反应持续时间：一种灵活、免费的心理科学工具

导读

简单按键的反应持续时间是一种容易获得但未被充分利用的测量指标。虽然反应时间在实验心理学家和认知建模者开发的工具箱中占据主导地位，但任何关于标准按键反应的研究也允许测量从反应开始到反应结束等持续时间。此外，反应时间和持续时间是完全独立的，所以反应持续时间很有可能是揭示认知加工过程独特视角的一种手段。本研究展示了最近的观察结果和相应的理论框架，以强调这一不起眼的测量指标值得比迄今为止更多的关注。考虑到一般的实验设置不需要额外的成本，因而建议所有研究人员考虑将反应持续时间指标添加到他们的实验工具箱中。

引言

反应时间是实验心理学的主要内容。它们提供了一种研究大脑内部活动的精巧方法，但评估起来却非常简单；它所需要的只是测量刺激出现和明显反应开始之间的时间。

当前反应时间的卓越表现源于将这种测量方法与心理过程的一般原则联系起来的经典实验，包括与智力、人格和非典型心理功能的假设关系。重要的是，这一传统假设反应时间涉及不同的处理阶段(例如感知和分类刺激信息)，选择适当的行动，以及启动运动反应。然而，反应时间的一个主要缺点是具有高瞬时变异性。因此，随着计算机技术的出现，反应时间被坚定地确立为一项首选的测量指标，这使研究人员能够快速、轻松地收集每个参与者的多种观察结果。然后，该数据库允许研究人员对相同条件的多次重复进行平均，并将复杂的证据积累计算模型与观察到的数据相匹配。

心理学和神经科学领域中的典型建模工作通过关注达到决策阈值所需的时间来利用反应时间。信息处理框架也是如此，例如人类认知的感觉运动阶段模型，它涵盖了运动开始前的过程，但不包括任何后续的加工过程。因此，这些理论传统默认认为运动执行只是认知加工的附属物，并假设行动执行的后期与心理理论没有特别的关系。因此，实际的运动控制被称为“心理学的灰姑娘”，以反映这种被忽视的状态。

许多认知方法对运动执行的忽视与一系列不高度依赖反应时间测量的领域形成了鲜明的对比。事实上，一些实验设置显然需要研究运动是如何实现的，例如伸手、抓握或指向动作；鼠标光标的移动和在触摸屏上的滑动；以及日常生活中的移动数据。心理语言学研究中的音节持续时间测量和眼动追踪研究中的停留时间测量同样如此。

这些测量指标中的大多数都能获得明显的信息，因为它们能够捕捉到微调和协调运动的难度，比如运动时间，或从视觉输入中提取信息所需的时间(视觉停留时间)。对于目前的论点至关重要的是，即使是简单的、预先编程的动作(例如，按键或点击)，也比单一的反应时间测量提供了更多的信息。

与上述动作执行过程密切相关的测量指标是反应持续时间的测量，即反应开始(按键)和反应结束(按键释放)之间的时间。然而，在评估动作执行的所有可能方法中，该测量方法到目前为止在社区中受到的关注特别少(这对我们来说也是如此，我们经常对更广泛的运动进行类似的变量评估，而对常见按键反应的反应持续时间视而不见)。这种情况或许更令人惊讶，因为在心理科学和其他领域的无数研究中，反应持续时间是任何按键反应的重要组成部分。

尽管几十年来反应持续时间一直隐藏在众目睽睽之下，但我们有充分的理由假设该测量指标具有强大的潜力：(a)假设它提供了无法从反应时间测量中提取的独特信息，以及(b)倘若这些信息有助于推进人类认知和行为理论。本文将在下一节中讨论这两点。

希望大，风险小

反应持续时间是否是一种独特的信息来源，尤其是与简单按键反应的其他方面相比？下面的例子说明了这一点。

评估反应持续时间是否提供了反应时间数据之外的信息的首要方法是在个体参与者试次中计算这两种测量指标的相关性。图1显示了从最近一项研究的公开数据中计算出的相关性示例。在这项研究中，参与者根据刺激-反应映射规则，通过按电脑键盘上的左键或右键来对字母刺激做出反应。该研究包括视觉噪声干扰和一个较短的反应期限，旨在引发错误以研究错误反应。暂且不考虑本研究的最初目的，首先只关注正确的反应，这在反应时间的研究中是比较常见的做法(本研究将在本节后面讨论错误反应对反应持续时间的影响)。计算给定试次中反应时间和反应持续时间之间的个体相关性，然后对这些相关性进行平均，并不能揭示任何系统性关系(此数据集中的r=-.007)。当参与者之间的平均反应时间和平均反应持续时间相关(r=.104)时，亦是如此。因此，这两个指标似乎非常独立，重叠不超过1%。

图1.示例数据集中反应持续时间(RD)与反应时间(RT)的关系(可在https://osf.io/3at7x/上公开获取)。在这项研究中，参与者通过左右按键对目标字母进行分类，图中显示的是正确分类反应的数据。小提琴图(a)显示了每个参与者(点)的RT和RD的跨试次相关性。分布以相关系数0为中心，表明两种测量指标之间不存在系统的线性关系。图形评估(b)衡量了RT和RD之间潜在的非线性关系。该图显示了所有参与者的汇总数据，阴影越深表示相对频率越高(等密度轮廓)，这里再次显示这两种测量指标是彼此独立的。

当使用时间序列分析来评估这些测量指标在多个反应中的演变时，相关的观察涉及反应时间和反应持续时间的隐藏统计特性。在这里，关于人类反应时间的研究表明，这种衡量方法遵循复杂、自组织系统的一般规律。如果将反应时间的整体可变性分为性能水平相对缓慢的波动(即，长时间的整体性能更好或更差)和快速的瞬时波动时，这一点就很明显了。相对于快速波动，复杂的自组织系统通常表现出缓慢波动的强烈贡献，并且这种模式也可靠地出现在反应时间上。有趣的是，反应持续时间也存在相同类型的波动，但这两个变量的波动是相互独立的。也就是说，实验操作——例如，可预测和不可预测的刺激，包括或不包括即将到来的刺激的预览——对反应时间和反应持续时间的波动有独立的影响，这表明两种测量指标都携带不同的信息。

观察到反应持续时间独立于反应时间，这表明这种测量指标可能确实是对心理科学家经验工具包的一个有价值的补充。但只有当它为认知过程提供了相关的见解时，它才是有用的。到目前为止，有越来越多的证据支持这一说法。

对动作失误的研究是分析反应持续时间附加值的最新例子。该研究领域通常使用神经生理学技术来评估何时、如何检测到错误，以及对这些事件是如何进行加工的。从这些发现中得出了几个理论模型，假设在犯错误后大约需要十分之一秒才能检测到动作失误。然而，最近的研究结果表明，错误反应的持续时间通常比这个时间尺度短，而正确行动的反应持续时间则要长得多。此外，这种模式不能用其他错误反应推论来解释。这些发现表明，反应的开始和结束可能与不同的认知过程有关。在这种情况下，反应持续时间捕获了对错误反应的早期行为适应，这表明错误行为在一个非常短的时间范围内被取消，而这之前是指与检测错误行为有关，而不是取消错误行为。因此，反应持续时间的发现对当前的错误加工模型提出了挑战，因此可能有助于完善认知和行为的理论方法。

鉴于反应持续时间是任何反应的必然结果，反应持续时间的特别之处在于该测量不涉及任何额外的成本。也就是说，虽然之前关于额外行为测量的建议都是指向扩展设置的说法，但反应时间几乎可以在任何用于收集反应时间的设置中轻松测量，而且不需要额外的实验设备。

实施的简便性也将反应持续时间与按键反应的其他属性(例如力分布)区分开来。反应力作为一种巧妙的测量方法，在早期的实验心理学中已有强调，因为力可以被视为人体的一种基本输出量。因此，反应力被用作有关认知加工的独特信息来源，特别有望作为决策信心的隐性衡量标准。虽然测量反应力需要专用的记录设备和复杂的分析程序，但可以很容易地评估反应持续时间，从而挖掘相关信息。

然而，充分利用一种测量指标不仅需要技术手段来评估它，还需要对该测量指标实际捕获的内容有扎实的理论理解。本文将在下一节中讨论这一点。

解释反应时间和反应持续时间

许多心理学家发现从反应时间实验中解释数据是很直观的。通常采取这种测量来反映一系列组成过程，例如感知和分类感知事件、选择适当的行动过程以及发起身体运动(图2)。然而，这一看似直观的测量指标其实是建立在学者们长期努力理解其潜在心理过程的基础上的。例如，大约200年前，许多科学家仍然相信基本的心理功能，例如感知视觉对象，不需要很长的时间。只有持续的、系统的实验才能通过确定反应时间与准备公开反应的一系列心理过程相关来改变这种误解。

图2.影响反应时间和反应持续时间的心理过程。感知、动作选择、监控和运动优化的过程可能分别包含与实验设置相对应的不同组成部分。至关重要的是，这两种测量都可用于研究任何至少影响所列成分之一的变量。例如，如果可以假设确定性(相对于不确定性)会影响监测需求，那么在评估反应持续时间时将很容易观察到这种影响。最后，可以预期反应持续时间对即将到来的要求敏感，例如动作序列中的后续动作。

目前尚未建立类似的反应持续时间数据库。尽管在20世纪初，许多实验心理学家仔细研究了反应时间数据，但那个时代的常见教科书要么根本不讨论按键或按键释放反应的执行，要么将其视为不值得深入讨论的“后期(after-period)”。一个特例是早期的工作将反应持续时间讨论为“恢复时间”或“重启时间”。目前的建议确实呼应了这些开创性的观察结果，因为这些研究人员已经提出使用反应持续时间来捕获对反应的持续加工，同时也观察到此持续时间与反应时间无关。由于技术原因，人们对反应持续时间的兴趣也迅速上升，因为人因工程师注意到，在操作机械打字机时，按键持续时间是至关重要的。在机械打字机被精密的计算机技术所取代后，应用心理学和人为因素不再系统地研究按键持续时间。无论如何，该领域强调反应持续时间是任何按键反应的组成部分，这可能反映了监控当前行为的认知机制的持续时间。

人类运动控制理论提供了几个概念来完善监测的概念。对于从经济学角度分析控制身体运动所涉及的认知努力和代谢成本的模型来说尤其如此。在这个观点中，监测必须适应两个相反的目标。首先，一个动作必须以足够的力度执行足够长的时间，以记录预期的动作是否按计划展开。另一方面，动作的力量和持续时间应保持在最低限度，以避免过度的新陈代谢投入。最近的一些观察结果与这种观点一致。一个相应的例子是，按键或手指按压动作能够触发可靠的听觉反馈，与没有听觉反馈的表面相似动作相比，其力度较小，持续时间较短。反馈信号的可靠性降低，反过来又会增加反应力和持续时间。这些观察结果与参与者使用额外的与身体无关的反馈来优化运动的观点是一致的，也就是说，将平衡转向更少的运动努力。

综上所述，这些研究表明，反应持续时间反映了监测努力，以确定运动是否按预期展开，同时最大限度地减少代谢能量投入。这种观点认为反应持续时间特别适合于研究性能的在线调整。然而，下面概述了一些有趣的附加应用。

应用

充分理解反应时间和反应持续时间背后的加工可以进行有根据的推断，如图2所示。到目前为止讨论的新兴观点只是反应持续时间作为研究人类认知和行为的潜在应用的冰山一角。由于反应持续时间可以在任何测量反应时间的研究中进行评估，因此建议未来的研究人员在心理研究的不同领域寻找系统性效应。例如，已经观察到反应持续时间会受到即将到来的任务需求的影响，反应持续时间越短，智能体预计执行新动作的时间就越早。同样的工作也揭示了滞后效应，即反应持续时间受到前一个动作的影响。指导参与者产生特定持续时间的反应也被用于研究运动编程或刺激-反应相容性效应。然而，反应持续时间的一个特别典型的特性是，如果没有明确的指示，参与者通常很少注意他们行为的这一方面。因此，考虑到这些变量可能会影响监测需求，未来应将反应持续时间用作相关概念的内隐测量。

结论

任何研究人员都可以通过简单的按键反应轻松获得反应持续时间。常规地测量和分析反应如何产生的特性，为任何关于人类认知的研究提供了强有力的补充。记录和分析简单按键反应持续时间具有光明的应用前景，当然应该被视为对行动执行测量的其他补充来源，而不是替代，因为最大限度地进行多样化测量是在认知和行为方面取得令人兴奋的发现的关键。然而，每当研究人员选择进行一项涉及任何类型的按键反应的研究时，记录反应持续时间这一指标可能恰恰会产生这样的发现。

原文：Pfister, R., Neszmélyi, B., & Kunde, W. (2023). Response Durations: A Flexible, No-Cost Tool for Psychological Science. Current Directions in Psychological Science, 0(0). https://doi.org/10.1177/09637214221141692