Thời gian phản ứng lựa chọn: định luật Hick–Hyman giải thích gì

Định luật Hick–Hyman nói rằng thời gian phản ứng tăng theo logarit của số lựa chọn: mỗi lần số phương án ngang nhau tăng gấp đôi, thời gian phản ứng tăng thêm một lượng gần như cố định. Định luật được William Edmund Hick công bố năm 1952 và Ray Hyman mở rộng năm 1953. Nó giải thích vì sao chọn giữa hai nút nhanh hơn chọn giữa tám nút, nhưng chọn giữa tám nút không chậm gấp bốn lần.

Từ phản ứng đơn tới phản ứng lựa chọn

Trong bài đo phản ứng đơn chỉ có một đèn, một nút: thấy là bấm. Phản ứng lựa chọn thì khác: có nhiều đèn, mỗi đèn gắn với một nút riêng. Đèn nào sáng, bấm đúng nút ấy. Ngay khi có hai lựa chọn, thời gian phản ứng đã tăng rõ so với phản ứng đơn, vì não phải thêm một việc: nhận ra đèn nào và chọn nút nào.

Ý tưởng tách phản ứng thành các bước như vậy có từ thế kỷ 19, với phép trừ của Donders (xem bài lịch sử đo phản xạ). Nhưng phải tới thập niên 1950, khi lý thuyết thông tin của Claude Shannon ra đời, người ta mới có công cụ để đo "lượng lựa chọn" bằng con số.

Thí nghiệm của Hick năm 1952

Hick, một nhà tâm lý học người Anh ở Cambridge, dùng một bộ đèn xếp vòng và bộ phím tương ứng. Ông thay đổi số đèn có thể sáng, từ một tới mười, và đo thời gian người tham gia bấm đúng phím. Kết quả không tăng theo đường thẳng. Từ 1 lên 2 đèn tăng nhiều, từ 2 lên 4 tăng thêm chừng ấy, từ 4 lên 8 cũng tăng chừng ấy. Đường biểu diễn khớp với hàm logarit.

Cách viết phổ biến của định luật:

Thời gian phản ứng = a + b × log₂(n + 1)

Trong đó n là số lựa chọn ngang khả năng, a là phần thời gian cố định (nhận tín hiệu, cử động tay), b là thời gian cho mỗi "bit" thông tin. Số 1 cộng thêm vào n được Hick giải thích là thêm khả năng "không có tín hiệu nào", vì người tham gia cũng phải quyết định có nên bấm hay chưa. Một số sách viết log₂(n) và điều chỉnh hằng số tương ứng.

Bit là gì ở đây

Một bit là lượng thông tin cần để chọn giữa hai khả năng ngang nhau. Chọn giữa 4 khả năng cần 2 bit, giữa 8 khả năng cần 3 bit. Hick phát hiện não "xử lý" mỗi bit trong một khoảng thời gian gần như không đổi. Đó là lý do mỗi lần nhân đôi lựa chọn chỉ cộng thêm một bậc.

Độ lớn của một "bậc" khác nhau tuỳ người và tuỳ bài đo, trong các thí nghiệm kinh điển thường ở mức vài chục tới khoảng một trăm rưỡi mili giây mỗi bit. Bảng trên cho thấy hình dạng của quy luật, không phải con số cố định.

Hyman năm 1953: không chỉ đếm số lựa chọn

Ray Hyman, một nhà tâm lý học Mỹ, đặt câu hỏi: nếu các lựa chọn không ngang nhau thì sao? Ông cho một số đèn sáng thường xuyên hơn những đèn khác. Kết quả: người tham gia phản ứng nhanh với đèn hay sáng và chậm với đèn hiếm. Thời gian phản ứng trung bình vẫn khớp với lượng thông tin, nhưng thông tin lúc này tính theo xác suất chứ không chỉ theo số đèn.

Nói đơn giản: thứ quyết định tốc độ là mức bất ngờ. Một tín hiệu càng khó đoán thì càng tốn thời gian xử lý. Đó là lý do tên gọi đầy đủ là định luật Hick–Hyman.

Khi định luật không còn đúng

Định luật Hick–Hyman đẹp nhưng có giới hạn rõ ràng. Mấy trường hợp nó gần như mất tác dụng:

• Tín hiệu và hành động rất "khớp" nhau: nếu đèn bên trái sáng thì bấm nút bên trái, hoặc một ngón tay bị rung thì nhấc đúng ngón ấy, thời gian phản ứng tăng rất ít khi thêm lựa chọn. Hiện tượng này gọi là tương hợp kích thích – đáp ứng.
• Tập luyện rất nhiều: sau hàng nghìn lượt, độ dốc của đường logarit giảm mạnh. Người gõ phím thạo không mất thêm thời gian đáng kể vì bàn phím có tới vài chục phím.
• Đọc chữ, gọi tên: đọc to một từ quen thuộc gần như không chậm đi dù kho từ có hàng chục nghìn từ.

Ngược lại, khi tín hiệu và hành động "ngược nhau" (đèn trái thì bấm nút phải), mọi thứ chậm đi và dễ sai. Ai từng chạy xe ở nước lái bên trái hay dùng bàn phím xếp lạ đều cảm nhận được.

Đánh đổi giữa nhanh và đúng

Thời gian phản ứng lựa chọn luôn đi kèm một câu hỏi: có đúng không? Nếu được yêu cầu "càng nhanh càng tốt", người ta bấm nhanh hơn nhưng sai nhiều hơn; nếu được yêu cầu "chính xác tuyệt đối", tốc độ giảm. Hiện tượng này gọi là đánh đổi tốc độ – độ chính xác, và mỗi người tự đặt một điểm cân bằng khác nhau. Vì vậy một kết quả đo phản ứng lựa chọn không kèm tỉ lệ sai là kết quả thiếu một nửa.

Góc nhìn hôm nay: Hick–Hyman trong đời thường

Định luật này được các nhà thiết kế giao diện, biển báo và quy trình nhắc đến nhiều. Một vài ý dùng được ngay:

• Nhóm lựa chọn: một danh sách 16 mục rời rạc chậm hơn 4 nhóm, mỗi nhóm 4 mục, nếu nhóm hợp lý. Tủ thuốc, ngăn kéo dụng cụ, danh bạ điện thoại đều hưởng lợi.
• Đưa lựa chọn hay dùng lên trước: đúng như phát hiện của Hyman, thứ thường gặp thì được xử lý nhanh hơn.
• Đặt nút gần với thứ nó điều khiển: công tắc đèn xếp theo đúng vị trí bóng đèn, bếp có núm vặn xếp theo vị trí các họng lửa, sẽ ít bấm nhầm hơn.
• Đừng lạm dụng định luật: với người đã thạo, nhiều lựa chọn chưa chắc chậm. Giản lược quá mức đôi khi lại bắt người dùng đi thêm nhiều bước.

Bạn có thể tự cảm nhận định luật bằng một bộ bài tây: rút một lá, bấm đồng hồ, gọi tên màu (đỏ hay đen, 2 lựa chọn). Lần sau gọi tên chất (4 lựa chọn). Lần sau nữa gọi tên đầy đủ. Với nhiều người, thời gian tăng dần từng bậc, nhưng không tăng gấp đôi gấp bốn.