張　婕　呂　勇

（天津師范大學(xué)心理與行為研究院，天津 30074）

計算機化心理學(xué)實驗中的時間精度問題——以E－Prime為例

張婕呂勇

（天津師范大學(xué)心理與行為研究院，天津 30074）

在計算機化心理學(xué)實驗中，獲得精確計時是關(guān)鍵問題。電腦硬件、操作系統(tǒng)及實驗程序等均可能導(dǎo)致計時誤差。本文以心理學(xué)研究中應(yīng)用較廣的E－Prime軟件為例，探討在心理學(xué)實驗中實現(xiàn)精確計時的原理和具體操作方法。實驗者可通過選擇合適的電腦硬件，設(shè)置恰當(dāng)?shù)挠布?shù)，根據(jù)具體的實驗要求設(shè)置程序的計時參數(shù)，優(yōu)化實驗程序，在高優(yōu)先級下運行程序，并測試和檢查計時數(shù)據(jù)等一系列措施，有效地提高實驗的時間精度，得到符合要求的精確數(shù)據(jù)。

計算機化心理學(xué)實驗；時間精度；E－Prime

1　概述

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，計算機化的心理學(xué)實驗已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于心理學(xué)研究的各個領(lǐng)域中。尤其是采用事件相關(guān)電位 （event－related potentials，ERP）、功能性磁共振（functional magnetic resonance image，fMRI）、腦磁圖（magnetoencephalograph，MEG）等技術(shù)的心理學(xué)實驗，更離不開計算機化的實驗設(shè)計。常用的基于Windows操作系統(tǒng)的心理學(xué)實驗軟件有：E－Prime、DMDX、DirectRT、Inquisit、Presentation、SuperLab、Stim等［1］。這些軟件可被用來控制刺激材料的呈現(xiàn)順序和持續(xù)時間，從而在被試身上引發(fā)所欲研究的心理活動。另外，此類軟件還被用來記錄被試的按鍵動作等，從而得到反應(yīng)時、正確率等行為指標。此類軟件通常宣稱，對呈現(xiàn)刺激材料的控制和被試反應(yīng)的記錄可以達到毫秒級的時間精度。

但是，在實際的實驗過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)一些與預(yù)期不符的時間誤差，從而導(dǎo)致實驗結(jié)果失真。有時研究者所要求的時間精度是他所使用的硬件設(shè)備所無法達到的，尤其是在刺激的呈現(xiàn)時間極短的情況下。

例如，有的研究者使用刷新率為120Hz的顯示器呈現(xiàn)20ms（2.4個刷新周期）的啟動刺激［2］，或呈現(xiàn)10ms（1.2個刷新周期）的閾下目標刺激［3］。這些研究中，由于刺激的呈現(xiàn)時間不是刷新周期的整數(shù)倍，所以不能實現(xiàn)研究者的要求。

此外，有些論文沒有報告屏幕刷新率這一重要參數(shù)，只報告了刺激的呈現(xiàn)時間。例如，呈現(xiàn)刺激12ms［4，5］或15ms［6］等。這些刺激的呈現(xiàn)時間只有在使用合適的刷新周期時才能實現(xiàn)。如，實現(xiàn)刺激呈現(xiàn)12ms時，刷新周期必須是12ms、6ms或4ms等。如果其他研究者希望再次驗證這些實驗的結(jié)果或使用相同的實驗范式進行深入研究，可能會因為顯示器的屏幕刷新率與原研究者使用的不同而無法實現(xiàn)。

另外，由于多任務(wù)計算機操作系統(tǒng)固有的特點，導(dǎo)致實驗程序運行時可能被“掛起”，隨機中斷數(shù)百毫秒，如果無法及時記錄下該延遲時間值，實驗數(shù)據(jù)中就會混入大得離譜的隨機時間誤差。

在實驗沒有按照設(shè)計要求進行的情況下，研究者收集到的數(shù)據(jù)就會缺乏可靠性，由此可能得出錯誤的研究結(jié)論。因此，研究者在具有高計時精度要求的實驗中要充分考慮實驗的軟硬件環(huán)境，并采取必要的措施，才能獲得可靠的數(shù)據(jù)。

E－Prime是美國卡耐基—梅隆大學(xué)和匹茲堡大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的一款計算機化心理學(xué)研究操作平臺。它是一種圖形界面應(yīng)用軟件，可在短時間內(nèi)生成復(fù)雜的心理學(xué)計算機化實驗程序［7］，從而使得對計算機編程不是很精通的心理學(xué)工作者也可以很快地將自己的研究設(shè)計付諸實施。目前，E－Prime在高校教學(xué)和心理學(xué)研究部門得到了廣泛采用，用它生成的計算機化實驗涉及了知覺、注意、記憶、高級認知、認知神經(jīng)科學(xué)、社會心理學(xué)和工程心理學(xué)等領(lǐng)域［8］。本文將簡要介紹計算機化實驗中可能出現(xiàn)的計時誤差的種類及其原因，并以E－Prime軟件為例，探討防止和消除這些誤差的方法。

2　計算機化實驗中出現(xiàn)時間誤差的原因

2.1刺激呈現(xiàn)時間是離散量且有最小值

電腦顯示器的刷新過程為：從屏幕左上角開始，水平地陸續(xù)點亮第一行內(nèi)的所有像素，然后下移到第二行，繼續(xù)水平地陸續(xù)點亮每個像素，這一過程逐行反復(fù)進行，直到屏幕底端。點亮整個屏幕所有像素需要的時間叫做 “刷新周期”，1秒鐘內(nèi)刷新周期的個數(shù)叫做屏幕“刷新率”。刷新周期的起始點叫做“垂直消隱事件”。電腦可以檢測到垂直消隱事件，用來同步電腦事件與屏幕顯示。目前，市場上的筆記本電腦常用的屏幕刷新率為60Hz，臺式機常用的刷新率為60Hz或72Hz。

顯示器固定的刷新周期會導(dǎo)致兩個結(jié)果：（1）用戶不能在任意時間呈現(xiàn)或去除圖像，只能在下一個刷新周期到來時才可以，即刺激的呈現(xiàn)時間不可能小于一個刷新周期，且一定是刷新周期的整數(shù)倍；（2）如果程序設(shè)置的刺激呈現(xiàn)時間小于一個刷新周期，不是所有刺激都能顯示出來，有的刺激還來不及顯示即被之后的圖像覆蓋，而呈現(xiàn)刺激的最短時間仍為一個刷新周期。如果研究者沒有考慮到上述兩點，而是按自己的意愿隨意設(shè)置刺激呈現(xiàn)時間，就可能導(dǎo)致時間誤差。

2.2操作系統(tǒng)中的顯示參數(shù)可能會被實驗程序改變

一些心理學(xué)實驗生成平臺允許用戶設(shè)定實驗所需的屏幕分辨率和色深等參數(shù)，并在實驗程序運行開始時強制改變操作系統(tǒng)顯示模式中的這些參數(shù)，如E-Prime和DMDX等軟件均具有此功能，這樣，實驗過程中的顯示參數(shù)就可能與操作系統(tǒng)中顯示的設(shè)定值不同，當(dāng)出現(xiàn)這種模式切換時，顯示器會被強制改變刷新率來適應(yīng)新的顯示參數(shù)。

個別情況下，研究者需要在實驗進行過程中強制改變顯卡、顯示器的參數(shù)設(shè)置（如分辨率和色深），當(dāng)顯卡的設(shè)置改變時，顯示器一般需要數(shù)百毫秒來適應(yīng)新的設(shè)置，引入較大的計時誤差，而且此時刷新率也隨之變化。

2.3某次刺激呈現(xiàn)時出現(xiàn)極端的延遲誤差

常見的計算機操作系統(tǒng)，如Windows、Linux等，都是復(fù)雜的多任務(wù)操作系統(tǒng)，其核心功能之一便是對并發(fā)執(zhí)行的任務(wù)進程按一定的策略進行調(diào)度［10］。操作系統(tǒng)需要一定的時間來執(zhí)行管理員權(quán)限的清理操作或虛擬內(nèi)存管理等，當(dāng)該情況發(fā)生時，會不經(jīng)提示地掛起實驗程序，從而造成極大的計時誤差。例如，大家也許都經(jīng)歷過，在使用微軟公司的Microsoft Office Word軟件進行文本處理時，會偶爾暫停一段時間，即大家常說的“卡住了”，過一小段時間又恢復(fù)正常。相同的情況在實驗中也會發(fā)生，這就造成了較大的計時誤差，而且，即使每次實驗程序運行在完全相同的環(huán)境下（軟硬件設(shè)置完全相同），此類誤差出現(xiàn)的時刻也是隨機分布的，事前無法預(yù)測。

2.4每次刺激呈現(xiàn)中普遍存在的延遲誤差

電腦從硬盤中讀取圖片數(shù)據(jù)，為顯示做準備（如在顯卡中進行運算），將圖片顯示在屏幕上，這一過程中的每一步都需要一段時間，加起來即為圖片的“啟動時間”。因此，第N幅圖片呈現(xiàn)的總時間=第N幅圖片設(shè)定的呈現(xiàn)時間+第N+1幅圖片的啟動時間（N≥1，且為整數(shù)，公式中未考慮其它誤差因素）。根據(jù)呈現(xiàn)內(nèi)容的數(shù)據(jù)量大小不同，以及計算機性能的不同，“啟動時間”從幾毫秒到數(shù)百毫秒不等。在同一臺電腦上運行一個完整的實驗程序，當(dāng)實驗程序中呈現(xiàn)的圖片材料數(shù)據(jù)量大小相近時，每幅圖片的實際呈現(xiàn)時間與預(yù)期呈現(xiàn)時間的偏離量相近，不會出現(xiàn)上一個問題中的極端異常值，但是正因如此，這類誤差不易被研究者察覺。

3　解決時間精度問題的方法和步驟

3.1對實驗所用的計算機進行測試并調(diào)整配置

硬件和軟件都會影響計算機化心理學(xué)實驗中對刺激呈現(xiàn)和記錄被試反應(yīng)的時間精度。就硬件而言，CPU、主板、內(nèi)存、顯示器等是影響計時精度的關(guān)鍵部件。當(dāng)然，軟件也非常重要。目前市場上常見的電腦大多可以達到毫秒級的計時精度，但研究者仍然需要周期性地測試自己的電腦，在每次改變軟硬件配置后也要進行測試，以保證實驗數(shù)據(jù)的可靠性和說服力。

E-Prime軟件的開發(fā)者在其網(wǎng)站（http：／／www. pstnet.com）上提供了針對電腦環(huán)境的測試程序，用戶下載RefreshClockTest.ZIP文件后，按照步驟說明，在E-Studio環(huán)境下運行RefeshClockTest.ES進行測試。測試結(jié)束后，即可得到關(guān)于電腦晶體時鐘和屏幕刷新周期的數(shù)據(jù)，以及對電腦性能的評價。具體操作，可參考E-Prime軟件的隨機幫助文件Users-Guide.pdf中的Appendix A：Timing Test Results。研究者可據(jù)此判斷電腦是否滿足實驗要求，并相應(yīng)地調(diào)整機器配置。

3.2結(jié)合實驗要求與刷新周期設(shè)置刺激的呈現(xiàn)時間

如前文所述，屏幕的刷新周期是限制刺激呈現(xiàn)時間的重要參數(shù)，因此在設(shè)置刺激的呈現(xiàn)時間時，必須將其考慮在內(nèi)，實驗完成后，也應(yīng)將其記錄在實驗報告中。

刺激的呈現(xiàn)過程可以想象為以下的一系列過程（其中不包括“啟動時間”等誤差因素）：（1）呈現(xiàn)第N個刺激（N≥1，且為整數(shù)）；（2）等待設(shè)定的呈現(xiàn)時間結(jié)束；（3）等待新的刷新周期出現(xiàn)的標志（垂直消隱信號）；（4）新的刷新周期到來時，呈現(xiàn)第N+1個刺激。

由于過程（3）的存在，即刷新周期的限制，實際的刺激呈現(xiàn)時間一定是刷新周期的整數(shù)倍，并始終大于或等于設(shè)定的呈現(xiàn)時間，“等于”是因為過程（2）恰好為刷新周期的整數(shù)倍，過程（3）的時間恰好為0。換言之，在過程（2）中，如果刺激已經(jīng)呈現(xiàn)了研究者想要的足夠長的時間，但這段時間不是刷新周期的整數(shù)倍，那么就要在過程（3）中再等待額外的一段時間，直到新的刷新周期的開始。因此，在設(shè)定呈現(xiàn)時間時，應(yīng)該將呈現(xiàn)時間設(shè)定得比想要的呈現(xiàn)時間最接近的整數(shù)倍的刷新周期少幾毫秒，對于大多數(shù)顯示器，減少10ms即可滿足需求且方便記憶。

例如，實驗設(shè)計要求的呈現(xiàn)時間為20ms，如果使用刷新周期為16.67ms（刷新率為60Hz）的屏幕，無法實現(xiàn)實驗要求，研究者只有兩種選擇：（1）呈現(xiàn)一個刷新周期，實際呈現(xiàn)時間為16.67ms，相對于20ms的誤差為16.65%。將呈現(xiàn)時間設(shè)定為7ms（16.67ms-10ms≈7ms，E-Prime軟件中只接受整數(shù)值設(shè)置），刺激呈現(xiàn)7ms后開始等待新的刷新周期出現(xiàn)的標志，等到16.67ms時新的刷新周期到來，開始呈現(xiàn)下一個刺激。（2）呈現(xiàn)兩個刷新周期，實際呈現(xiàn)時間為33.34ms，相對于20ms的誤差為66.67%。將呈現(xiàn)時間設(shè)定為23ms（16.67ms×2-10ms≈23ms），刺激呈現(xiàn)23ms后開始等待新的刷新周期出現(xiàn)的標志，等到33.34ms時新的刷新周期到來，開始呈現(xiàn)下一個刺激。

如果使用刷新周期為13.89ms（刷新率為72Hz）的屏幕，還是難以實現(xiàn)實驗要求，情況和60Hz的屏幕類似。

如果使用刷新周期為10ms（刷新率為100Hz）的屏幕，可以實現(xiàn)實驗要求，即呈現(xiàn)兩個刷新周期。此時設(shè)定的呈現(xiàn)時間應(yīng)大于一個刷新周期，小于兩個刷新周期，如15ms，即刺激呈現(xiàn)15ms后開始等待新的刷新周期出現(xiàn)的標志，等到20ms時新的刷新周期到來，開始呈現(xiàn)下一個刺激。

3.3考慮到連續(xù)呈現(xiàn)系列刺激中需要的“啟動時間”

連續(xù)呈現(xiàn)刺激時，除了需要等待下一個垂直消隱事件的發(fā)生，還需要一段“啟動時間”。明確這段時間并將其考慮在內(nèi)很重要。對下一個刺激的準備時間必須發(fā)生在當(dāng)前刺激呈現(xiàn)的過程中，來避免兩個刺激之間的時間延遲。

E-Prime為每一個呈現(xiàn)刺激的控件提供了Pre-Release的屬性，該屬性允許在當(dāng)前刺激終止前就開始為下一個刺激的呈現(xiàn)做準備，即允許將下一個刺激的準備時間與當(dāng)前刺激的呈現(xiàn)同時進行。需要注意的是，E-Prime中任何在下一個刺激實際呈現(xiàn)之前輸入的被試反應(yīng)都根據(jù)當(dāng)前刺激的設(shè)置被記錄下來，即反應(yīng)總是屬于由誘發(fā)反應(yīng)的刺激來記錄。

使用PreRelease功能時，E-Prime可以盡可能多、盡可能早地完成任務(wù)。在某些情況下，一旦一個控件完成它的關(guān)鍵動作，時間就可以分配給下一個控件。值為100～200ms的PreRelease時間對于大多數(shù)呈現(xiàn)序列來說足夠了，可根據(jù)實驗程序結(jié)束后獲得的數(shù)據(jù)文件，查看PreRelease時間是否合理。盡管PreRelease機制是一項高效實用的工具，但是研究者在使用它時，仍有幾點需要注意：

第一，如果為一個緊跟FeedbackDisplay的對象設(shè)置了PreRelease功能 （被試有一個做出反應(yīng)的窗口期），可能會呈現(xiàn)錯誤反饋。錯誤的出現(xiàn)是由于FeedbackDisplay會在前一個對象的PreRelease時間開始時讀取被試反應(yīng)數(shù)據(jù)。例如，假設(shè)呈現(xiàn)一個探測刺激，接受反應(yīng)的窗口時間為1000ms，設(shè)置PreRelease時間為100ms。FeedbackDisplay對象會在探測界面開始呈現(xiàn)的900ms后執(zhí)行操作，并準備顯示。此時，F(xiàn)eedbackDisplay對象會檢查這個時刻之前最后一次輸入的正確率和反應(yīng)時，并選擇顯示信息（如，“正確”“不正確”“無反應(yīng)”等）。假如被試恰巧在探測界面的起始點之后的901ms到1000ms之間做出反應(yīng)，F(xiàn)eedbackDisplay可能已經(jīng)在反應(yīng)被接收之前做好反饋的準備了。因此，可能反應(yīng)已經(jīng)被接收了，但是顯示給被試的反饋是“沒反應(yīng)”。這時需要注意，反應(yīng)數(shù)據(jù)確實被標記了時間、被計分，并在trial的結(jié)尾被正確記錄。由于FeedbackDisplay需要準備時間，呈現(xiàn)給被試的反饋可能是錯的。為了避免這種情況，建議將任何之后緊跟著FeedbackDisplay對象的控件的PreRelease設(shè)置為0ms。但是，一般而言，準備反饋所需的時間小于300ms，并且反饋一般不會作為關(guān)鍵計時事件出現(xiàn)。或者用戶可以調(diào)整反應(yīng)輸入的TimeLimit，使PreRelease的時間不會與反應(yīng)時間重疊。盡管上面例子中，數(shù)據(jù)的記錄不會受影響，但是在有的情況下，會出現(xiàn)PreRelease和數(shù)據(jù)記錄相互作用造成的錯誤。尤其是當(dāng)反應(yīng)出現(xiàn)在一個Procedure的結(jié)尾時，使用PreRelease會改變數(shù)據(jù)記錄。如果當(dāng)前顯示界面接收反應(yīng)的時間長于一個trial的持續(xù)時間（即反應(yīng)界面的TimeLimit長于trial剩余時間的總和），或者，反應(yīng)數(shù)據(jù)必需用于PreRelease過程中執(zhí)行的腳本，這時的PreRelease應(yīng)設(shè)置為0。

第二，PreRelease功能只有在當(dāng)前對象的呈現(xiàn)是由下一個對象的呈現(xiàn)來清除的情況下才有效。這是因為，如果一個對象負責(zé)自身的清除，就總要等待時間記滿規(guī)定的持續(xù)時間，否則清除會出現(xiàn)得過早，即在PreRelease開始的時候就進行清除。在實踐中，這條注意事項很少成為問題，因為一般情況下，清除當(dāng)前刺激是由序列中的下一個對象的出現(xiàn)完成的，并且大多數(shù)實驗可以通過簡單的重新設(shè)計來滿足這種模型。

第三，PreRelease也不能在當(dāng)前對象是由反應(yīng)輸入終止的情況下使用，因為系統(tǒng)不可能預(yù)測被試何時會做出反應(yīng)，它要等到反應(yīng)出現(xiàn)時才能做出響應(yīng)。對于大多數(shù)實驗范式，這一般也不是問題。因為通常情況下，當(dāng)由反應(yīng)輸入來終止刺激呈現(xiàn)時，當(dāng)前對象的呈現(xiàn)持續(xù)時間是關(guān)鍵計時，而下一個對象和當(dāng)前對象的時間間隔不是關(guān)鍵計時，即使下一個對象的呈現(xiàn)出現(xiàn)延遲也沒有太大問題，無需使用Pre-Release功能。當(dāng)對某些范式構(gòu)成問題時，建議設(shè)置反應(yīng)輸入的規(guī)則，使呈現(xiàn)的終止不取決于反應(yīng)輸入，這會使反應(yīng)被標記時間、計分并正確記錄，同時保持刺激序列準時呈現(xiàn)［9］。

3.4在高優(yōu)先級模式下運行實驗程序

在高優(yōu)先級模式下運行實驗程序時，可以充分減少由操作系統(tǒng)和電腦上運行著的其它應(yīng)用程序和服務(wù)造成的時間延遲發(fā)生的概率和持續(xù)時間，建議在實驗程序運行之前先將電腦上的無關(guān)程序 （如常駐內(nèi)存的殺毒程序）都關(guān)閉。但是，作為應(yīng)用軟件的心理實驗程序在運行時即使被賦予最高的任務(wù)優(yōu)先級，仍然不能獨占CPU的運行時間和其他資源，而是可被隨時中斷的，且中斷的次數(shù)、時刻、時間都是不可預(yù)知的［10］。因此，延遲誤差是無法徹底避免的，只能最大程度地進行減少。當(dāng)研究者需要實驗程序與同一臺電腦上運行的其它應(yīng)用程序有交互作用時，不建議將實驗程序運行在高優(yōu)先級模式下，否則實驗程序會試著停止其它程序，或剝奪它們占用處理器的時間，以避免實驗被影響。

用E－Prime創(chuàng)建的實驗程序會默認運行在高優(yōu)先級模式下［9］。

3.5為誤差的出現(xiàn)選擇合適的計時模式

盡管在實驗設(shè)計和參數(shù)設(shè)置方面有一些使誤差最小化的方法，但是誤差永遠無法徹底消除，實驗者要有應(yīng)對誤差出現(xiàn)的方法。當(dāng)誤差出現(xiàn)時，一般有三種處理方法：（1）繼續(xù)將刺激呈現(xiàn)預(yù)設(shè)的持續(xù)時間，并延遲序列中所有的刺激；（2）縮短當(dāng)前刺激的呈現(xiàn)時間，以補償該延遲，并保持序列中后面的刺激都按時呈現(xiàn)；（3）明確設(shè)置時間的起始點和終止點來解決錯誤。

圖1描述了當(dāng)預(yù)期外的時間延遲出現(xiàn)時，EPrime提供的前兩種處理方法：Event計時模式和Cumulative計時模式。

圖1　E－Prime中的Event和Cumulative計時模式

在Event模式中，某一事件起始時發(fā)生的延遲不會影響該事件預(yù)定的持續(xù)時間。由于誤差的出現(xiàn)，序列后面所有事件的起始點都會延遲，一個累積的時間延遲會貫穿整個過程。在Cumulative模式中某一事件起始時發(fā)生的延遲會導(dǎo)致該事件預(yù)定的持續(xù)時間縮短相應(yīng)的時長，使累積時間誤差達到最小化。

在一些實驗中，Cumulative時間模式的作用會受到限制。第一，如果計時誤差或延遲足夠長（或者預(yù)定的刺激呈現(xiàn)時間足夠短），可能當(dāng)前刺激的呈現(xiàn)過程不足以完全“吸收”該時間誤差。如果出現(xiàn)這種情況，序列中后面的刺激都可能按順序縮短它們的持續(xù)時間，直到所有的累積誤差被抵消。

當(dāng)一個刺激是由被試的響應(yīng)來終止時，也可能打斷時間序列。例如，將一個可輸入的掩蔽界面的EndAction屬性設(shè)置為Terminate。這種情況下，EPrime假設(shè)用戶需要當(dāng)前事件結(jié)束后，下一個刺激盡快出現(xiàn)，否則EndAction屬性會被設(shè)置為none。E－Prime處理這種情況的方式是將下一個刺激對象的起始時間設(shè)置為響應(yīng)時間，而不是它最初預(yù)定的起始時間。需要注意的是：對于當(dāng)前對象暫時轉(zhuǎn)換為Event計時模式，然后又變回Cumulative計時模式的序列，這種效應(yīng)同樣存在。因此，建議不要將刺激的終止方式設(shè)置為響應(yīng)事件，而是將可輸入掩蔽界面的EndAction屬性設(shè)置為none，這樣響應(yīng)會被如期接受、計分并記錄，但是刺激序列不會被響應(yīng)事件所打斷。

以上兩種方法的具體例子如下：

假設(shè)屏幕刷新周期為 13.89ms（刷新率為72Hz），每個刺激的呈現(xiàn)會有0～13.89ms的潛在延遲，這會導(dǎo)致一個平均時間為6.94ms的延遲。

使用Event計時模式，如果第一個刺激有7ms的延遲，那么第二個刺激直到107ms（設(shè)置的每個刺激的呈現(xiàn)時間為100ms）才開始等待垂直消隱事件的出現(xiàn)。100個100ms的呈現(xiàn)之后，預(yù)計得到累積延遲694ms（100×6.94ms），因此序列的結(jié)束發(fā)生在10.694s，而非預(yù)計的10s。從每個刺激的起始點，到程序開始等待下一個刺激總是至少為100ms，平均的呈現(xiàn)時間為106.94ms。

使用Cumulative計時模式，刺激的呈現(xiàn)時間會縮短，來保證呈現(xiàn)的結(jié)束時間總是發(fā)生在硬件允許的最接近100ms的界限。在Cumulative模式中，第二個刺激呈現(xiàn)會在100ms時開始等待垂直消隱事件的出現(xiàn)（而非106.94ms），平均呈現(xiàn)時間是100ms，經(jīng)過100次呈現(xiàn)后，再下一次呈現(xiàn)的開始發(fā)生在10s（加上下一個刷新的延遲）。

Event模式和Cumulative模式適用于兩類不同的范式。如果研究者要求呈現(xiàn)一個詞或者呈現(xiàn)短序列刺激（如，注視點、探測界面、掩蔽界面），序列中每個trial之中的間隔的變化是可以接受的，那么應(yīng)該使用Event模式。如果研究者希望保持穩(wěn)定的呈現(xiàn)頻率，那么應(yīng)該使用Cumulative模式。如某記憶任務(wù)中，每2s呈現(xiàn)一個刺激，不能有累積誤差和時間漂移。再如，快速序列視覺呈現(xiàn)實驗范式（RSVP）中以固定的時間間隔連續(xù)呈現(xiàn)視覺圖形刺激［11］。E－Prime中所有控件的默認計時模式為Event。

E－prime還提供了優(yōu)先級更高、使用方法更復(fù)雜的Custom計時模式。該模式允許研究者編寫EBasic腳本來評估計時錯誤，并引入算法，通過明確設(shè)置控件的起始點和終止點來減少計時錯誤。需要注意的是，當(dāng)控件使用這種計時模式時，系統(tǒng)只會依靠控件的CustomOnsetTime和CustomOffsetTime這兩個屬性來決定控件應(yīng)該被執(zhí)行多久，而其Duration屬性和PreRelease屬性都會被忽略。具體介紹可參見E－Basic在線幫助的Clock.Readmethod［9］。

3.6從磁盤中預(yù)加載刺激文件，使讀取數(shù)據(jù)的時間最小化

實驗程序從硬盤讀取刺激材料的數(shù)據(jù)時會有幾毫秒到幾十毫秒的等待和尋道時間，數(shù)據(jù)從硬盤讀出到寫入顯示緩存所耗費的時間又與硬盤的性能、文件的大小及存儲位置密切相關(guān)［10］。如果實驗需要以較高的速度呈現(xiàn)刺激，還需要事先將刺激材料讀取到內(nèi)存中，保證實驗時更快地獲取數(shù)據(jù)，而不是在呈現(xiàn)刺激序列的過程中再從硬盤提取刺激材料。當(dāng)呈現(xiàn)時間小于100ms，或呈現(xiàn)數(shù)據(jù)量較大的復(fù)雜圖片時，這通常是必要的操作。將刺激載入內(nèi)存，也可以叫做緩存刺激。緩存刺激還可以大量減少發(fā)生在刺激生成時的內(nèi)存分配操作，由于內(nèi)存分配是操作系統(tǒng)管理虛擬內(nèi)存時占用時鐘周期的主要原因，因此緩存還有助于減少與操作系統(tǒng)有關(guān)的時間延遲。

使用緩存刺激的缺點是占用大量的內(nèi)存空間，當(dāng)實驗程序占用了更多的內(nèi)存時，操作系統(tǒng)更有可能在磁盤上劃分虛擬內(nèi)存，所以用戶不能保證所有圖片在需要時都能及時獲得。然而，如果沒有其它程序同時運行，并且內(nèi)存足夠用，從內(nèi)存中讀取圖片的速度在大部分情況下比直接從磁盤讀取快得多。

研究者可以從www.pstnet.com網(wǎng)站上下載用E－Prime創(chuàng)建的緩存刺激圖片的范例程序模仿學(xué)習(xí)。

3.7測試并檢查計時數(shù)據(jù)

如前所述，計時問題很復(fù)雜，在實驗設(shè)計中很容易出錯，在程序運行過程中也時常發(fā)生延遲誤差，這些錯誤不經(jīng)意間就會被忽略和漏報。而對時間數(shù)據(jù)的精確記錄是對抗誤差數(shù)據(jù)的最基本方法。

E－Prime中每個刺激呈現(xiàn)控件都有DataLogging屬性，在DurationInput標簽下，該屬性可被設(shè)置為Standard、TimeAuditOnly、ResponseOnly和 Custom。為關(guān)鍵變量計時的操作不會拖延實驗運行的時間，但它為事后分析記錄數(shù)據(jù)的可靠性提供了相應(yīng)的基礎(chǔ)。把實驗中關(guān)鍵計時控件的所有相關(guān)計時數(shù)據(jù)都記錄下來的唯一缺點，就是會增加數(shù)據(jù)文件中的列數(shù)，有時會給檢查結(jié)果造成困擾。不過，研究者可以通過E－Prime軟件包中的E－DataAid應(yīng)用程序方便地對數(shù)據(jù)進行隱藏和過濾，為了長遠考慮，應(yīng)該保留多余的數(shù)據(jù)，以備實驗受到挑戰(zhàn)或需要重新檢查時使用［9］。

4　總結(jié)

綜上所述，保證實驗的時間精度需要以下七個步驟：

（1）測試計算機的硬件性能和軟件環(huán)境，判斷電腦是否滿足實驗需求，并相應(yīng)地調(diào)整機器配置。

（2）考慮實驗要求與刷新周期的限制，設(shè)定合理的刺激呈現(xiàn)時間。

（3）注意“啟動時間”對連續(xù)呈現(xiàn)的序列刺激的影響，將刺激的啟動過程包含在上一個刺激的呈現(xiàn)過程之中。

（4）將實驗程序運行在高優(yōu)先級模式下，減少操作系統(tǒng)和其它程序造成的延遲誤差。

（5）根據(jù)不同實驗范式的具體要求（刺激需要呈現(xiàn)足夠的時間，累積延遲誤差可接受的情況；刺激需要保持穩(wěn)定的呈現(xiàn)頻率，累積延遲誤差不可接受的情況），選擇合適的計時模式以應(yīng)對無法根除的誤差延遲。

（6）在呈現(xiàn)刺激序列之前，將所有刺激材料的數(shù)據(jù)預(yù)加載到內(nèi)存中，減少從硬盤直接讀取數(shù)據(jù)的時間。

（7）實驗結(jié)束后檢查計時數(shù)據(jù)，有理有據(jù)地剔除誤差數(shù)據(jù)。

對于所有使用計算機化實驗設(shè)計的研究者，明確、控制、檢查實驗中的關(guān)鍵計時數(shù)據(jù)是他們的基本義務(wù)。研究者嚴謹?shù)匕凑找陨喜襟E來操作，可以實現(xiàn)毫秒級的時間精度。只有在確實滿足實驗要求的情況下呈現(xiàn)刺激材料，并獲得符合精度要求的實驗數(shù)據(jù)，研究者才能得到有意義的實驗結(jié)論，這些研究結(jié)果才可以在不同實驗室之間進行重復(fù)和替代。

1宮大志，李壽欣.多種心理學(xué)實驗生成工具的比較分析.實驗室研究與探新，2008，27（10）：70－75.

2王沛，魯春曉.閾下啟動的心理機制初探.心理科學(xué)，2005，28（6）：1344－1346.

3崔麗霞，楊潔瑩，史光遠，等.非自主闖入焦慮發(fā)生的機制：閾下啟動效應(yīng)的實驗研究.心理科學(xué)，2013，36（6）：1301－1306.

4呂勇，李甜甜.時間間隔對面部表情喚醒度閾下情緒啟動的影響.心理科學(xué)，2014，37（1）：48－52.

5楊麗珠，蔣重清，劉穎.閾下情緒啟動效應(yīng)和Stroop效應(yīng)之對比實驗研究.心理科學(xué)，2005，28（4）：784－787.

6趙麗娜.閾上閾下不同情緒線索對特質(zhì)焦慮大學(xué)生返回抑制的影響.江西師范大學(xué)學(xué)位論文，2011.

7盧伊穎.心理學(xué)計算機化實驗的形式與生成系統(tǒng).社會心理科學(xué)，2011，26（3）：53－62.

8陳文鋒，崔耀，張建新.心理實驗系統(tǒng)E－Prime介紹及其應(yīng)用.心理科學(xué)，2005，28（6）：1456－1458.

9Schneider W，Eschman A，Zuccolotto A.E－Prime Users-Guide.Psychology Software Tools，2007.

10陳永鵬，路敦強，吳曉榮.計算機控制的心理學(xué)實驗計時問題與新方案設(shè)計.心理與行為研究，2013，11（3）：402－406.

11魯學(xué)明，張學(xué)民.心理學(xué)實驗研究中的計算機控制計時問題.心理科學(xué)，2010，33（2）：400－402.

The Timing Technology in Computerized Psychological Experiments——Taking E-Prime for Example

Zhang Jie，Lv Yong
（Academy of Psychology and Behavior，Tianjin Normal University，Tianjin 300074）

In computerized psychological experiments，acquiring accurate timing data is critical.Timing errors may result from the performance of hardware，operating system and experiment programs.This paper took E－Prime as an example to discuss the principles and processes for accurate timing.Researchers can increase the timing precision by choosing appropriate hardware，installing proper index，setting specific timing parameters，optimizing experiment programs，assigning the programs at high priority and inspecting the timing data.

computerized psychological experiments；timing precision；E－Prime

呂勇，男，教授，博士生導(dǎo)師。Email：ly6312@163.com