実験心理学

実験心理学は、19世紀にヴィルヘルム・ヴントが数学的かつ実験的なアプローチをこの分野に導入したことで、近代的な学問分野として確立されました。ヴントはドイツのライプツィヒに最初の心理学実験室を設立しました。^{[ 2 ]}ヘルマン・エビングハウスやエドワード・ティチェナーなどの他の実験心理学者も、実験方法に内観法を取り入れました。

チャールズ・ベルはイギリスの生理学者で、医学界と科学界への主な貢献は神経系の研究でした。彼はウサギに関する研究をまとめた小冊子を執筆しました。彼の研究は、感覚神経は脊髄の後根（背側根）から入り、運動神経は脊髄の前根（腹側根）から出るという結論に至りました。11年後、フランスの生理学者フランソワ・マジャンディは、ベルの研究を知らずに同じ発見を発表しました。ベルが研究を発表しなかったため、この発見は両者の功績を称えてベル＝マジャンディの法則と呼ばれるようになりました。ベルの発見は、神経が振動や霊を伝達するという通説を否定しました。

ドイツの医師エルンスト・ハインリヒ・ウェーバーは、実験心理学の創始者の一人として知られています。ウェーバーの主な研究対象は触覚と運動感覚でした。実験心理学における彼の最も記憶に残る貢献は、感覚の差異の判断は絶対的なものではなく相対的なものであるという提唱です。この相対性は「ウェーバーの法則」で表され、最小可弁差（jnd）は、継続中の刺激レベルの一定の割合であるとされています。ウェーバーの法則は、次の式で表されます。

${\displaystyle {\frac {\Delta I}{I}}=k,}$

どこ${\displaystyle I\!}$は刺激の元の強度であり、${\displaystyle \Delta I\!}$は、その差が知覚されるために必要な追加量（jnd）であり、kは定数である。したがって、k が一定のままであるためには、${\displaystyle \Delta I\!}$Iが増加するにつれて上昇しなければならない。ウェーバーの法則は心理学の歴史上最初の定量的法則と考えられている。^{[ 3 ]}

フェヒナーは1860年に、実験心理学の最初の著作とされる「精神物理学の要素」を出版した。^{[ 4 ]}一部の歴史家は、実験心理学の始まりを「精神物理学の要素」の出版に遡る。エルンスト・ハインリヒ・ウェーバーは心理学者ではなかったが、ウェーバーの研究が心理学にとって重要であることを認識したのはフェヒナーであった。ウェーバーの法則とフェヒナーの法則はフェヒナーの著作「精神物理学の要素」で発表され、ウェーバーの弟子であったフェヒナーは、師に敬意を表して最初の法則にその名を付けた。^{[ 5 ]}フェヒナーは、後に精神物理学として知られるようになる心身関係の科学的研究の確立に深く関心を持っていた。フェヒナーの研究の多くは、精神物理学的閾値と最小可弁差の測定に焦点を当てていた。彼は、現在でも使用されている精神物理学的限界法、定常刺激法、および調整法を発明した。

オズワルド・キュルペは、ドイツのヴュルツブルク学派の主要な創始者である。彼はヴィルヘルム・ヴントの弟子として約12年間学んだ。ヴントとは異なり、キュルペは実験によってより高度な精神過程を検証できると信じていた。1883年に彼は『心理学概論』を著したが、そこには厳密に科学的事実が記されており、思考については一切触れられていない。^{[ 4 ]} ヴュルツブルク学派は精神状態やイメージのない思考を非常に重視していたため、彼の著書に思考が欠けているのは奇妙である。

ヴュルツブルク学派の研究は、実験心理学の発展における画期的な出来事でした。この学派はオズワルド・キュルペ率いる心理学者グループによって設立され、エドワード・ティチェナーやヴィルヘルム・ヴントの構造主義に代わる新たな視点を提供しました。学派の研究者たちは、主にメンタルセット（Einstellung）やイメージのない思考といった精神操作に焦点を当てました。メンタルセットは、個人の意識とは無関係に知覚や問題解決に影響を与え、指示や経験によって誘発されることがあります。同様に、キュルペによれば、イメージのない思考とは、心的イメージを伴わない純粋な精神活動のことです。キュルペの研究室で研究していたアメリカ人学生のウィリアム・ブライアンは、メンタルセットの一例を示しました。ブライアンは被験者に、様々な色で無意味な音節が書かれたカードを見せました。被験者は音節に注意を向けるように指示されましたが、その結果、無意味な音節の色を覚えていませんでした。こうした結果を受けて、人々は研究手法としての内省の妥当性に疑問を抱くようになり、意志主義と構造主義の衰退につながった。ヴュルツブルク学派の研究は、後にマックス・ヴェルトハイマーをはじめとする多くのゲシュタルト心理学者に影響を与えた。

ジョージ・トランブル・ラッドは、実験心理学をアメリカに導入し、イェール大学に在籍していた期間（1881年から1905年）に同大学の心理学研究所を設立した。1887年、ラッドは実験心理学を詳細に論じた最初のアメリカの教科書である『生理心理学の要素』を出版した。 ^{[ 6 ]}ラッドがイェール大学の研究所を設立してから教科書を出版するまでの間に、アメリカにおける実験心理学の中心はジョンズ・ホプキンス大学に移り、そこでジョージ・ホールとチャールズ・サンダース・パースがヴントの研究を拡張し、修正していた。

チャールズ・S・パースは、教え子のジョセフ・ジャストロウとともに、被験者を盲検化して繰り返し測定する実験計画にランダムに割り当て、重さを識別する能力を評価した。^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}パースの実験は、心理学や教育学の他の研究者に影響を与え、1800 年代には実験室でのランダム化実験や専門教科書の研究伝統が発展した。^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}パースとジャストロウの実験は、人間の知覚を理解するためのパースの実用的プログラムの一環として行われた。他の研究では、光の知覚などが検討された。パースは実験心理学や精神物理学で進歩を遂げる一方で、統計的推論の理論も発展させており、それは「科学の論理の図解」（1877～78 年）と「蓋然的推論の理論」（1883 年）で発表された。統計学におけるランダム化に基づく推論の重要性を強調した出版物はどちらも、パースと実験心理学に帰属する。農業におけるイェジー・ネイマンとロナルド・フィッシャーの革新よりも数十年も前に、ランダム化実験を発明したという栄誉は、パースと実験心理学に帰属する。^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

パースのプラグマティズム哲学には、彼が記号論という名で研究した、心的表象と認知に関する広範な理論も含まれていた。^{[ 11 ]}パースの弟子であるジョセフ・ジャストロウは、実験心理学における輝かしいキャリアを通して無作為化実験を続け、その多くは後に認知心理学として認識されるようになった。認知心理学におけるパースの研究への関心が再び高まっている。^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}パースのもう一人の弟子であるジョン・デューイは、彼の「実験論理学」と「公共哲学」の一環として、特に学校で人間の認知に関する実験を行った。

20世紀半ば、行動主義は心理学、特にアメリカ合衆国において支配的なパラダイムとなった。このため、実験心理学では精神現象が軽視される傾向が見られた。一方、ヨーロッパでは、フレデリック・バートレット卿、ケネス・クレイグ、W・E・ヒック、ドナルド・ブロードベントといった心理学者たちが思考、記憶、注意といったテーマに焦点を当てたため、こうした傾向は少なかった。これが、その後の認知心理学の発展の基礎となったのである。

20世紀後半、心理学という学問分野の拡大と、その下位分野の発展に伴い、「実験心理学」という言葉の意味は変化しました。実験心理学者は多様な手法を用い、厳密な実験的アプローチに限定されることはありません。これは、科学哲学の発展が実験の排他的な権威に影響を与えたことも一因です。対照的に、実験的手法は、かつては実験心理学の一部ではなかった発達心理学や社会心理学といった分野でも広く用いられるようになりました。この言葉は、多くの定評ある権威ある学会や学術誌の名称、そして一部の大学の心理学講座の名称に今もなお使われています。

科学の最も基本的な前提は、世界に関する事実の記述は最終的に世界の観察に基づかなければならないということである。この経験主義の概念は、仮説や理論は先験的な推論、直観、啓示ではなく、自然界の観察に基づいて検証されなければならないことを要求する。^{[ 16 ]}

経験主義と密接に関連しているのは、科学法則や理論が有用であるためには、利用可能な研究方法で検証可能でなければならないという考え方です。理論が考えられるいかなる方法でも検証できない場合、多くの科学者はその理論を無意味だと考えています。検証可能性は反証可能性を意味し、反証可能性とは、一連の観察によってその理論が間違っていることが証明できるという考え方です。^{[ 17 ]}心理学では、フロイトのような影響力のある、あるいはよく知られた理論は検証が困難であったため、検証可能性が強調されてきました。

実験心理学者は、ほとんどの科学者と同様に、決定論の概念を受け入れている。これは、対象や事象のあらゆる状態は、それ以前の状態によって決定されるという仮定である。言い換えれば、行動現象や精神現象は、通常、原因と結果という観点から説明される。ある現象が十分に一般的で広く確認されている場合、それは「法則」と呼ばれることがある。心理学理論は、これらの法則を整理し、統合する役割を果たす。

科学のもう一つの指針となる考え方は、簡潔さを追求する倹約性です。例えば、ほとんどの科学者は、2つの理論が経験的観察を同じようにうまく説明できる場合、より単純な、あるいはより倹約的な方を選ぶべきだと考えています。倹約性に関する注目すべき初期の議論は、中世イングランドの哲学者ウィリアム・オブ・オッカムによって述べられており、このため、倹約性の原理はしばしばオッカムの剃刀と呼ばれています。^{[ 18 ]}

エドワード・C・トルマンやクラーク・ハルといった著名な行動主義者たちは、操作主義、すなわち操作的定義の考え方を広めた。操作的定義とは、概念を具体的で観察可能な手順によって定義することを意味する。実験心理学者は、精神現象など、現在観察できない現象を、推論の連鎖によって観察と結びつけることで定義しようと試みる。^{[ 19 ]}

信頼性は、観察結果の一貫性または再現性を測定するものです。たとえば、信頼性を評価する方法の1つに「再テスト」法があります。これは、参加者のグループを一度測定し、次に2回目のテストを実施して結果が一貫しているかどうかを確認する方法です。最初のテスト自体が2回目のテストの結果を変える可能性があるため、他の方法がよく使用されます。たとえば、「分割半法」では、参加者のグループを無作為に2つの比較可能なサブグループに分け、これらのグループのテスト結果を比較することによって信頼性を測定します。信頼性の高い測定は、必ずしも妥当な結論を導き出すとは限りません。^{[ 20 ]}

妥当性とは、研究から導き出された結論の相対的な正確さや正しさを測定するものです。測定値の妥当性を定量的に判断するには、基準と比較する必要があります。^{[ 16 ]}例えば、学力テストの妥当性を判断するには、そのテストを学生グループに実施し、その結果をグループ内の個々の学生の平均成績と相関させる方法があります。この例が示すように、特定の測定に適した基準の選択にはしばしば議論がつきまといます。さらに、結論は、その根拠となる観察が信頼できる範囲においてのみ妥当であると言えます。

妥当性には以下のようないくつかの種類が区別されている。

名義尺度では、数字は単なるラベルとして用いられます。文字や名前でも構いません。例えば、サッカーや野球選手のシャツに付いている番号などが挙げられます。ラベルは、同じラベルを複数のものに付けられる場合に、より有用になります。つまり、それらのものは何らかの点で同等であり、まとめて分類できるということです。

順序尺度は、対象を順序付けたりランク付けしたりすることによって生じ、AはBより大きく、BはCより大きく、といった具合になります。多くの心理実験では、このような数値が得られます。例えば、被験者は匂いをランク付けして、AはBより心地よく、BはCより心地よく感じると評価できますが、これらのランク付け（「1、2、3…」）では、それぞれの匂いが他の匂いとどれだけ異なるかはわかりません。順序尺度から計算できる統計量もあります（例えば、中央値、パーセンタイル、順序相関など）が、標準偏差など、適切に使用できない統計量もあります。

間隔尺度は、測定対象間の差の等しさを決定することによって構築されます。つまり、数値間の差が測定対象間の差に対応する場合、数値は間隔尺度を形成します。たとえば、華氏温度計の5度と10度の差は25度と30度の差に等しいと言えますが、華氏20度の温度のものが華氏10度の温度のものの「2倍熱い」と言うのは意味がありません。（このような比率は、ケルビン尺度などの絶対温度尺度では意味があります。次のセクションを参照してください。）達成度テストの「標準スコア」は間隔尺度上の測定値であると言われていますが、これを証明するのは難しいです。^{[ 26 ]}

比率尺度は、比率の等価性を決定することによって構築されます。たとえば、天秤で物体 A が 2 つの同一の物体 B と釣り合っている場合、A は B の 2 倍の重さであると言い、適切な数値を与えることができます。たとえば、「A の重さは 2 グラム」、「B の重さは 1 グラム」などです。重要な考え方は、このような比率は使用する尺度の単位に関係なく同じままであるということです。たとえば、グラムを使用してもオンスを使用しても、A と B の比率は同じままです。長さ、抵抗、ケルビン温度も、比率尺度で測定できるものです。音の大きさなどのいくつかの心理的特性も、比率尺度で測定できます。^{[ 26 ]}

最も単純な実験計画は、独立変数が1つだけの1要因計画です。最も単純な1要因計画では、2つのグループのみで構成され、各グループには独立変数の値が1つずつ与えられます。2グループ計画は通常、実験グループ（処置を受けるグループ）と対照グループ（処置を受けないグループ）で構成されます。^{[ 27 ]}

一方向デザインは、一方向多群デザインに拡張することができます。この場合、単一の独立変数が3つ以上のレベルを取ります。^{[ 28 ]}このタイプのデザインは、独立変数と従属変数の間の機能的関係を概説するのに役立つため、特に有用です。

一方向設計では、研究者が一度に 1 つの独立変数しか調べられないという制約がありますが、関心のある現象の多くは複数の変数に依存しています。そのため、RA Fisher は要因設計の使用を普及させました。要因設計には、完全に「交差」した 2 つ以上の独立変数が含まれます。つまり、各独立変数のすべての水準が、他のすべての独立変数のすべての水準と組み合わさって現れます。要因設計には、設計に含まれる独立変数の数と各独立変数の水準の数を指定するラベルが付いています。たとえば、2x3 要因設計には 2 つの独立変数があり (説明に 2 つの数字があるため)、最初の変数には 2 つの水準があり、2 番目の変数には 3 つの水準があります。

要因研究における独立変数の効果を単独で考慮すると、主効果と呼ばれます。これは、他のすべての独立変数のレベルにわたって平均した、独立変数の全体的な効果を指します。主効果は、一元配置設計で検出できる唯一の効果です。^{[ 29 ]} 主効果よりも重要な場合が多いのは「交互作用」です。これは、1 つの独立変数が従属変数に及ぼす効果が、2 番目の独立変数のレベルに依存する場合に発生します。たとえば、ボールをキャッチする能力 (従属変数) は、視力 (独立変数 #1) とキャッチするボールの大きさ (独立変数 #2) の交互作用に依存する可能性があります。視力の良い人は小さなボールを最も簡単にキャッチでき、視力が非常に悪い人は大きなボールの方が良いかもしれないので、2 つの変数は交互作用していると言えます。

研究デザインには、被験者内デザインと被験者間デザインの 2 つの基本的なアプローチがあります。被験者内デザインまたは反復測定デザインでは、各参加者は研究の条件の 1 つ以上、あるいはすべての条件に参加します。被験者間デザインでは、各参加者は実験の 1 つの条件のみに参加します。^{[ 30 ]}被験者内デザインは、特に多くの条件を持つ複雑な要因計画の場合、被験者間デザインに比べて大きな利点があります。特に、被験者内デザインは人による交絡を排除します。つまり、研究対象の現象とは無関係な被験者間の違いによって引き起こされる影響を取り除きます。しかし、被験者内デザインには、シーケンス効果の可能性という重大な欠点があります。各参加者が複数の条件に参加するため、時間の経過や以前のタスクの実行が後のタスクの実行に影響を与える可能性があります。たとえば、参加者は最初のタスクから何かを学び、それが 2 番目のタスクに影響を与える可能性があります。 ^{[ 31 ]}

動物認知とは、人間以外の動物の精神的能力を指し、この分野の研究は、認知心理学者が人間を被験者として研究する際に関心を寄せる事柄と類似した事柄に焦点を当てることが多い。動物を​​用いた認知研究では、条件をより厳密に制御でき、人間を対象とした研究では不可能な手法を用いることができる場合が多い。さらに、条件付けなどのプロセスは動物ではより単純な形で現れることがあり、特定の動物は（コウモリのエコーロケーションなど）重要な認知機能を明らかにする独自の能力を示し、動物研究は種の生存と進化に重要な示唆を与えることが多い。