论文信息 ¶
https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2023.105463
论文原文 ¶
关键词 ¶
行为科学；电神经科学；实验设计
摘要 ¶
在动物和人类行为研究中，实验室内进行的实验是科学家们运用控制和参数化设置来具体化行为的最可靠手段。然而，实验室观察结果是否能完全推广到现实世界仍然存在合理的争议。“实验设计"的概念最初旨在确保实验发现的现实世界普遍性。野外实验被更频繁地探索，并且在移动神经成像方面取得了重要技术进步。然而，在生态条件下测试科学假设时仍存在一些方法学限制。本文讨论了从野外经验观察中衍生的推理过程的局限性。生态情境的多因素属性通常缺乏控制，这一主要问题可能会阻碍行为观察的复制和可靠性。作者讨论了行为和认知神经科学的归纳过程的认识论和历史基础，并为野外心理学实验设计提供了一些可能的启发式方法。
引言 ¶
作者探讨了在典型的实验室环境之外进行实验的必要性，以使知觉和认知神经科学更具生态效度。生态效度的推动使得实验设计能够实现显著进步，也促进了适用于野外实验环境的记录技术和方法的发展。例如，现在我们可以在实验室之外使用生物传感技术记录大脑活动，或者进行全身成像。通过移动脑电图（mEEG）技术，即使在参与者移动的情况下，也可以在典型的法拉第笼之外记录到可靠的大脑信号。在线实验也已经蓬勃发展，并在广泛的行为研究领域中得到了可靠的探索。
通过这些新的实验方法，定量研究领域的可能性得到了扩展，并为各种认知过程在野外的创新探索奠定了动力。这一范围的认知过程已在真实生活情境中得到了相当令人印象深刻的研究，涉及运动控制、认知-运动干扰、性能监控、空间导航和注意力等多个方面，还有对社会研究和神经教育具有重要意义的人际同步化。
但是作者指出，虽然实验室内的实验设计满足科学标准，运用复杂的统计方法对实验数据进行分析，但它们在实验室之外的实际应用中存在显著局限性。文章讨论了实验心理学从解释自然人类行为转向高度控制环境下的行为所引发的关于实验结果普遍性的问题。由于实验心理学的科学严谨性，它需要证明能够将受限的实验室结果推广到现实世界中的人类心理学。
作者还探讨了实验设计的历史和应用，特别是费舍尔的实验设计理论及其在实验心理学中的使用，指出了归纳推理的局限性及其对实验结果普遍性的影响。文章提到，心理学家在设计实验时面临的选择有限，生态情境包括无限可能的上下文，这些上下文可能导致相同的行为。这一部分强调了解决这一困难的心理学家使用归纳推理的方式，假设样本具有代表性，以保证结果的普遍性。然而，归纳推理过程并不将结果推广到真实世界的多样情境中，而是依赖于从选定样本中得出的统计推断。
生态效度？ ¶
布鲁恩斯维克（Egon Brunswik）提出的“生态效度”。这是他在20世纪50年代初期引入实验心理学领域的一个创新观点，目的是增强实验结果在真实世界中的适用性和推广性。
生态效度的核心思想 是，实验设计应该不仅仅关注控制实验室内的变量，还要尽可能模拟外部环境中的真实情况。这样做的目的是确保实验结果能够更好地适用于现实世界的各种环境，而不仅仅是严格控制的实验室环境。
布鲁恩斯维克提出了两个重要概念来支持他的理论：
代表性设计：这种设计方法强调从自然环境中采样刺激，或者创建在保留环境属性的人工刺激。这意味着实验应该使用来自或尽量模拟真实世界环境的元素，以此来测试实验的假设。例如，如果一个研究想探索在嘈杂背景下人们如何处理语言信息，那么应该在真实或接近真实的嘈杂环境中进行实验，而不是简单地在实验室播放预录的噪声。
概率功能主义：这是布鲁恩斯维克的另一个贡献，他认为环境中的多种因素和变量之间存在概率关系。这意味着实验设计需要考虑这些复杂的相互作用，如何影响目标行为。这种方法认为，环境的复杂性和变量间的相互作用是不可忽视的。
总的来说，布鲁恩斯维克的这些理论提出了一种新的视角，强调实验设计不仅需要关注实验室内的控制，更重要的是要能够模拟和反映外部世界的复杂性和多样性。这对于提高研究的生态效度，即研究结果的普遍适用性和在真实世界中的有效性，具有重要意义。
生态效度难实现 ¶
文章指出，尽管布鲁恩斯维克提出了将生态效度纳入实验设计的理论框架，但实际应用中仍面临许多挑战和困难。
实施生态效度的挑战
控制变量的复杂性： 在生态效度的框架下，实验设计需要考虑和控制更多来自真实环境的变量。这些变量在自然环境中往往是多因素和相互作用的，不像实验室环境那样容易被隔离和控制。例如，如果研究人员想研究城市噪声对人类注意力的影响，他们需要考虑不仅仅是噪声水平，还要考虑噪声的类型、时间、持续性以及其他环境因素如天气、人流量等。
实验设置的适应性： 生态效度要求实验设置能够适应自然环境的复杂性，这可能需要开发新的技术和方法。例如，使用便携式或可穿戴的监测设备来收集数据，这样可以在不干扰自然行为的情况下进行实时和动态的观察。
数据的解释和推广性： 在更加开放和多变的环境中收集的数据，解释起来可能更为复杂。实验心理学家需要发展新的统计方法和模型，来处理和分析这些数据，确保研究结果的可靠性和推广性。
实施策略 为了克服这些挑战，文章建议采取一些具体策略：
采样设计的改进： 通过更具代表性的采样设计来捕获环境中的自然变异性，如在不同类型的环境和不同条件下重复实验。
多方法融合： 结合实验室研究和现场研究的方法，使用虚拟现实技术或计算机模拟来重现和控制复杂的环境因素。
跨学科合作： 与其他领域专家（如环境科学、工程学、数据科学）合作，利用他们的技术和知识来解决生态效度实验中遇到的问题。
文章强调，尽管实施生态效度存在挑战，但这是实验心理学适应当今复杂社会和自然环境需求的必要步骤。通过这些策略的实施，可以提高研究的现实世界相关性和影响力
in situ design现场做实验 ¶
作者探讨了将理论与实际操作相结合的新方法，特别强调了“现场设计”（In situ design）的概念，这种方法试图在野外环境中运用经验设计，而不是简单地将实验室设计应用于现实世界。
现场设计（In situ design）的创新
现场设计的目标： 文章提出，现场设计的意图是在真实世界情境中直接进行实验操作，以此来提升实验设计的生态效度。这种方法不仅转移了实验设置从实验室到自然环境，而且还在设计中融入了生态变量，使得实验更加符合自然情境的动态和复杂性。
设计的挑战与机遇： 实施现场设计面临着诸多挑战，如需要精确控制外部变量和应对环境的不可预测性。但这也提供了研究自然行为在未受干扰条件下的独特机会，可以更准确地理解行为与环境因素之间的相互作用。
实施例子 文章提供了一些具体的例子，说明了如何在交通工具、公共场所等不同的野外环境中应用现场设计。例如，研究者可能在火车站进行观察，以研究人群如何在复杂和动态的环境中做出决策。通过在这些自然环境中直接应用科学实验，研究者能够收集到更真实、更具代表性的数据。
研究的推广 通过现场设计，研究的结果不仅可以提供关于特定环境下行为的见解，还可以通过比较不同环境下的数据来探索更广泛的行为规律。这种方法增加了研究结果的普适性，使其更能反映复杂多变的现实世界。
文章最后强调，虽然现场设计在操作上可能更为复杂和具有挑战性，但它为心理学和认知科学研究提供了一个宝贵的工具，可以更全面地理解和预测人类在自然环境中的行为。
如何在自然环境里进行实验？ ¶
作者深入讨论了如何在自然环境中设置和执行实验设计，从而使这些设计更加符合所谓的“现场设计”。此部分特别强调了在现场实验中确保数据的可靠性和实验的可重复性的重要性。
关键实施要点
控制与自然变量的整合： 在野外设置实验时，需要精心设计以整合并控制自然变量，确保这些变量不会扭曲数据的解读。这包括选择合适的时间和地点，以及可能需要使用特定的技术和设备来监测和记录环境条件。
数据收集和分析： 由于现场环境的复杂性，收集到的数据可能会更加丰富和多变。因此，需要采用先进的数据分析技术，如机器学习和复杂的统计模型，来处理这些数据，从而提取出有意义的结论。
研究伦理和参与者的安全： 在自然环境中进行实验时，确保研究伦理得到遵守和参与者安全至关重要。这包括透明地说明研究的目的、过程和潜在风险，并获取明确的同意。
现场设计的示例 文章中提到了几个采用现场设计的研究案例，例如，在公园或城市环境中观察人们的行走路径以研究导航行为。这些实例展示了如何实际操作现场设计，并指出了在复杂环境中维持高标准科学研究的可能性和挑战。
挑战与机遇 作者也讨论了现场设计面临的挑战，包括如何有效控制外部变量以及如何处理在不可预见的环境中发生的意外情况。同时，文章指出，这种方法提供了研究人类行为在自然状态下的独特机会，可以带来对人类行为理解的新见解。
结论 ¶
作者总结了现场设计在心理学和行为科学研究中的应用前景，强调它作为一个工具能够提供更深入的行为见解，并促进科学研究与现实世界的联系。文章呼吁更多的研究人员采用和改进这种方法，以探索更广泛和多样化的人类行为和认知过程。
例子1 ¶
实验设计和方法
实验目的： 研究在火车旅途中，乘客在等车、行驶初期、行驶中期、行驶末期和到站时进行自发性敲击任务的行为模式，通过分析敲击间隔（Inter-Tap Interval, ITI），探索人们对时间流逝感知的变化。
实验流程：
参与者： 实验共招募了22名参与者，包括男女各种年龄段的健康成年人。 任务描述： 参与者被要求使用他们的一根手指在一块设备上进行自发的敲击，尽可能保持一致的节奏。每个参与者在五个不同的时间点进行敲击：等车时、火车启动后不久、行驶中期、行驶末期和到站后。 数据收集： 记录每次敲击的时间点，以计算敲击间隔（ITI），分析在旅途的不同阶段人们敲击的速率和节奏的变化。 3. 数据分析：
使用ITI作为主要的数据度量，分析在不同旅途阶段敲击频率的变化。敲击频率的变化被视为内部时钟速率的一个指标，与乘客对时间流逝感知的变化相关。 实验结果 实验结果表明，在火车旅途的不同阶段，参与者的敲击行为表现出明显的差异。特别是在火车行驶期间相比于等车和到站时，参与者的敲击速率更快，这可能反映了在移动状态下人们内部时钟的加速感知。这一发现支持了研究假设，即旅行状态（特别是运动状态）可以影响人们的时间感知和内部时钟。
例子2 ¶
实验背景 这个实验的目的是研究在火车旅途中，乘客如何估计一个声音信号从开始到达他们旁边所需的时间。研究特别关注视觉信息（即乘客看到窗外景物移动的方向，我们称之为视觉流）如何影响这种时间估计。
实验设置 参与者：总共有71名参与者，分别在火车不同的车厢位置进行实验，有的面向火车前进的方向，有的背对前进方向。 任务：每个参与者都会听到一个声音，这个声音会模拟从远处逐渐接近的效果。参与者需要估计这个声音到达他们所在位置的时间，并在他们认为声音即将到达时按下一个按钮。 视觉流的作用 视觉流：指的是当火车行驶时，乘客通过窗户看到的景物移动的视觉效果。这种视觉流可以提供关于速度和方向的线索。 实验假设：研究者认为，如果乘客面向火车前进方向（即视觉流与声音到达的方向一致），他们在估计声音到达时间上会更准确。
数据收集和分析 数据收集：记录参与者按下按钮的时间，以及他们的反应时间与实际声音到达时间的误差。 数据分析：分析不同视觉流条件下的时间估计误差，看看视觉信息是如何影响听觉时间估计的。 结果和发现 实验结果：实验发现，面向火车行进方向的乘客在时间估计任务中表现更好，错误率更低。这表明视觉流提供的方向和速度信息帮助他们更准确地处理听觉信号。
结论 这项实验揭示了视觉和听觉信息是如何在动态环境中相互作用的，支持了视觉信息在帮助我们处理其他感官信息中的重要作用。此外，这种研究可以帮助设计师在开发导航系统或安全警报系统时考虑多感官信息的整合，以提高系统的效率和安全性。