4.4 影响反应时间的因素

我们会把反应时间（Reaction Time，RT）分为简单反应时间和选择反应时间。简单反应时间指的是当给出一个简单刺激时人的反应时间。在我们的生活中，这种情况一般是很少存在的，它更多发生在实验室，也是我们研究反应时间的一个最基础的步骤。

实验室研究证明，人对声音刺激的简单反应时间是30～50ms，而对视觉刺激的反应时间是130～170ms［31］。所以，不同的模态，RT是不同的。考虑到声音的传播不受方位限制，来自不同方位的声音刺激人的反应速度都是相同的，而视觉刺激与刺激产生的方位密切相关，必须在人的视野中才可能接收到，因此，在现实世界中，警报常常采用声音来告警。

RT不仅与刺激的模态有关，还与刺激的强度相关，刺激越强，反应速度越快［32］，如图4-8所示。

图4-8 反应时间与刺激强度的关系

注：本图从参考文献［9］中的图9.1演化而来。

由此可见，对RT的第一个影响因素是产生刺激的模态，第二个影响因素是刺激强度，第三个影响因素则是暂时的不确定性：受试者不清楚下一个必要的刺激会在什么时间发生。两个刺激信号之间的时间间隔叫作刺激间隔（Warning Interval，WI）。如果这个WI是一个恒定值，比如0.5s，那么受试者就可以预测下一个刺激发生的时间，这样，RT甚至可以缩短到0s。但如果这个WI是变化的、不确定的，那么RT就会延长。研究表明，在WI不确定的情况下，如果平均WI的时间相对短，则RT要长；如果平均WI相对比较长，则RT会相对短些［32］。如果WI过短，会造成受试者没有足够的准备时间，这个特点在交通设计上有很好的应用。在绿灯变红灯前有一个黄灯的过渡过程，就是给了驾驶员一个充分的心理准备时间。所以黄灯闪亮的时间不宜太短，更不能取消，当然也不宜过长。第四个影响因素是人的期待。正如前面的案例，当WI相对比较长时，人们就在期待下一个刺激的产生，这也就是为什么RT会短的原因。

上面讲的是简单RT，前面说过，这种状态一般只在实验室里发生，现实世界常常是多个刺激同时发生，而人们需要有选择地对多个刺激中的某个刺激产生反应，这样就有了选择反应时间。关于选择反应时间，有一个希克-海曼定律（Hick-Hyman Law）。在认知心理学领域，可以把发现的某项规律称为定律的只有几个，而希克-海曼定律就是其中之一，它是两位科学家希克（Hick）［33］和海曼（Hyman）［34］同时发现的。他们指出，人对信号的反应时间有可能随着出现信号刺激数目的增加而呈增长趋势。例如在选择反应时间测定中，若可能出现的刺激数目少，RT就短；反之，则RT增长。希克和海曼用实验证明，人对信号刺激的反应时间与刺激的平均信息量（log₂N）之间呈线性关系，其中N是可供选择的数目，希克-海曼定律可以用下面的公式来描述：

选择反应时间=a+blog₂N

由公式可见，选择反应时间和可选择的数目成正比，但同时，选择反应时间与人的期望值有很大关系。比如，我们习惯在一个特定的地方看见某信号时就开车右转弯，因此，每当这个信号出现时，驾驶员的右转弯速度会很快。但如果因为右边修路，给出的信号是让驾驶员左转弯，他的反应时间会慢些。

反应速度的快慢与反应行动的准确性存在反向关系，一般来讲，反应速度越快，可能反应行动的准确性就会越差，这种速度-准确度-操作特征（Speed-Accuracy Operating Characteristic，SAOC）可以用图4-9表述［35］。

图4-9 反应时间和准确度之间的关系

图4-9显示了一个很有意思的问题，那就是我们要求的反应准确度达到什么水平是最有价值的水平？如果在任何时候都一味地要求100%准确度，那就意味着人的反应时间需要延长很多，这样操作效率就会下降。为了提高操作效率，就需要牺牲一定的准确度。然而对于具体的操作，这个最佳值究竟如何设置，会因操作的性质而定，也就是依据该操作对错误的承受率而定。

有很多因素会影响反应速度，比如，重复刺激可以加快反应速度；反应操作需要两只手分别完成，也会比只需一只手就能应付两个刺激要快。当然，训练也能加快反应速度。还有两个重要因素，一个是刺激和反应模态相匹配（Stimulus-response Compatibility），关于这一点将在多模态交互中详细论述；另一个因素是空间布局的相互匹配，关于这一点最好的案例就是汽车车门上对车窗的控制键排列，如图4-10所示，乘用车驾驶员左侧门上的四个键分别控制车上的四个车窗，其排列的空间布局与车窗的空间布局相对应。

有时候会出现这样的问题：有一系列的刺激，一个接一个出现，要求对每个都需要作出反应，这时就会出现心理不应期（Psychological Refractory Period，PRP），比如两个刺激之间的时间间隔（Interstimulus Interval，ISI）小于1/4s，受试者对第二个刺激的反应就会延迟［9］。PRP的存在证明了信息处理过程单一通道理论（Single-channel theory）。图4-11展示了这一理论：S₁是第一个刺激，S₂是第二个刺激，对第一个刺激的反应R₁的反应时间是RT₁，对第二个刺激的反应R₂的反应时间是RT₂，RT₂相比如果没有S₁情况下的反应时间要长，这个长出的时间（等待时间）就是PRP。

图4-10 空间布局的匹配性

图4-11 信息处理过程单一通道理论