「反応時間」の版間の差分

英：reaction time/response time　英略語：RT

　反応時間とは、生体に刺激が与えられてからその刺激に対する外的に観察可能な反応が生じるまでの時間である。特に、ヒトが何らかの知覚・認知課題を遂行する際の、随意的行動による反応について言う（例えば、ランプが点灯したらすぐボタンを押す）。類義語に潜時（latency）があるが、これは反応時間より広い概念で、ヒト以外の動物の反応や、行動ではなく生理指標として観察される反応についても言う（例えば、視覚刺激提示から視覚[[誘発電位]]が生じるまでの時間）。

[[ファイル:RTfprtmt.png|frame|'''図1.''' 反応時間と運動時間（MT）、先行期間（FP）。例として、予告刺激の音が鳴った後、反応刺激として左右どちらかのランプ（□）が点灯し、点灯した方のボタン（○）をできるだけ速く押す（押すとランプは消灯）という課題の場合を示す。あらかじめボタン上に指を置き、指の動きだけで反応する場合（上段）では、反応刺激提示からボタン押しまでの時間を反応時間とする。指をスタート位置から動かして（リーチング動作）ボタンを押す場合（下段）では、運動開始までを反応時間とすることが多い。ただし、運動時間も含めて反応時間と呼ぶこともある。]]

　反応時間測定では、手指ボタン押し反応のほか、足のペダル押し、発声、[[眼球運動]]なども用いられる<ref>[[眼球運動]]の場合には反応時間ではなく潜時と呼ぶことが多い。</ref>。リーチング<ref>英：reaching、到達運動。目標となる物体に向けて手をのばす、あるいは手をのばして触れる行動。</ref>のような動作に比較的時間のかかる反応では、刺激提示から運動開始までを反応時間、運動開始から終了までを運動時間（movement time, MT）と呼んで区別することもある（図1）。

短距離走のスタートのような全身運動による反応については、全身反応時間（whole body reaction time）と呼ぶ。例えば、刺激が提示されたらできるだけ速く跳び上がらせ（垂直跳び課題）、両足が地を離れるまでの時間として測定する。

　ただし、単純な反応動作でも多数の筋肉が関与するものである。[[EMG]]で筋肉の運動潜時を調べると、反応時間と一致するとは限らないし、筋によっても差がある

　一般に反応時間測定では、できるだけ速く反応する課題（speeded task）を用いる。これに対し、好きな時に反応してよい課題の反応時間は自由反応時間（free reaction time）と呼んで区別することがある。また、課題の内容に応じて、次の3種類が区別される。

　既知の複数の刺激のいずれかが提示され、刺激に応じて決められた複数の反応のいずれかを行う（n肢強制選択課題; n-alternative forced choice task, nAFC task）ときの反応時間。例えば、緑光か赤光が提示され、緑なら右、赤なら左のボタンをできるだけ速く押す（2肢強制選択課題; 2AFC task）。

　弁別反応時間（discriminative reaction time）とも。既知の複数の刺激のいずれかが提示され、そのうち特定の刺激の場合のみ、決められた1種の反応をするときの反応時間。例えば、緑光か赤光が提示され、緑ならボタンを押し、赤なら何もしない。つまり、反応するかしないか（Go/No-Go）を判断する。

　反応時間測定は19世紀末の実験心理学成立当初から行われている。現在では反応時間は研究の手段として用いられることが多いが、当時は反応時間自体が研究対象だった。生理学者や心理学者が、心的処理の速さはどれくらいかを測ろうとしたのである。19世紀末は心的時間測定（mental chronometry）の時代であった<ref>

'''E G Boring'''<br>A history of experimental psychology (2nd ed.)<br>''New York: Appleton-Century-Crofts'': 1950, p. 147</ref>。

　直接の契機は、1849～1850年に[[wikipedia:ja:ヘルマン・フォン・ヘルムホルツ|ヘルムホルツ]]がカエル運動神経伝達速度を毎秒24.6～35.4mと測定したことだった

<ref>'''K M Olesko, F L Holmes'''<br>Experiment, quantification, and discovery: Helmholtz's early physiological researches, 1843-50.<br>

In David Cahan (ed), Hermann von Helmholtz and the foundations of nineteenth-century science.<br>''Berkeley: University of California Press'': 1993, pp. 50-108.</ref><ref><pubmed>12122806</pubmed></ref><ref>実際には、[[活動電位]]の伝達速度は[[髄鞘]]の有無や神経線維の太さによって大きく異なる。

ヒトの場合、遅いものでは毎秒0.5～2m、速いものでは最大毎秒75mに達する。</ref>。私たちは日常的には、自分が意図した瞬間に体が動き、心的処理は「瞬時に」完了すると思っている。これに反して神経の働きは意外に遅く、十分測定可能な程度の速さでしかなかったのである。

　では、知覚や判断はどれくらいの速さなのだろうか。ヒトでの反応時間研究の嚆矢はオランダの[[wikipedia:Franciscus_Donders|ドンデルス]]らによる1860年代の実験<ref name=deJaager1865>'''J J de Jaager'''<br>Reaction time and mental processes.<br>In J Brozek, M S Sibinga (eds.), Origins of psychometry.<br>

''Nieuwkoop: B. de Graaf'': 1970, pp. 33-73.</ref><ref name=Donders1868><pubmed>5811531</pubmed></ref>とされる。彼らは、反応時間のうち本当に心的処理（mental process）に要した時間を測ろうとした。例えば、緑光に対して右、赤光に対して左のボタンを押す課題で、反応時間が仮に300msだとしても、色弁別の心的処理に300msかかるとは言えない。そのうち相応の部分は、[[網膜]]から脳への伝達時間や脳から手の筋肉への伝達時間のはずだからである。

　結果は、順に平均201ms、284ms、237msとなった<ref name=Donders1868 />。選択反応時間から単純反応時間を引いた差83msは、刺激の弁別と反応の選択の心的処理に要した時間と考えられる。選択反応時間から弁別反応時間を引いた差47msは、反応の選択の心的処理に要した時間と考えられる（弁別課題では反応の選択は必要ないが、刺激の弁別は必要である）。このように条件間の減算で心的処理に要する時間を推定するのが減算法である。

しかし、この試みはうまくいかなかった。反応時間に影響を与える要因が多すぎるのである。個人差も大きい。何より、知覚や認知といった心的処理を構成要素の単純な加算で考えることに限界があった。今日よく知られているように神経系の情報処理は高度に並列的である。また、用いた課題がどんな心的処理を含むのかについては解釈に幅がある。例えば弁別反応時間には、刺激の弁別だけでなく、反応するかしないか（Go/No-Go）という反応選択処理が含まれているとも考えられる。このため、反応時間の差の絶対的な値に意味を見出すのは難しい。

<ref><pubmed>12200181</pubmed></ref><ref>'''ベンジャミン・リベット　下條信輔（訳）'''<br>マインド・タイム　脳と意識の時間<br>''東京: 岩波書店'': 2005

</ref>）。減算法のアイデアの拡張・修正も提案されてきた<ref>'''S Sternberg'''<br>The discovery of processing stages: Extentions of Donders' method.<br>

In W G Koster (ed), Attention and perfprmance II.<br>''Amsterdam: North-Holland'': 1969, pp. 276-315.</ref><ref name=TeichnerKrebs1974><pubmed>4812881</pubmed></ref>。現在では、反応時間のモデルは多くの変数を考慮に入れた複雑なものとなっている <ref name=MillerUlrich2003><pubmed>12643892</pubmed></ref><ref name=RatcliffSmith2004><pubmed>15065913</pubmed></ref>。

[[ファイル:RTdistributions.png|thumb|320px|'''図2.''' 反応時間の分布と変数変換。1名の被験者による視覚選択反応時間（正答試行のみ）の分布の例。

中段は同じデータを対数変換したもの、下段は逆数変換したものを示す。変数変換により、分布の非対称性が減じている。]]

　反応時間分布にあてはめるモデルとしては、[[wikipedia:ja:ワイブル分布|ワイブル分布]]や[[wikipedia:ja:対数正規分布|対数正規分布]]も用いるが、

[[wikipedia:Exponentially_modified_Gaussian_distribution|ex-Gaussian分布]] を用いることが多い<ref name=Ratcliff1993><pubmed>8272468</pubmed></ref><ref>

'''T Van Zandt'''<br>Analysis of response time distributions.<br>In H Pashler, J Wixted (eds.) Steven's handbook of experimental psychology (3rd ed.) Volume 4, Methodology in experimental psychology.<br>''New York: John Wiley & Sons'': 2002, pp. 461-516.</ref> <ref>'''A Heathcote, S J Popiel, D J K Mewhort'''<br>Analysis of response time distributions: An example using the Stroop task.<br>''Psychol Bull'': 1993, 109;340-347 </ref> <ref>

'''Y Lacouture, D Cousineau'''<br>How to use MATLAB to fit the ex-Gaussian and other probability functions to a distribution of response times.<br>

''Tutorials in Quantitative Methods for Psychology'': 2008, 4;35-45 </ref>。

　反応は速くしようとするほど不正確になり、正確にしようとするほど遅くなる。この交換関係を速さと正確さのトレードオフ（speed-accuracy tradeoff, SAT）という。平均選択反応時間 <math>RT</math> と正答率 <math>P(C)</math> ・誤答率 <math>P(E)</math> の関係は次式で記述できる（<math>a</math>, <math>b</math> はパラメータ）<ref name=Welford1980ch3>'''A T Welford'''<br>Choice reaction time: Basic concepts.<br>In A T Welford (ed.) Reaction times.

''London: Academic Press'': 1980, pp. 73-128</ref>。

　トレードオフを制御する方法はいくつかある<ref name=Wickelgren1977>'''W A Wickelgren'''<br>Speed-accuracy tradeoff and information processing dynamics.<br>''Acta Psychol(Amst)'': 1977, 41;67-85</ref>。典型的には、教示と、課題難易度の調整を用いる。正答率・誤答率を指標にしたい場合は、課題難易度をある程度難しくした上で、速さより正確さを優先するよう教示する。逆に反応時間を指標にしたい場合は、時間をかければ誤答がほぼなくなるような難易度にし、できるだけ速くかつ正確に反応するよう教示する。難易度は予備実験の結果を見て決定するが、全被験者一律にすることもあれば、被験者毎に決定することもある。反応に時間制限を設けたり、決められた時（例えば音で知らされる）に必ず反応させることで反応時間を一定に制御する方法もある<ref name=SchoutenBekker1967><pubmed>6062205</pubmed></ref>。

　平均選択反応時間 <math>RT</math> は、選択肢数 <math>n</math> が多いほど長い。Hick

　これをHick-Hymanの法則と言う。処理すべき情報量が多いほど反応に時間がかかるのである。

　典型的な実験では、まず予告刺激（warning signal）

　成人では[[加齢]]に従って反応時間が伸びる。

　[[カフェイン]]や[[ニコチン]]はしばしば選択反応時間を短縮する

　口頭反応では、音圧が最初のピークか一定の[[閾値]]（例えば、ピーク音圧の10%や50%）に達した時を反応とする。