text: 心理物理定律
  心理物理定律（Psychophysical Law） 关于物理连续体上的变量和相应的感官反应之间的函数关系及其数量化的描述。这些定律的目的是解释感官系统的活动和预测感觉行为。心理物理定律描述的现象主要有两类，一是对刺激探察力或阈限的测量，二是对阈限刺激分辨能力的测量。
  阈上感觉
  概述
  和阈限测量一样，阈上感觉的测量也取决于行为反应。心理物理学理论的目的是试图解释刺激变量和有关反应（通过相应的感觉道的中介）间的关系。这些理论的基础是三个独立而相关的维度或连续体：（1）物理（刺激）连续体；（2）假设的主观或感觉连续作；（3）判断或行为反应连续体。经典的“感觉”概念指的是第二个连续体。但是必须指出，“感觉”其实不是一个心理存在，而是一个假设的结构，是一个根据刺激范围加以操作定义，并与反应范围相关的函数。我们假定每个向被试呈现的刺激都能产生一个辨别过程或中介连续体上的表象。心理物理学理论直接指向假设连续体上出现的事物，因此能够解释作为中介的感觉（行为）反应。基于假设连续体和判断反应连续体之间存在一个正线性相关的假定，获得的行为反应可以作为假设连续体的相关变量的测量。
  差别阈限
  差别阈限测量的是观察者对刺激间阈上差异的辨别能力。1834年，E.H.韦伯在《论触觉》中报告感觉辨别是相对的，即能引起感觉变化的刺激强度升高或降低的量（ΔΦ）是原始刺激（Φ）的强度的固定比率。用数学公式表示就是ΔΦ=KΦ，其中K是一个相应的常量。这个公式叫作韦伯定律，它被当作是对所有感觉道刺激辨别的一般说明，并得到了许多实验的证明。但是，韦伯率在很低的刺激水平时就不稳定了，它的值要依赖于实验的情境，在高刺激强度时也不成立。同样，很多感觉道实验说明ΔΦ是Φ加上一个常量的比率，而不是单单一个Φ。
  经典的心理物理量表
  1860年，G.T.费希纳在《心理物理学纲要》中介绍了几种心理物理法，他声称通过这几种方法能够确定作为刺激量函数的感觉量。从韦伯定律和其他几个假设出发，费希纳用“最小可觉差”（j.n.d.）构筑了一个基本的对数定律ψ=Klog(Φ/b)，其中ψ代表心理量，Φ代表刺激的物理值，b是绝对阈限的刺激量，K是一个相应的常量。 费希纳定律说明，当刺激强度呈几何级数上升时，感觉量以算术级数递增；这样，相等的刺激率产生相等的感觉阈限。
  一个多世纪以来，费希纳定律受到了很多批评。这些非议主要围绕三个方面的问题：（1）感觉不是数量化的，所以不能测量；（2）韦伯定律是一个近似的定律，它不是在所有刺激范围内都成立的；（3）主观上，所有的最小可觉差不是都相等的。结果产生了大量费希纳定律的修正公式，这里只阐述其中的几个。
  在视觉明度辨别的心理物理学研究中，感觉量（ψ）与刺激强度的关系由H.V.赫尔姆霍茨于1866年在《视觉心理物理手册》中提出：其中a,b,k都是常量。这个二次函数说明在高刺激强度，感觉量会接近渐近线的上限。但是，它与某些实验情境尤其是与灼伤的实验数据不符。1922年，A.皮奥特在《论温度》中提出对温度的感觉量和味觉都是刺激强度的幂函数。1931年，E.津纳提出感觉是刺激强度正切的幂用数。1932年，J.P.吉尔福特在《心理定律的兴起》中说：刺激大小和感觉反应间存在指数函数关系，指数不是一个常量；幂函数以前也有人提出过，如J.A.F.普拉蒂厄在1872年，F.布伦塔诺在1874年的《经验主义心理学》中。通过对费希纳公式进行积分，同时假定韦伯率（ΔΦ/Φ）是一个常态分布，R.A.胡斯顿（1932）提出了一个心理物理定律，它是经典的Φ～r函数的积分，科索在1967年的《感觉行为的实验心理学》中对此作了描述。
  心理物理量表的修订
  如果假定费希纳定律是正确的，那么二分法所得变异刺激的强度应该等于两个终端刺激的几何平均数。但是许多研究结果发现中间那个值更接近于算术平均数而不是几何平均数。因此，费希纳通过刺激辨别的间接方式测量感觉反应的结果，并没有得到相等感觉距离的直接测量证明。假如观察者能够有效地判断两个感觉的间距是否相等，那么直接测量程序产生的是感觉量的等距量表和感觉间距的比率量表。
  1930年，L.F.理查森和J.S.罗斯用直接的数量估计法测量了反应，这种方法要求观察者为感觉到的强度指派数字。S.S.史蒂文斯在1956年把这种方法命名为数量估计法，并在1960年用了各种直接的量表法后，指出对几乎所有的感觉道和刺激维度，感觉大小（ψ）是刺激强度（Φ）的指数函数：ψ=K（Φ） ，其中n是一个特定刺激连续体的经验值，K是一个决定量表单位的任意常量。这个函数已用于30多个感觉维度，包括亮度、视野、咖啡味觉、甜觉、温觉、触觉、持续时间、重量觉、触觉、电击、手掌握力等等，指数范围从明度的 0.33到电击的 3.5。由于幂指数的值取决于特定的实验条件，所以没有哪个心理物理函数适用于所有的感觉维度。另一方面，幂定律作为一个心理物理定律不适用于非量化的感觉属性。
  有时候，一个给定的心理物理函数在log-log 坐标系中会偏离幂定律所应显示的直线型态，当刺激值低时，呈现一个下凹的曲线。为此，史蒂文斯（1961）建议物理量表上的零点不应取物理量的零，而应取绝对阈限（Φ）。这样，经过修正的幂定律就变成了 ，可以适用于更广的实验情境。
  在很多情况下，如果尽求Φ。的取值能够满足线性函数的需要，那么它就难以接近绝对阈限的值，因此，1963年科索在他的《阈限概念的理论与历史回顾》中批评了这种对幂定律一味进行修正的做法，认为Φ。的确切值应与特定的经验操作相联系。1971年，科索重新考察了有关量表的文献，把幂定律表述为 ，其中A是特定实验条件下的适应水平，它的计算方法来源于H 赫尔森的《适应水平理论》（1964）。此外，还有一些人也提出了幂定律的修正公式，如G.埃克曼提出的公式是 。不同感觉道的交叉匹配法为幂定律的内在一致性提供了经验证明。如果两个不同感觉道的量表都遵循幂函数，它们的匹配函数也将是个幂函数，指数等于两个原始函数指数之比。不同感觉道交叉匹配法的结果为幂定律提供了有力的证明。
  心理物理量表的比较
  心理物理量来的制作方法有两种：一是直接的方法，即在实验者设置的量表值和观察者的判断值之间存在直接的对应关系，如数量估计法：二是间接的方法，即量表值和观察值之间没有—一对应关系，如分类估计法。如果把这两种方法分别用于同一组数据，我们可以预期将会得到两个线性相关的量表，在它们构成的直角坐标系中，会产生一条直线。但是，事实上在实验过程中我们极难获得这种理想的相关关系，在分类量表（间接的方法）和比例量表（直接的方法）构成的坐标系中，绘出的通常都是一条向下的凹型曲线，位置介于对数函数和幂函数之间。这一结果表明判断变量随刺激值在测验连续体上由低到高变化而不断增值。未能得到线性结果的另一个可能的原因是，两种制作方法的反应范围或其他因素不同，影响了观察者的适应水平。
  心理物理定律的解释
  用二分法制作感觉等距量表时，研究者向观察者呈现两个大小不同的刺激，要求观察者对与前两个刺激同在一个刺激连续体上的第三个刺激进行调节，直至第三个刺激在感觉上与前两个刺激的距离相等。观察者调整刺激的值取决于两个标准刺激呈现的方向、顺序。如果际准刺激按从大到小的顺序呈现，二分法结果的值将大于标准刺激按从小到大的顺序呈现测得的值。科索（1971）把这种滞后现象归因于观察者的反应倾向或适应水平。
  既然量表值受各种非感觉因素（如刺激顺序、刺激范围、反应范围、标准刺激的值等）的影响，所以对物理量表及由此而来的心理物理定律的解释就难免不太准确。严格地说，心理物理定律与感觉大小并不是一回事，它所涉及的是刺激和相应的判断反应间的关系，并从中推测出感觉大小来。
  “转换”函数
  有些研究者相信心理物理量表反映了感觉神经活动的某些特定方面，他们把心理物理函数看作是一种“转换”函数，它说明了感觉机制如何把刺激能量变成神经活动。但是，S.S.史蒂文斯在查阅了有关的研究文献后发现，虽然有些生理反应符合幂函数，但它们的指数常常不等于从心理物理实验中得到的幂函数指数。从理论的角度来看，“转换”函数的比喻只会把事惜弄得更复杂，因为这样一来，心理物理定律涉及的就不止是三个连续体，而是四个：（1）物理刺激；（2）生理反应，（3）感觉反应；（4）判断反应。如果第三个连续体是不重要的，那么心理物理定律就不用保留主观大小这个潜在的参考框架。
  非线性
  不论心理物理理论涉及的连续体究责是三个还是四个，任何两个邻近的连续体之间总是存在一个非线性的心理物理量表（遵循对数定律或幂定律）。一些有限的研究结果表明，刺激在感受器发生了指数转换，感觉信息传向大脑的途中发生的是线性转换。不管怎样，即便神经系统中不存在一个刺激按幂定律转换的水平，感觉系统作为一个整体仍然遵循幂定律。
  另一种可能的情形是，非线性不是边缘感觉系统的功能，而是在大脑中枢的信息加工过程中呈现出来的。因此，感觉量表实验中的判断反应会受到以前学习经验、刺激、反应方式、实验程序等因素的影响。1964年，R.R.布什及其同事提出心理物理行为应该被看成是学习过程的最终产物。由此看来，对心理物理定律，可以超出感觉道的特定参数来考虑，使之具有更广泛的意人。
  韦伯定律
  韦伯定律是由德国著名的生理学家与心理学家E.H. 韦伯发现，韦伯-费希纳定律是表明心理量和物理量之间关系的定律。即感觉的差别阈限随原来刺激量的变化而变化，而且表现为一定的规律性，用公式来表示，就是△Φ/Φ=C，其中Φ为原刺激量，△Φ为此时的差别阈限，C为常数，又称为韦柏率。
  E.H. 韦伯,德国生理学家和心理学家。1795年6月24日生于维腾贝格,1878年1月26日卒于莱比锡。1815年在莱比锡大学获博士学位并留校工作，1818年任解剖学和生理学助理教授，1821年任教授。直至1871年才退出教学工作。
  韦伯的主要研究在生理学方面，包括循环系统、耳、眼、肝脏，特别是皮肤方面。1834年，他用拉丁文写了《触觉论》，详细报道了皮肤的压觉、触觉、温觉、冷觉、位置觉以及肌觉、痛觉、关节觉等。著名的韦伯定律（见心理物理定律）即发表于此。1846年为R.瓦格纳编的《生理学词典》写了著名的《触觉与一般感觉》一文。
  韦伯对心理学有两大贡献：一是他最早系统地用实验证明了阈限的概念，他利用类似圆规的仪器刺激被试的皮肤，逐渐增大圆规角度，直到被试说出他感到的刺激是两点而不是一点时为止，这就是两点阈。但他用外周神经纤维簇的“感觉圈”概念加以解释，此说已无多大意义。二是他提出的韦伯定律。他首先发现重量的最小可觉差，两重物之间的最小可觉差与标准刺激之比为一常数；后来推广到研究皮肤上的两点阈限及线的长短，其公式为K=△I/I。式中I为强度；△为强度刺激增加量；△I为差别阈限；K为小于1的常数,称为韦伯比例。实验证明韦伯比例仅运用于中等强度的刺激。韦伯在心理学史上的重大作用在于他是发现感觉对于外在刺激物是有相互依存性的第一人，心理物理学便是由此而建立的。
  韦伯发现同一刺激差别量必须达到一定比例，才能引起差别感觉。这一比例是个常数，用公式表示：ΔI(差别阈限)/I(标准刺激强度)=k(常数/韦伯分数)，这就是韦伯定律。 为了描述连续意义上心理量与物理量的关系，德国物理学家费希纳(1801－1887)在韦伯研究的基础上，于1860年提出了一个假定：把最小可觉差（连续的差别阈限）作为感觉量的单位，即每增加一个差别阈限，心理量增加一个单位，这样可推导出如下公式：S = k lg I + C（S为感觉量、K为常数、I为物理量，C是积分常数）……通式： S = k lg I。其含义是感觉量与物理量的对数值成正比。也就是说感觉量的增加落后于物理量的增加，物理量成几何级数增长，心理量成算术级数增长，这个经验公式被称为费希纳定律或韦伯-费希纳定律。适用于中等强度的刺激。
  阈限测量
  如果一个光刺激呈现的时间很短，它要被觉察到必须具有很高的强度水平；但随着呈现的持续时间的延长，所需的强度水平会很快下降。这个呈现时间（t）和所需强度（I）间的反比例关系证明了时间累积现象的存在，用公式来表示为It=常数，这就是布洛克定律。这个定律适用于刺激持续时间在0.1秒以下的视觉绝对阈限，0.1秒称为刺激的临界持续时间，超过这个值，虽然时间累积现象依旧存在，但反比例关系就不再成立了。当刺激持续时间超过大0.5秒时，阈限处所需的刺激强度就与时间无关了，这时，而洛克定律应该写成△I=常数。由于视网膜对光能的时间累积受临界时间的限制，因此视刺激阈限的值取决于光能的总量（It）。朋森和罗斯科对反比例定律加以修订，使之适用于所有的光化学反应，修订后的公式称为朋森-罗斯科定律。
  1911年，A.布隆代尔和J.雷伊提出一个表示视觉阈限量（It）与刺激呈现时间（t）的函数关系的线性公式It=a+bt，其中a和b是两个常量。这个公式说明达到阈限所需的光能等于一个常量a加上一个随时间增加的量（bt）。1920年，H.皮龙在《感觉：其作用、过程和机制》中指出，It并不严格是时间的线性函数，而是在开始的阶段呈抛物线型，超过时间的临界值后，才趋于线性。皮龙定律表述为IT=at ，其中n是时间的分数幂指数，对视锥细胞和视杆细胞取不同的值。
  在特定的条件下，眼睛还显示有网膜区域的空间能量累积。根据里科定律，IA=K，说明刺激面积和强度的乘积达到定值，就在中央凹产生一个特定的视觉效累。至于作用于边缘网膜的刺激，若视角在2°一7°范围之内，则遵循派博定律I =K。
  1976年，J．F.科索及其同事报告，在一定时间限制下，阈限随刺激呈现时间的延长而下降，但在阈限处的关系却不像It=C那么简单。1951年，J.C.利克利德假定（I一I。）t=C，其中I。是输入刺激（I）的一部分，代表在加工中被转移出来未结合的部分。
  1959年，F.米斯科尔克齐—福多尔提出把给定的值代入公式，改变的量值即可计算获得。
  反比例定律涉及的临界持续时间在其他感觉道也可以看到。味觉的临界时间随特定的味刺激而变化，甜刺激大约需2秒；咸刺激3秒；苦和酸刺激都是3.5秒。至于嗅觉，刺激作用时间超过5秒，时间才不再成为决定阈限大小的重要因素。对于热刺激，作用时间短于10秒都表现有时间累积；由气流吹到前额产生的冷反应在1.5秒以内都遵循反比例定律。总之，对所有的感觉道，均匀、连续的刺激，在感觉阈限处都表现有刺激强度和呈现时间吴反比例关系的时间累积现象。