理解参与者的视觉处理策略。在心理旋转任务中使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），通过将错误答案中的平均固定点数量除以正确答案中的数量计算得出（Suzuki et al., 2018）。

可能需要考虑的混杂因素

在实验设计和数据分析阶段，应考虑某些混杂因素，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1200万参与者的元综合研究的支持，研究结果显示，对于心理旋转测试，男性在心理文献中显示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：**与上述观点相关的另一项研究发现，在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调节，尤其是在任务要求较高时（Arrighi, L., & Hausmann, M. , 2022）。
  • **利手性：**虽然不如性别混杂因素显著，但利手性在心理旋转表现中也起着作用。研究表明，右撇子比左撇子更快。当呈现的图像与主手相对应时，利手性在促进方面也起作用（Jones et al., 2021）。

MRT得分的用途

由于研究目标可能有所不同，以下是从心理旋转测试中获得的得分的最常用用途：

  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. **组内认知的比较：**量化和比较两个组（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可以作为量化与空间认知处理相关的特定变化的测量工具。

心理旋转测试的变体

心理旋转任务通常使用经典的立方体或2D形状，但在研究中出现了一些值得一提的变体：

  • **不同的视觉刺激：**除了立方体，心理旋转实验中也常见展示和旋转其他类型的视觉刺激，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：**在心理旋转的计时研究（cMRT）中，呈现两个刺激（而不是4个），它们的角度差异不同。参与者必须迅速决定两张呈现的图像是否相同。（Titze, C., Heil, M., & Jansen, P., 2008）

心理实验中的心理旋转示例。

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 yet 能揭示很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。

发展心理学与教育心理学

  • 空间能力的发展： 在发展心理学实验中，使用心理旋转任务来理解空间认知技能如何随年龄演变。一个例子是比较三岁、四岁和五岁儿童在心理旋转任务中的表现，并显示三岁儿童可以开始在偶然水平以上执行此任务（Krüger, M., 2018）。
  • 心理旋转提升数学表现： 另一项研究表明，针对六岁和七岁儿童的为期一周的在线心理旋转空间训练干预对经典算术问题的转移效果。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更佳，这可能归因于对可视化能力的提升和/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： 某些自闭症亚组被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，在这些测试中，该组的表现更快。认知优势尤其体现在高复杂度的三维形状上，而不是简单或二维刺激。目前的研究趋势正在探索此类表现的神经相关性，发现具有这种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）： 开发了扩散模型，使用漂移速率、非决策时间和边界分离等值来更好地理解ADHD参与者在心理旋转测试等任务中的认知。这些实验表明，ADHD参与者在心理旋转实验中的表现差是由于证据积累率较慢及边界分离调整的相对不灵活（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，常常对阅读障碍患者进行。根据功能协同缺陷（FCD）模型，阅读障碍患者在呈现字形材料时无法判断字母是否被镜像，因为无法抑制对称性，因此无法判断字母是否被镜像，因为字形和音素表示之间存在模糊映射。因此，由于任务的性质，涉及镜像和旋转的心理旋转是可以对阅读障碍患者实施的相关测试。与对照组/正常读者相比，阅读障碍儿童展示出更大的心理旋转效应，反应时间更慢。（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下降。最近的努力已将心理旋转任务作为早发帕金森病的认知生物标志物工具，而没有轻微认知缺陷的证据（Razzaque et al., 2024）。
  • 阿尔茨海默病： 与健康老年人相比，阿尔茨海默病患者在心理旋转任务中表现出更长的反应时间和更低的准确性。研究人员还表明，心理旋转任务结合眼动追踪可用作筛查阿尔茨海默病或轻度认知障碍（MCI）患者的工具（Suzuki et al., 2018）。

在临床心理学中使用MRT并不限于上述领域。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

  • 一般人群研究： 心理旋转任务已在许多以认知心理学为核心的不同类型的研究中使用。这些实验在健康的神经典型参与者中进行，以理解空间认知能力。Labvanced进行的一项研究利用心理旋转任务（与其他任务结合）评估空间能力对时间表现的影响。研究结果显示，较高的空间能力和时间学习导致更好的记忆（Otenen, E., & Kanero, J., 2022）。
  • 手语： 一个引人注目的主题，因为语言和认知动态重叠，心理旋转任务在手语研究的背景中展开。一项研究表明，手语用户与心理旋转能力之间存在正相关关系（Kubicek, E., & Quandt, L.C., 2020）。

进行您的心理旋转实验，并在线向参与者实施3D心理旋转测试.

体育心理学

近年来，体育和运动研究领域越来越多地使用心理旋转任务，并得出了许多引人注目的结论，因为运动协调有可能影响表现。

  • 使用新颖MRT任务的篮球运动员： 在一项最新研究中，新手和专家篮球运动员接受了一项新颖的心理旋转测试。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3D立方体作为刺激。结果显示性别和专业知识的影响。男性参与者解决了更多的项目，并且更专业的运动员表现更佳。这项研究为支持特定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具有很强的立足点，被心理学家广泛应用于各个领域。心理旋转任务可以在线或面对面实施，通常用于评估空间认知。心理旋转任务有许多变体，但大多数实验使用3D或2D立方体刺激。

参考文献

  1. Arrighi, L., & Hausmann, M. (2022). 空间焦虑和自信调节性别在心理旋转中的差异。学习与记忆, 29(9), 312-320.

  2. Cheung, C. N., Sung, J. Y., & Lourenco, S. F. (2020). 心理旋转训练是否可以转移到数学能力的提高？评估家庭视觉空间干预的效果。心理研究, 84(7), 2000-2017.

  3. Collins, D. W., & Kimura, D. (1997). 在二维心理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). 关于ADHD的空间认知的新视角：心理旋转的扩散模型分解。国际神经心理学学会期刊, 27(5), 472-483.

  5. Jones, H. G., Braithwaite, F. A., Edwards, L. M., Causby, R. S., Conson, M., & Stanton, T. R. (2021). 手性对手部心理旋转的影响：系统评价和荟萃分析。心理研究, 85, 2829-2881.

  6. Kaltner, S., & Jansen, P. (2014). 心理旋转与发展性阅读障碍儿童的运动表现。发展性残障研究, 35(3), 741-754.

  7. Kubicek, E., & Quandt, L. C. (2021). 手语理解与心理旋转能力之间的正相关关系。聋人研究与聋人教育杂志, 26(1), 1-12.

  8. Krüger, M. (2018). 三岁儿童在心理旋转任务中的表现超过偶然水平，但反应时间与角度差异的问题没有线性关系。心理学前沿, 9, 328248.

  9. Otenen, E., & Kanero, J. (2022). 定位过去和未来：空间能力对时间表现的影响。在认知科学学会年会论文集（第44卷，第44期）。

  10. Razzaque. J., et al. (2024). 通过fMRI解决帕金森病（P8-3.018）心理旋转任务（MRT）缺陷的病理生理学——定义基准。神经学（第102卷，第17期）。

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

  12. Suzuki, A., Shinozaki, J., Yazawa, S., Ueki, Y., Matsukawa, N., Shimohama, S., & Nagamine, T. (2018). 建立一种新的阿尔茨海默病和轻度认知障碍筛查系统，该系统使用评估视觉空间功能的心理旋转任务。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心理旋转过程的神经相关性差异。神经影像：临床, 36, 103221.

  14. Titze, C., Heil, M., & Jansen, P. (2008). 心理旋转测试中性别差异不是由于任务复杂性。个体差异杂志, 29(3), 130-133.

  15. Vandenberg, S. G., & Kuse, A. R. (1978). 心理旋转，三维空间可视化的团体测试。知觉与运动技能, 47(2), 599-604.

  16. Weigelt, M., & Memmert, D. (2021). 专业篮球运动员的心理旋转能力：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). 使用元合成评估性别相似性和差异。美国心理学家, 70(1), 10.