心理旋转：Shepard的经典实验
Shepard 2011-12-15
心理旋转：Shepard的经典实验一、概述
心理旋转的研究于70年代初由Shepard及其同事共同进行。 实验所用材料如右图所示，分为三种情况，A为平面对，B为立体对，C为镜象对。实验验要求当被试判断所看到的一对图体经过旋转以后能否重合，纪录被试的正确反应时。
实验结果如下图所示。 从实验结果可以看出：
1.无论是平面对还是立体对，被试的反时及其发展趋势相同。
2.两对图形的方位差越大，信息加工的时间越长。
3.方位差每增加53度，反应时就增加1秒。
由此可见，心理旋转这种心理过程是存在的，旋转的速度为每秒53度。
心理旋转实验的结论见P216：共三点。
二、字符旋转实验
字符旋转实验结果
1.R字符旋转实验
Cooper和Shepard（1973）以字符为刺激材料对心理旋转进行进一步的研究，实验结果如图所示。根据实验结果，他们认为，当样本旋转角度小于180度时，表象旋转是沿逆时针方向的；而当样本旋转的角度大于180度时，表象旋转则是沿顺时针方向的。
2.心理旋转的验证
1984年，Cooper和Shepard又以多边形为实验材料，进行了同样设计的实验。结果发现，无论是否具有前行信息，被试都会进行心理旋转这种操作然后再进行正反位、匹配等反应。它表明了心理旋转的心理真实性。
三、心理旋转的连续性
从延缓呈现的第二个刺激开始计量的平均反应时
旋转时间较少变化的被试，（B）旋转时间较多变化的被试
心理旋转还要解决的一个问题是旋转的过程是连续的还是跳跃的？
Metzler（1973）对该问题进行了实验研究。他根据以前的研究成果，采用延缓呈现刺激材料的方法进行实验。延缓时间的确定根据每秒53度的实验结果进行。实验结果如右图。
实验表明，无论是平面对还是立体对，被试的判别反应时基本恒定，并随两个刺激材料方位差的增长而有所增长。表明心理旋转是连续进行的。
四、心理旋转研究的理论概括
1、表象的实质是就是一种类比表征，表象与外部客体有着同构的关系。
2、同构是指内部表征的机能与外部客体的结构联系是相似的，如心理旋转与客体的物理旋转。Shepard等称这各同构为“二级同构”。
3、表象与外部客体的同构关系尤如锁与钥匙的关系，虽然实体不同，但在机能上却存在着一一对应的关系。
4、表象是记忆表征，但信息来自知觉，表象与知觉在机能上等价。
5、心理旋转是表象理论的重要组成部分，心理旋转的实验研究有力地说明了表象是一种独立的心理过程。
Shepard和他的同事们在内的一些研究者，将旋转角度与反应时之间的关系，扩展到了其它刺激材料上。如Cooper和Shepard曾经向被试呈现上些非对称性的字母如"R"。他们系统变化这些字母的倾斜角度，变化范围为0－360度，变化间距为60度。这意味着有6种不同的倾斜角度，即顺时针方向分别倾斜0 度（360度）、60度、120度、180度、240度和300度。此外，旋转为正常角度的刺激，可以是正的，也可以是反的。被试的任务是做"正"或"反"的判断。Cooper和Shepard发现，当倾斜角度从0度向180度变化时，被试判断的潜伏期也相应地增长。这说明，当倾斜角度从180度向360度变化时，被试判断的潜伏期并不相应地增长，而是相应地缩短。这说明，当倾斜角度从180 O向360度变化时，被试的心理旋转不是逆时针方向进行，而是顺时针方向进行。因此，倾斜角度为300度的刺激，同倾斜240度的刺激相比，作出正确判断的潜伏期要短，而不是长。
这样，Cooper和Shepard的实验再次有力地证明，心理上的旋转，在性质上类似于实际物体的物理旋转，因而为表象以模拟码形式存储，提供了进一步的证据。
Georgopoulos和他的同事们使用猴子运动皮层的单细胞记录技术，发现了猴子心理旋转的一些生理学方面的证据。们训练每个猴子按垂直的、逆时针的方向将一个把柄移动到作为参照点的目标灯光处。这意味着，无论目标灯光出现在什么地方，猴子都应该以目标灯光为参照点，垂直地、逆时针地旋转把柄。研究者记录了猴子旋转把柄期间的皮层活动。后来，把柄并不出现，但目标灯光同样出现在各个位置，猴子皮层的活动仍然被研究者记录下来。实验结果显示，同移动把柄相比，当把柄并不出现时，反应的皮层细胞相同。这一方面证实了猴子的心理旋转，另一方面则说明，心理上的旋转与实际的旋转把柄，有着相同的神经生理机制。
心理表象与知觉之间的相似性，也得到了神经主理学方面的证据的支持。曾经收集了一些证据。这些证据表明，视觉表象牵连大脑皮层中负责视觉加工的区域。所综述的研究，使用了多种神经科学的研究技术。例如，一些研究者研究了视觉皮层损伤的个体。在这些病人中，许多病人不能产生表象。