Psychopy | 第3期: 从 flanker 范式看完整的程序

Hello，

这里是行上行下，我是喵君姐姐~

最近在家实在无聊，所以只好安安心心学习啦。你最近在家干什么呢？

今天，继续邀请阿槑给你带来Psychopy系列教程，带来从flanker范式看完整的程序，希望你会继续喜欢并且一直支持哟~

Part1 

相关概念的简单引入

絮絮叨叨终于完成了关于 Python 的基础知识的学习，想要回顾的同学们欢迎戳文末更多阅读中前几期的传送门~

从今天开始，我将使用2期左右带大家完整的完成一个心理学行为实验程序。并且在这个过程中能够让大家对 psychopy 有一个比较好的了解。

本期我们先来看有关刺激呈现的相关知识。

（flanker范式任务最终呈现）

对于 Python 来说，其功能的实现是由一个一个的模块(Module)来进行的。所谓模块，是前人为了实现某些功能而编写的一段代码，其中包括了我们实现功能所需要的东西。通过引用，相应的功能得以在我们的程序中实现。

当我们需要在程序中使用某一个模块时，我们一般使用 import <模块名> 来进行导入，而对于psychopy，我们使用from psychopy import <模块名> 来进行导入。与刺激呈现有关的是 psychopy 中的 visual 模块，那我们需要在开头编写：

from psychopy import visual

所需要的“工具”准备好以后我们先来回顾一下常用的flanker范式(Eriksen & Eriksen, 1974)的呈现过程，如图：

这是一个最简单常用的 flanker 范式的过程（未使用原文献中的字母刺激），我们就以此为例来看一下如何利用psychopy 实现 flanker 范式的呈现。

Part2

各个部分的详细讲解

我们要想进行刺激的呈现，首先要建立一个窗口。

根据流程图，我们建立一个以中灰为背景色的，1024 * 768 像素大小的窗口，代码如下：

from psychopy import visual  
Win = visual.Window((1024,768), color=(128, 128, 128), fullscr=False,  
                     units='pix',colorSpace='rgb255')   

（看完整代码，可点击最下方横条左右拖拉哟）

我们使用 visual 模块中的 Window 方法进行窗口的定义以及相关参数的设置。该方法的参数如下：

其中，第二个参数是窗口的背景色，我们使用在 psychopy 中被定义为 'rgb255' 的方式进行编写，这种方式将光学三原色（红绿蓝）以0--255表达出来，其中当红绿蓝三成分均为128时可以得到中灰，而 (255,255,255) 为白色，(0,0,0) 为黑色。使用这种方法时，参数colorSpace需要设置为 'rgb255'。

另外，第三个参数 fullscr 控制是否全屏显示，在日常的实验编写过程中建议保持非全屏False，这样如果编写过程中出现错误可以方便退出；而在正式实验的时候可以将其改为 True。

到此，我们设置出的窗口是一个 1024*768 的，单位为像素的，且中心坐标为（0,0）的窗口，如图：

设置完窗口以后，我们继续设置所需要的刺激。

首先，对于注视点，我们使用 visual 模块中的TextStim 方法，这种方法主要对文字刺激进行编写，而注视点可以使用文字“+”来替代；而对于我们需要的箭头，由于不同的试次有所不同，因此在后面我们进行与试次有关的设置时我们再进行编写。除了注视点，这里我们可以首先将结束语编写出来，代码如下：

 # -*- coding: utf-8 -*-  
 from psychopy import visual  
   
 Win = visual.Window((1024,768), color=(128,128,128), fullscr=False,  
                     units='pix',colorSpace='rgb255')    
 fix = visual.TextStim(Win, text='+', color='black', height=50,bold=True)  
 endPrompt = visual.TextStim(Win, text='实验结束，谢谢！', 
                                color='black', height=60)  

（看完整代码，可点击最下方横条左右拖拉哟）

各个参数的解析如下（以注视点为例）：

结束语与其相类似。

其中，这里展示了另一种颜色的编写方式，即直接使用颜色的对应单词来进行编写。这种方式虽然比较简单，但是如果需要编写的实验对颜色的精确性要求很高，则还是建议使用'rgb255'的方式进行编写。

同时，由于结束语是中文文本，因此需要进行文件编码类型的转化，因此代码开头加了

# -*- coding: utf-8 -*-

这一小段特殊注释建议在编写python程序的过程中都在开头处加上。

目前，我们把除了反应屏以外的其他刺激都编写完成，下面需要对本范式中最复杂的部分进行编写。

首先，一般的 flanker 范式有两个自变量，即2（两侧：左，右）×2（中央：一致，不一致）实验设计，我们首先把这四种情况定义出来，并将其顺序打乱：

 import random  
 var = []  #建立自变量空列表
 for flanker in ['left', 'right']:  
     for center in ['same','diff']:  
         var.append([flanker, center])  #在列表中加入相应list元素
 random.shuffle(var)  #列表随机

（看完整代码，可点击最下方横条左右拖拉哟）

这里打乱的方法我们使用 random 模块中的 shuffle() 方法，这种方法可以将列表中的所有元素以随机方式排列，此时由于我们使用了一个新的模块，需要在开头对应地将该模块进行 import。

自此，我们得到了一个具有四个元素的列表，其中每个元素又是一个两个元素的列表：

之后，我们对该屏的箭头位置进行定义。

同样以列表的方式进行：

 sites = []  #建立箭头位置空列表
 for site in range(5):  
     sites.append((-100+50*site,0))  #添加5个位置

这里我们用到了 range() 方法，该方法所实现的是一个整数的迭代，当其中只有一个参数时，与 for 循环相配合可以将从0开始的整数不停赋值给变量，赋值次数即为该整数，每次赋值都会在前一次的基础上加1。

如，例子中，该 for 循环会连续给变量 site 赋值 0,1,2,3,4，虽然看起来与列表有些类似，但是这种方法比列表所需要的内存更小。

通过这种方式我们获取了具有5个元组的一个列表，即：

到此，与试次无关的变量基本设置完成，我们来进入每个试次的循环。在试次循环中，我们首先定义完整的反应屏5个箭头的刺激，代码如下：

 stims = []  #定义刺激空列表
 for stim in range(5):   
 
    if (trial[0] == 'left' and trial[1] == 'diff' and stim == 2) or\  
     (trial[0] == 'right' and trial[1] == 'diff' and stim != 2) or\  
     (trial[0] == 'right' and trial[1] == 'same'):  
        Horiz = True  #需要进行翻转的情况
     else:  
         Horiz = False  #不需要进行翻转的情况   
                 
     arr = visual.TextStim(Win, text='←', color='black', height=50,   
                           pos=(-200+100*stim,0),flipHoriz=Horiz,bold=True)  
     stims.append(arr)  #在列表中加入定义好的箭头

（看完整代码，可点击最下方横条左右拖拉哟）

我们给每个试次赋值列表var中的元素，即每个试次对应的水平类型，如 ['right', 'same']，此时对于每个 trial 来说，其类型均为 list，并且该 list 中 0 号位置可代表两侧箭头的朝向，而 1 号位置可以规定出中间箭头的朝向。

如果我们假定箭头的初始位置为向左，那么需要进行水平翻转的有以下三种情况：

Ø 两侧箭头向左，中央箭头与两侧不同时，中央箭头需要翻转

Ø 两侧箭头向右，中央箭头与两侧不同时，两侧的四个箭头需要翻转

Ø 两侧箭头向右，中央箭头与两侧相同时，所有箭头翻转

转化为程序语言即为：

 (trial[0] == 'left' and trial[1] == 'diff' and stim == 2) or\  
 (trial[0] == 'right' and trial[1] == 'diff' and stim != 2) or\  
 (trial[0] == 'right' and trial[1] == 'same') 

我们通过设置变量 Horiz 来限定箭头是否翻转：

 stims = []  #定义刺激空列表
 for stim in range(5):  
 
     if (trial[0] == 'left' and trial[1] == 'diff' and stim == 2) or\  
     (trial[0] == 'right' and trial[1] == 'diff' and stim != 2) or\  
     (trial[0] == 'right' and trial[1] == 'same'):  
         Horiz = True  #需要进行翻转的情况
     else:  
         Horiz = False  #不需要进行翻转的情况

（看完整代码，可点击最下方横条左右拖拉哟）

之后，我们同样通过文本刺激 TextStim 来定义箭头刺激，并重复5次以定义5个箭头并放入列表 stims，参数解析如下：

其中，运用参数flipHoriz 时需要注意，这一翻转是在原始状态进行翻转，而不是当前状态（The flip is relative to the original, not relative to the current state）。也就是说，如果对一个刺激进行两次翻转，其与进行一次翻转的效果相同。

到此我们所有的刺激都已定义完成，下一步我们需要把定义好的刺激呈现在屏幕上。

如果我们要呈现刺激，首先要知道这个刺激我们想要呈现的时间以及如何规定呈现时间。虽然 python 中有进行时间相关功能的模块 time，但是我们这里使用一个更为简便的方法来控制时间。

对于我们的计算机屏幕来说，其呈现画面是通过不停地刷新来进行的，刷新的频率我们称为刷新率（单位：赫兹，Hz）。

一般来说，我们普通的笔记本电脑的刷新率为60Hz，实验室等比较专业的屏幕刷新率可以达到100Hz。我们可以通过控制电脑屏幕的刷新次数来控制某个刺激的刷新时间。

在 psychopy 中，我们可以将电脑理解为有两个“屏幕”。一个是我们平时看到的屏幕，即“前屏”，它主要是对我们设置的刺激进行呈现；还有一个是虚拟的“后屏”，即电脑对刺激进行绘制的屏幕。

一个刺激的呈现有两个步骤：电脑先在“后屏”上绘制（draw()）出我们想要的刺激，之后再通过刷新（flip()）将其呈现到屏幕上。我们不断重复这个步骤，刺激就会不停地呈现出来，当我们规定刷新的次数，那么也就规定出了刷新的时间。

例如，如果我们想要设置的注视点呈现 300ms，那么我们只需要计算出 300ms需要刷新多少次即可。空屏 500ms的呈现时间同理。计算方法如下：

Rate = 60  #电脑刷新率
 Dura = 1000/Rate  
 fix_Dura = 300  #注视点呈现时间
 blank_Dura = 500  #空屏呈现时间
 fix_times = int(round(fix_Dura/Dura))  #注视点刷次数
 blank_times = int(round(blank_Dura/Dura))  #空屏刷新次数

我们将 Rate 设置为 60 来指代屏幕的刷新率，即Hz，而 Hz 的实质为 次/秒，1/Rate 即为 秒/次 ，Dura为 1000*(1/Rate) 即为 毫秒/次，我们设置的呈现时间为 300ms，将其除以 毫秒/次，便可得出 300ms 对应的刷新次数。

之后通过 round() 进行四舍五入取整，再使用 int() 的确保其为整型，我们可以得到最终的刷新次数 fix_times，这里的刷新次数回到循环外进行定义即可。

当我们有了刷新次数，我们可以通过 for 循环来把一次次地刷新实现出来，从而把单个刺激呈现在屏幕上：

 for frame in range(fix_times):  
     fix.draw()  #绘制
     Win.flip()  #翻转（刷新）

对于反应屏，我们需要刺激一直呈现直到被试做出判断（左 或 右）后消失，因此可以通过 while 循环并加上 psychopy 中的 event.getKeys() 来实现，同时需要在开头加上 from psychopy import event，代码如下：

 from psychopy import event  
 while True:  
     [s.draw() for s in stims]  
     Win.flip()  
     if len(event.getKeys(['left','right'])) > 0: break  

我们在这里通过列表生成式对多个刺激进行同时的呈现，所谓列表生成式，是指一种比一般 for 循环更加简便的表达形式，例如：

 [s.draw() for s in stims]

等价于：

 for s in stims:  
     s.draw()  

这里 stims 是我们规定好的有5个箭头的列表，因此可以同时将其呈现出来。

我们最后一个屏是需要空屏，则不需要draw()，直接flip()即可：

for frame in range(blank_times):  
    Win.flip()  

这也是最为常见的三种呈现类型，即单一刺激的呈现、多刺激的同时呈现、呈现空屏。

当所有试次进行完成，我们需要呈现结束语，并且被试按任意键退出，那么我们来定义一个变量 a 对试次数进行监控，当 a 与我们水平个数相等时，呈现结束语，并且被试按任意键后，程序结束，关闭窗口：

a = 0  
for trial in var:  
    if a==len(var):  #判断本试次是否为最终试次
        while True:  
            endPrompt.draw()  
            Win.flip()  
            if len(event.getKeys()) > 0: break  
        Win.close()  #关闭对话框

Part3

完整程序代码及结果展示

整个程序完整的代码如下：

# -*- coding: utf-8 -*-  
from psychopy import visual, event  
import random  
  
Win = visual.Window((1024,768), color=(128,128,128), fullscr=False,  
                    units='pix',colorSpace='rgb255')    
fix = visual.TextStim(Win, text='+', color='black', height=50,bold=True)  
endPrompt = visual.TextStim(Win, 
                              text='实验结束，谢谢！', color='black', height=60)  
  
Rate = 60  
Dura = 1000/Rate  
fix_Dura = 300  
blank_Dura = 500  
fix_times = int(round(fix_Dura/Dura))  
blank_times = int(round(blank_Dura/Dura))  
  
var = []  
for flanker in ['left', 'right']:  
    for center in ['same','diff']:  
        var.append([flanker, center])  
random.shuffle(var)  
  
sites = []  
for site in range(5):  
    sites.append((-100+50*site,0))  
  
a = 0  
for trial in var:  
    a+=1  
      
    stims = []  
    for stim in range(5):  
          
        if (trial[0] == 'left' and trial[1] == 'diff' and stim == 2) or\  
        (trial[0] == 'right' and trial[1] == 'diff' and stim != 2) or\  
        (trial[0] == 'right' and trial[1] == 'same'):  
            Horiz = True  
        else:  
            Horiz = False  
              
        arr = visual.TextStim(Win, text='←', color='black', height=50,  
                              pos=(-200+100*stim,0),flipHoriz=Horiz,
                                 bold=True)  
        stims.append(arr)  
  
    for frame in range(fix_times):  
        fix.draw()  
        Win.flip()  
          
    while True:  
        [s.draw() for s in stims]  
        Win.flip()  
        if len(event.getKeys(['left','right'])) > 0: break  
          
    for frame in range(blank_times):  
        Win.flip()  
          
    if a==len(var):  
        while True:  
            endPrompt.draw()  
            Win.flip()  
            if len(event.getKeys()) > 0: break  
        Win.close()  

（看完整代码，可点击最下方横条左右拖拉哟）

执行后效果如下：

本期，主要给大家介绍了有关 psychopy.visual 的一些内容以及一小部分 psychopy.event 和 random 模块的内容。

下期，我们将会继续以这个范式为模板，介绍一下关于如何收集数据等相关的操作。希望大家可以关注“行上行下”公众号，持续关注哟~

Part4

系列课程的总结

至此，我们已经学习了Psychopy入门、数据类型与运算符、条件与循环、flanker范式的完整编程。

基本学完了 Python 在 Psychopy 中需要用到的大多数知识，虽然难度不是很大，但是比较繁杂，建议通过练习以熟悉这些基本的语句和方法。

如果想要了解其他有关 Python 的基础知识，也可以通过更多阅读的到达前几期的传送门来进行学习~

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作者：阿槑

排版：喵君姐姐

参考文献：

Eriksen, B. A., & Eriksen, C. W. (1974). Effects of noise letters upon the identification of a target letter in a nonsearch task. Perception & Psychophysics, 16(1), 143-149.