S—R相容性：概念、分类、理论假设及应用〔1〕〔2〕，本文主要内容关键词为：相容性论文,概念论文,理论论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
综述
1 引言
刺激—反应相容性（stimulus—response compatibility）的研究源于第二次世界大战美国空军对显示屏的研究，而真正使S—R相容性成为心理学研究的主题之一的是Fitts等的研究。[1]他们首先系统地研究了空间刺激和动作反应的相容性问题，结果发现：当刺激的空间位置与动作反应的空间模式相一致时，可获得最佳的反应结果，即反应时最短，错误率最低。Fitts引用了Small在1951年提出的概念，将S—R相容性定义为：当一定的刺激和反应匹配会产生较好较快的结果时，这样的S—R匹配就具有了相容性。
随后，心理学家对S—R相容性进行了大量的研究。最初这类研究主要集中在人机系统的设计中，使信号的显示与动作控制器的空间安排达到一致性或相近性，以利于人的操作活动，从而提高整个系统的效率。于是，人们通常把S—R相容性归于工程心理学或人机工效学的研究范畴。
随着认知心理学的发展，心理学家开始更加注意对S—R相容性机制的研究。Wickens提出了“刺激中枢加工相容性”（stimulus—centralprocessing compatibilitv）的概念。他认为存在言语和空间两类不同性质任务的工作记忆，用言语记忆进行加工的过程更相容于听觉刺激或言语反应；而用空间记忆进行加工的过程则相容于空间刺激或空间反应，在大量实验结果的基础上提出了S—C—R 相容性模型：当刺激排列（stimulus alphabet.S），短时记忆中枢加工编码过程（the centralprocessing coding of short—term memory.C）和反应排列（responses alphabet，R）相匹配时，人的信息加工效率最高。 Wickens的这一模型只是对S—R相容性扩充的一个方面， 其他类似模型多以人为一个信息加工系统为出发点，把S—R相容性作为该系统与外界信息相互作用必然存在的过程，试图用一个共同的机制来解释许多不同情景下不同设置所具有的相容性。
对S—R相容性的理论研究，主要集中在S—R相容性的概念含义、产生机制的理论假设和S—R相容性的分类方面。在实践应用中，特别是人机系统的设计中，相容性问题始终是系统设计要遵循的重要原则之一。
2 S—R相容性的概念与分类
2.1 空间上的一致产生相容
早期的研究集中于知觉刺激一输出过程中的相容性。大部分实验采用灯光刺激的组合与运动反应位置的组合相匹配，如Fitts 就要求被试根据一定的光信号迅速地移动操纵杆。Grant 则要求被试对灯光刺激进行按键反应，有时则采用听觉信号作为刺激。这些研究都表明：随着刺激与反应在空间物理位置上的一致性、相似性、接近性的增加，S—R相容性效应也增加，如对来自左边的刺激进行向左移动操纵杆的反应要快于向右移动操纵杆的反应，这一类相容性是由物理维度上的一致性产生的。
2.2 概念上的一致产生相容
Allusi[2]将一致性从物理维度推广到概念维度， 即当一个多维刺激中概念这一维度与相应多维反应中概念维度相一致时，同样可以产生S—R相容效应。Grant测量了三种不同S—R匹配的反应时， 实验的刺激都为水平排列的10个灯光，反应为对水平排列于刺激灯光下的10个键进行选择反应。三种S—R匹配关系分别为：直接对应，反向直接对应，随机对应。实验结果表明：直接对应的S—R匹配具有最优的成绩，但反向对应的S—R匹配结果却出人意料地优于随机对应。这说明S—R匹配中同一维度的编码起到了相容的作用。
Wallace 把上述概念的相容解释为对空间方位进行言语编码的相容，在他的实验中，刺激为呈现于某一固定点的左右、前后的灯光，让被试以交叉手或非交叉手进行选择反应，结果也证明维度上的一致也产生了S—R的相容。Allusi等[2]也发现被试对阿拉伯数字进行口头命名反应的成绩优于对该刺激进行按键反应的成绩，因为在前者中刺激编码、反应编码和输出都直接采用了言语这一形式，因而它们是相容的。
2.3 Simmon效应
从以上的论述可以说明至少存在着两类S—R相容性，即空间物理的S—R相容性和语义概念上的S—R相容性。根据Simmon等[3]的研究， 提出另一类S—R相容性，即Simmmon效应——人们往往忽略刺激信息的含义，而朝向刺激源作自然反应。
由偶然的实验结果，他发现当与任务不相关的刺激的直接线索（如刺激源的方位）与任务要求相一致时，会促进被试迅速作出反应。实验中被试根据耳机的指令“左”、“右”、迅速地用左右手按下固定于左右位置的反应键，指令语随机出现于左右耳。本实验设计为了证实有利手进行反应的优势效应，但结果中却出现了接收耳与指令语的交互作用，当“左”出现于左耳时，被试的反应明显快于同样的指令语出现于右耳。显然，被试接收指令的耳是与反应要求无关的一个刺激维度，却影响了反应的速度。随后，Simmon等人[3]进一步研究了这个现象， 认为人类的反应机制中存在着一种对刺激源进行自动反应的基本倾向，类似低等生物对刺激源的直接反应。当刺激源与反应相一致时，即刺激与反应也具有了相容性，虽然此时相容的维度与反应并不相关。Simmon等人证明这种相容不受预备状态的影响，不受刺激的空间排列（水平或竖直）以及练习因素的影响，不受刺激——反应模式（听—动、视—动）的影响。当反应是朝向（towards）刺激源时， 被试的反应快于远离（away）刺激源。
2.4 群体模版的相容性
Allusi等[2]进一步扩展了S—R相容性的内涵。他认为当一系列可辨别的刺激与某些反应的搭配，可以获得较稳定的正确率，并且保持一定的反应速度时，这些刺激与反应的搭配就具有了相容性。他认为最大的相容性可以从以下两种情况获得：一是当刺激与反应在概念上的匹配，如感觉通道的匹配（听觉刺激—言语反应、视觉刺激—动作反应等），刺激、反应编码维度上的一致（空间编码、言语编码等）。二是当刺激与反应的组合非常符合某一人群由于社会文化、风俗习惯等因素而形成的反应模式时，也可以获得最大的相容性。如Lutz等设计了一系列的刺激组合，让被试自由选择相应的反应模式，发现大多数人对同一种刺激有共同的反应模式，这在不同的国家则有不同的模式，在美国接通电源就是把电闸向上移，而在英国则是向下为接通，这类现象被称为群体模版（population stereotypes）。
这类相容发生于长时记忆参与的中枢加工阶段。对正常人而言，长时记忆保存了以前进入个人认知加工系统的所有信息，因而提取的频率、熟悉的程度、以往的经验都是形成模版的重要因素。当刺激——反应的组合与个人或群体的某一模版一致时，中枢的加工过程得到简化、反应的速度加快，表现出相容性的效应。
3 S—R相容性的理论假设
3.1 注意假设
注意假设首先由Simmon等人[3]提出， 他们认为人有一种朝向刺激源的自然反应倾向， 与朝向反应相区别而将这种倾向称为模版（stereotype）。发现刺激时，人自动朝向刺激方向作出反应，当刺激位置与反应位置相匹配时，这种倾向与刺激包含的意义相符，因此缩短了反应时；相反，当刺激位置与反应位置不一致时，人必须先抑制不符合要求的这种倾向，然后才做出正确的反应，因此反应时相对延长。这种假设的核心就在于刺激源本身吸引了人的注意，诱发朝向刺激源自动反应的倾向。Heilman等人提出用注意假设解释空间S—R相容性，他们认为边界刺激会造成注意分配的不对称性，大脑的每一半球不仅负责接受相反视野的刺激以及控制对侧身体的动作，而且还控制人对相反视野的注意，在这一假设中，注意不仅参与对输入刺激的选择和加工，也参与了对动作反应的选择和准备，当刺激的加工和反应准备在同侧半脑进行时，分配于这一侧半脑活动的注意就相对多一些，反应的输出就快些。
3.2 编码假设
Wallace 认为产生相容性效应的关键因素在于对刺激位置的编码和反应位置的编码的对应性。当人接受一个刺激后，将它编码为一系列空间坐标，并与反应的空间坐标相比较，如果刺激和反应有着相同的空间编码方式，反应就会快些。Fitts等[1]在提出S—R组合在空间排列的一致性、相似性就是相容性，他们认为由于这种一致性、相似性有助于操作者对刺激进行反应的信息传递和加工，因而减少了加工的时间和错误，这类假设就称为编码假说（coding hypothesis）。
3.3 对两种假设的研究与综合
Nicoletti等人设计了一个实验，用于验证两种假设， 实验中两个刺激呈现于被试身体中线为轴的同一侧，两个反应键也安排在身体的同一侧，被试选择两个反应键中的一个进行按键反应，刺激和反应却位于身体的同一侧，对刺激和反应的编码都以生理位置为标准，任何S—R的组合都不会发生空间位置在半脑加工的冲突。根据注意假设，不会出现相容性效应，相反，根据编码假设，在刺激与反应键位置仍有对应关系，会出现相容效应。实验结果表明出现相容性效应，证实了编码假设。
当然，仅仅用这一实验并不以推翻注意假设，注意假设注重刺激本身，而编码假设则注重反应。Verfaellie等人认为注意的作用不仅是朝向刺激作准备，也可以是对反应输出作准备，从而将上述两个假设结合起来。他认为刺激与反应之间的匹配不是影响相容性的一个充分因素，而注意既影响了对刺激的指向，也影响了反应的输出。当刺激和反应的加工集中于某一半球，因而增加了该半球的注意，加快反应的输出。在这类注意假设中，刺激和反应仍以相同的左右进行编码，因而注意机制和编码机制共同起了作用。通常我们可使注意指向完成任务所需的刺激，减少对刺激的未知，而忽略了注意对反应的作用。但在相容性反应中不应忽略这种作用，将手放在一个特殊的位置（如反应键上），注意自然而然就指向了这个位置，这一准备活动不仅激活了运动神经，也激活了对动作位置的空间表征。大脑对空间的编码在加工早期以人的生理中线为标准，后期则依靠对外界的知觉，对反应输出的准备是以反应位置的空间编码为主的。这与对刺激的注意相似，因此即使刺激位置与任务无关，它仍是影响反应时的一个因素，Verfaellie正是用信息加工全过程中注意的作用，把S—R相容性的注意假设和编码假设结合了起来。
4 工程心理学中对S—R相容性的研究和应用
4.1 S—R相容性的定义
Fitts等[1]对S—R相容性的最初定义，是从空间匹配关系入手的。空间相容性是S—R相容的最普通形式。然而对工程心理学家而言，相容性问题更多产生于刺激—反应的概念上的匹配（mapping）。对S—R相容性的操作性定义可分为两类：一类是实验者设计自变量的S—R组合，即直接定义：另一类是以人的操作效果来定义，即间接定义。一般认为前一种定义形式，可避免重复定义的问题，由于对S—R产生机制未形成一般的结论，因而只能以人的反应结果从理论上来定义S—R相容性，而操作性定义也采用了这一方法，就会造成重复定义。
对S—R相容性的直接定义又产生另一个问题，如何客观的测量S—R相容性呢？因此当人们的主要任务是设计一个较好的或较满意的人一机系统时，间接的定义就更合适，因而工程心理学仍以人的作业效果、系统输出的成绩来定义S—R相容性，如把相容性定义为刺激与反应之间在空间上和运动上的关系与人们对这种关系的预测的一致性。[2]
4.2 S—R相容性的测量
对S—R相容性的测量最常肜的方法是主观评定，让人们从几种S—R的匹配组合中，选择他们认为是最合适最可行的，也就是最相容的。这种方法的结果会带来群体模版的影响。即由于文化、社会习惯的影响，大多数人具有的相同的反应倾问。另一种方法是安排实验，记录下不同刺激反应匹配条件下的反应时和错误率，选择反应最快、错误率最小的为相容性最好的，这两种方法都存在对相容性不直接定义所产生的循环定义问题。
Morin等提出一个直接测量S—R相容性的方法，用10个水平排列的灯光为刺激，10个水平排列的反应键，都从左到右顺序编号为1—10， 用Tau系数（Kendall's tau：一种非参数相关系数）先转换S—R相容性，例如Tau＝+1.0表示1号灯用1号键控制，2号灯用2号键控制……； Tau＝－1.0表示1号灯用10号键，2号灯用9号键等等，记录了不同Tau值的S—R匹配的平均反应时，结果发现反应时与Tau系数成倒U形，反应时最短的是Tau＝±1.0这两种条件，这一结果反映了人们一般理解的S—R相容性概念，而且避免了重复定义，但这个方法的使用范围很有限，仅仅适用于刺激位置和反应位置都为水平方向排列，其他更多的排列就不会采用这种方法，如刺激位置为圆形排列。
要直接测量S—R相容性是很困难的，特别是当S—R相容性的范围变大，不同的测量方法将产生不同的结果。如Morin 等在设计上述实验方法时，也要求被试再现出S—R组合，经过三次反应阶段，被试却全部正确再现S—R组合，尽管不同的S—R组合产生不同的反应时，但无法用再现成绩区别出相容性的大小。
4.3 系统设计的一个重要原则
自Fitts提出S—R相容性概念以来，这一原则已成为人一机系统设计中公认的重要原则。作为人一机系统重要组成部分的人，对系统的主要贡献就在于人的操作，操作的正确、速度却影响了系统对刺激的接收和反应的实施，因而在工程心理学中，对S—R相容性的应用主要集中在显示器和控制器的相容（display—control compatibility），即显示器和控制器在空间、运动、概念上的关系与人们对这种关系的预测的一致性，主要取决于刺激—反应的内在特点，以及人们的习惯走势，并以后者作为设计的主要依据。通过大量的研究总结出一系列用于人机系统设计的原则，如标尺边原则（scale—side principle）， 瓦里克原则（Warrick's principle）。
5 结束语
近年来，对S—R相容性的研究一直在进行中，提出了更多的假设，如Heister等人[4]提出了空间刺激—反应相容性的等级模型、 Simmon[3]的反应选择缓冲器模型，有人将相容性分为S—S相容、R—R相容等，也有人用典型因素编码来解释S—R相容性，但在理论上没有更大的突破。然而S—R相容性不再是工程心理学家所独有的研究专题，逐步成为认知心理学家、劳动心理学家、发展心理学家等各分支研究者所密切关注的领域，在应用方面，从仪表到航天飞机，都非常重视S—R相容性原则。随着科学的发展、各学科的交叉渗透、各种方法的借鉴及新设备的投入使用，对S—R相容性的研究和应用将有更大的发展。
注释：
〔1〕国家自然科学基金和国家攀登计划资助项目
〔2〕与此文有关的交流请与刘艳芳(100012
北京德胜门外北沙滩中国科学院心理研究所)联系