在Labvanced中在线执行心理旋转任务的图像.

心理旋转任务

心理旋转测试是认知心理学领域中一项强大的任务，用于研究空间处理。继续阅读以了解有关2D和3D心理旋转任务的详细信息、其历史、如何进行（包括在线设置）、它能揭示的强大研究发现，以及利用该任务的实验示例！

心理旋转任务的历史

心理旋转测试可以追溯到20世纪70年代，当时它被开发用来研究个人的心理旋转物体的能力。1971年，Roger Shepard和Jacqueline Metzler是最早客观研究心理旋转的一批人，呈现了几组3D、立方体或不对称排列的物体，并随之测量参与者判断成对物体是否匹配时的反应时间（Shepard, R. N., & Metzler, J., 1971）。1978年，Steven G. Vandenberg和Allan R. Kuse根据1971年Shepard和Metzler的心理旋转任务，正式化了心理旋转测试，通过围绕垂直轴旋转呈现不同方向的3D物体。这是一个20题的测试，参与者必须比较四个图形，并选择出与标准图形匹配的两个选择（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？其实很简单！

心理旋转实验的一般概述如下：

  1. 向参与者呈现标准/目标物体
  2. 参与者必须决定从呈现的四个选项中，哪两个选项与标准/目标物体匹配

2D 旋转

在一些版本的心理旋转实验中，测试2D形状旋转：

在Labvanced中在线进行2D心理旋转任务中使用的刺激示例.

进行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：

  1. 在线进行测试（用于远程研究），URL研究链接可以轻松共享给参与者，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他们的设计编辑器，并无需编码即可设置实验。在Labvanced中查看心理旋转测试，只需单击“参与”按钮尝试，或“导入”以将其上传到您的帐户，作为您实验的基础：
  4. 此外，还可以加入我们的基于网络摄像头的眼动追踪等高级功能，以增加生理数据层，与反应时间结合使用。

认知功能和过程

心理旋转实验揭示了几种认知功能和过程，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，心理旋转测试包含以下认知过程：

  1. 感知预处理
  2. 刺激的识别/区分
  3. 刺激空间方向的识别
  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：**在整个任务中的整体准确性或错误。
  • **角度差异：**指刺激与参考刺激之间的特定角度。
  • **非决策时间：**其他过程所需的时间，超出决策过程，例如刺激编码和运动反应的执行。
  • **漂移率：**累积信息所需的时间。
  • **边界分离：**两个独立反应之间的距离。当准确性优先于速度，或旋转角度增加时，该值会变得更宽。
  • **反应时间：**选择反应所需的时间。
  • **注视持续时间/固定注视：**如果使用眼动追踪，那么相关指标如注视持续时间和固定注视也可以作为理解参与者视觉处理策略的手段进行报告。在心理旋转任务中报告使用眼动追踪数据的结果的一个示例包括运行计数比率（RC比率），其通过将不正确答案的平均注视数除以正确答案的平均注视数来计算（Suzuki et al., 2018）。

可能的干扰因素

在实验设计和数据分析阶段，应考虑某些干扰因素，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，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认知性别差异（Zell, E., Krizan, Z., & Teeter, S. R., 2015）。
  • **空间焦虑/自信心：**与上面的观点相关，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，特别是在任务要求较高时（Arrighi, L., & Hausmann, M., 2022）。
  • **右撇子与左撇子：**虽然不如性别干扰因素显著，但习惯也在心理旋转表现中发挥作用。研究表明，右撇子比左撇子更快。此外，当呈现的图像符合主导手时，习惯对促成作用也起到作用（Jones et al., 2021）。

MRT分数用途

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：

  1. **描述参与者的空间技能：**量化空间技能和推理的某一方面。
  2. **比较组内认知：**量化并比较两组之间与MRT相关的认知过程，例如阅读障碍参与者与对照组之间的比较。
  3. **治疗效果：**其中主要关注治疗和干预的效应，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。

心理旋转测试的变体

心理旋转任务通常采用经典的立方体或2D形状进行，然而在研究中出现了一些值得提及的变体：

  • **不同的视觉刺激：**在心理旋转实验中，除了立方体之外，还常见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中（cMRT），呈现两个刺激（而不是4个），具有角度差异。参与者必须迅速判断呈现的两幅图像是否相同。（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研究中非常流行，因为它们易于实施，同时揭示了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。

发展与教育心理学

  • **空间能力的发展：**在发展心理学实验中实施心理旋转任务，以了解空间认知技能如何随着年龄的发展而演变。一个相关的例子是研究比较了3岁、4岁和5岁儿童在心理旋转任务上的表现，并表明3岁儿童可以开始在超过偶然水平的情况下执行此任务（Krüger, M., 2018）。
  • **心理旋转改善数学表现：**另一项研究展示了对6岁和7岁儿童进行为期1周的在线心理旋转空间训练干预如何转移到经典算术问题中。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，这可能与提高的可视化能力和/或增加的视觉空间工作记忆容量有关（Cheung, C.N., Sung, J.Y., & Lourenco, S.F., 2019）。

临床心理学

  • **自闭症：**发现某一自闭症亚群体具有增强的视觉空间能力。这一发现通过认知测试得到了支持，包括心理旋转任务，在这些任务中，该小组的表现更快。认知优势尤其在高复杂度的3D形状中定义，而不是简单或2D刺激。当前的研究趋势正在探索这种表现的神经相关性，并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）。
  • **注意缺陷多动障碍（ADHD）：**已开发扩散模型，使用漂移率、非决策时间和边界分离等值，以更好地理解ADHD参与者在诸如心理旋转测试中的认知。这些实验显示ADHD参与者在心理旋转实验中的表现差劲，原因在于证据积累的速度慢以及边界分离调整的相对僵化（Feldman, J. S., & Huang-Pollock, C., 2021）。
  • **阅读障碍：**通常会对阅读障碍患者实施心理旋转测试，包括2D旋转和2D形状旋转。根据功能协调缺陷（FCD）模型，阅读障碍患者在呈现图形材料时无法决定字母是否镜像，因而无法决定字母是否镜像，因为字母与音素表征之间的映射模糊。因此，由于任务的性质，与镜像和旋转相关的心理旋转是可以施加于阅读障碍患者的相关测试。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，因为他们的反应时间较慢。（Kaltner, S., & Jansen, P., 2014）。
  • **帕金森病：**帕金森病是一种神经退行性疾病，运动和认知技能在疾病进程中下降。这些患者在心理旋转任务上的表现有所下降。最近的努力已开始利用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且准确性更低，与健康的老年成年人相比。研究人员还表明，心理旋转任务结合眼动追踪可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心理旋转任务不仅限于上述情况。它已被用于研究各类临床人群的空间能力，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：**心理旋转任务已被应用在许多以认知心理学为核心的不同类型的研究中。这些实验在健康的神经典型参与者中进行，以了解空间认知能力。其中一项在Labvanced进行的研究使用了心理旋转任务（结合其他任务），以评估空间能力对时间表征的影响。研究结果表明，更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：**手语领域是一个引人入胜的主题，因为语言和认知动态重叠，心理旋转任务在此背景下的研究。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）。

使用Labvanced进行您的心理旋转实验，并在线向参与者管理3D心理旋转测试。

体育心理学

在过去的几年中，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。

  • **使用新型心理旋转测试的篮球运动员：**在一项最新研究中，初学者和专家篮球运动员均被施加了一种新型的心理旋转测试。与经典的3D立方体作为刺激物不同，参与者看到的是六种不同的篮球战术，这些战术被旋转或镜像。结果显示存在性别效应和专业水平效应。男性参与者解决的题目更多，表现更好的则是更专业的运动员。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有着广泛的应用，被各领域的心理学家使用。心理旋转任务可以在线或面对面施行，通常用于评估空间认知。心理旋转任务有多种变体，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). 空间焦虑和自信心在心理旋转中的性别差异的中介作用。学习与记忆, 29(9), 312-320。

  2. Cheung, C. N., Sung, J. Y., & Lourenco, S. F. (2020). 心理旋转训练是否转移到数学能力的提高？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). 两维心理旋转任务中的性别差异。行为神经科学, 111(4), 845。

  4. Feldman, J. S., & Huang-Pollock, C. (2021). ADHD中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). 手性对手的心理旋转的影响：一项系统评审及荟萃分析。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。发展性残疾研究, 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性。聋人研究与教育期刊, 26(1), 1-12。

  8. Krüger, M. (2018). 三岁儿童在心理旋转任务中表现优于偶然水平，但反应时间与角度差异之间没有线性关系。心理学前沿, 9, 328248。

  9. Otenen, E., & Kanero, J. (2022). 过去与未来的定位：空间能力对时间表征的影响。认知科学学会年会论文集（第44卷，第44号）。

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

  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). 通过心理旋转任务建立轻度认知障碍和阿尔茨海默病的新筛查系统，以评估视觉空间功能。阿尔茨海默病期刊, 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背后的差异神经相关性。神经影像：临床, 36, 103221。

  14. Titze, C., Heil, M., & Jansen, P. (2008). 心理旋转测试中的性别差异不是由于任务复杂性造成的。个人差异期刊, 29(3), 130-133。

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

  16. Weigelt, M., & Memmert, D. (2021). 专业篮球运动员的心理旋转能力：识别赛场战术。运动与体育研究季刊, 92(1), 137-145。

  17. Zell, E., Krizan, Z., & Teeter, S. R. (2015). 使用元综合评估性别相似性与差异。美国心理学家, 70(1), 10。