Страница:
Раздражение анализатора вызывает физиологический процесс перекодировки информации в коды нервных сигналов, в результате чего возбуждаются соответствующие части коры головного мозга. Формируется чувственная ткань образа. Соотношение между работой нейронной системы анализатора и возникающим в результате психическим (сенсорным) образом представляет психофизиологическую проблему, над которой трудятся биологи и нейропсихологи.
Далее в работу включается вся целостная структура нашей психики. Единичный процесс восприятия заканчивается вычленением предметного содержания образа. Между начальной фазой процесса – дистантным стимулом – и завершающей – предметным содержанием образа – устанавливается тождество непосредственной данности. Именно в вопросе «почему мы воспринимаем мир, таким, каким мы его воспринимаем» заключается суть психофизической проблемы.
Три свойства, характеризующие действия анализаторов любой модальности, наглядно демонстрируют гибкость сенсорной системы и ее неотъемлемое включение в работу всей психики в целом – это адаптация, сенсибилизация и синестезия. Когда летним утром мы, решив искупаться, прыгаем в озеро, вода сначала кажется нам очень холодной, но вскоре она нас уже даже греет и не хочется вылезать на прохладный берег. В кинотеатре, после того как погас свет, вы не видите ничего, кроме экрана, но через некоторое время начинаете различать фигуры и даже лица соседей по ряду. Это примеры адаптации наших ощущений к средней фоновой величине внешних раздражителей. Понижая или повышая свою чувствительность, приноравливаясь к внешним условиям, сенсорная система «выбирает» исходный уровень, относительно которого будет восприниматься интенсивность воздействия среды.
Механизм сенсибилизации в отличие от адаптации работает только в сторону повышения чувствительности. В одних случаях эффект сенсибилизации проявляется при определенной комбинации двух сигналов одной модальности – у одного из них повышается чувствительность (эффект маскировки). В других случаях сенсибилизацию вызывает общая окружающая обстановка и наше к ней отношение – на охоте, в разведке, просто на темной улице мы гораздо чувствительнее к звукам, запахам и прочим внешним сигналам, чем в спокойной домашней обстановке.
Синестезия – самое интересное свойство сенсорной системы – проявляется в возникновении ощущений, присущих одной модальности, при воздействии раздражителей другой. «Искры» в глазах от боли, эффект цветомузыки – примеры синестезии разной степени приятности.
Психофизическая проблема представляет собой предмет интереса психофизики – одного из разделов науки экспериментальной психологии. Кроме этой глобальной проблемы, психофизика занимается более частными задачами, имеющими конкретное практическое приложение, а именно установлением количественных и качественных соотношений между параметрами физических раздражителей (стимулов) и характеристиками вызываемых ими ощущений.
В 1860 г. была опубликована работа немецкого ученого – физика, математика, психолога и философа – Густава Теодора Фехнера «Основы психофизики». Этой публикацией было положено начало науке психологии, науке со своим предметом исследования и методами, среди которых главным является эксперимент. До Фехнера психология была набором умозрительных спекуляций. В конце XVIII в. Кант утверждал, что невозможно построить науку психологию, такую же точную, как физика или химия, во-первых, потому, что в психологии принципиально неприменима математика, во-вторых, потому, что никогда невозможно будет заставить человека вести себя так, как нужно психологу (т. е. невозможно применять в психологии эксперимент как метод исследования). Такое положение дел можно объяснить тем, что психология не могла найти свой предмет. Пытаясь заниматься тем, что мы сегодня называем высшими психическими процессами и функциями, психологи того времени не могли найти основу своих исследований, нащупать научную почву под ногами и поэтому вынужденно вязли в трясине квазинаучных спекуляций. Кроме того, здоровую конкуренцию создавало бурное развитие естественных наук. Казалось, еще немного – и очередной Базаров разрежет очередную лягушку и наконец обнаружит душу (что психология, по определению, пытается исследовать душу, признавали почти все). Это по меньшей мере лишало психологию социального заказа.
Фехнер, будучи пантеистом, считал, что материальное и идеальное – это две стороны единого целого. Он задался целью выяснить, где проходит граница между материальным и идеальным. Фехнер подошел к этой проблеме как естествоиспытатель. Процесс создания психического образа он представил схемой, изображенной на рис. 15.
Рис. 15. Процесс создания психического образа
Схема, предложенная Фехнером, почти повторяет рассмотренную выше схему процесса восприятия, которую используют современные психофизики. Самым главным в идее Фехнера было то, что он впервые включил элементарные ощущения в круг интересов психологии. До Фехнера считали, что исследованием ощущений, если это кому-нибудь интересно, должны заниматься физиологи, врачи, даже физики, но только не психологи. Для психологов это слишком примитивно. Искомая граница проходит там, где начинается ощущение, т. е. возникает первый психический процесс. Величину стимула, при которой начинается ощущение, Фехнер назвал нижним абсолютным порогом. Для определения этого порога им были разработаны методы, до сих пор активно используемые в психологических экспериментах. В методологическую основу своих исследований Фехнер положил два утверждения, называемые первой и второй парадигмой классической психофизики.
1. Сенсорная система человека – это измерительный прибор, который соответствующим образом реагирует на воздействующие физические стимулы.
2. Психофизические характеристики у людей распределены по нормальному закону, т. е. случайным образом отличаются от какой-то средней величины, аналогично антропометрическим характеристикам.
Из первого утверждения вытекает требование организовывать психофизический эксперимент таким образом, чтобы исключить влияние на его результаты всех психических систем, кроме сенсорной. Второе утверждение позволяет проводить исследования на небольшом количестве испытуемых и распространять выводы на всю генеральную совокупность – все население Земли. Эти два постулата очень упрощенно представляли изучаемую проблему, но это упрощение помогло начать экспериментальные исследования и получить значительные результаты. Сегодня мы понимаем, что обе эти парадигмы уже устарели. Первая противоречит принципу активности целостной психики, кроме того, оказалось, что невозможно выделить и исследовать в эксперименте одну, даже самую примитивную, психическую систему из целостной структуры человеческой психики. Несостоятельность второй парадигмы частично следует из несостоятельности первой – активизация в психофизическом эксперименте всех психических систем от самых низших до самых высших приводит к очень большому разнообразию реакций испытуемых, следовательно, к разнообразию их психофизических характеристик, что позволяет сегодня говорить о необходимости создания дифференциальной психофизики, т. е. психофизики, в которой декларируется индивидуальный подход к каждому испытуемому в эксперименте.
Кроме того, Фехнер считал, что человек не может непосредственно оценивать свои ощущения количественно, поэтому он разработал «косвенные» методы, с помощью которых можно количественно представить отношения между величиной раздражителя (стимула) и интенсивностью вызванного им ощущения. Рассмотрим измерение психофизических порогов на примере метода минимальных изменений (см. рис. 16).
Предположим, нас интересует величина звукового сигнала, начиная с которой испытуемый может его слышать, т. е. мы должны определить нижний абсолютный порог громкости. Измерение методом минимальных изменений проводится следующим образом. Испытуемому дается инструкция говорить «да», если он сигнал слышит, и «нет», – если не слышит. Сначала испытуемому предъявляется стимул, который он явно может расслышать (St1). Затем при каждом предъявлении, при использовании схемы нисходящей стимуляции, величина стимула уменьшается.
Рис. 16. Измерение психофизических порогов:
а – нисходящая стимуляция; б– восходящая стимуляция
Эта процедура проводится до тех пор, пока не изменятся ответы испытуемого. Например, вместо «да» он может сказать «нет» или «вроде бы нет» и т. д. Величина стимула, при которой изменяются ответы испытуемого, соответствует порогу исчезновения ощущения (Р1). На втором этапе измерения в первом предъявлении испытуемому предлагается стимул, который он никак не может слышать (St2). Затем на каждом шаге величина стимула возрастает до тех пор, пока ответы испытуемого перейдут от «нет» к «да» или «может быть, да». Это значение стимула соответствует порогу появления ощущения (Р2). Но порог исчезновения ощущения редко бывает равен порогу появления. Причем возможны два случая:
1. Р1»Р2 (рис. 16, а).
2. P1«P2 (рис. 16, б).
Абсолютный порог равен среднеарифметическому порогов появления и исчезновения: Stp = (P1 + P2) / 2
Аналогичным способом определяется верхний абсолютный порог – значение стимула, при котором он перестает восприниматься адекватно. Верхний абсолютный порог иногда называют болевым порогом, потому что при соответствующих ему величинах стимулов мы испытываем боль – резь в глазах при слишком ярком свете, боль в ушах при слишком громком звуке.
Неравенство порогов исчезновения и появления можно объяснить «ошибкой ожидания» (см. рис. 16, а) или «ошибкой привыкания» (см. рис. 16, б). «Ошибка ожидания» заключается в том, что испытуемый, догадываясь о предстоящем появлении (исчезновении) ощущения, меняет характер ответов, не дождавшись подлинного появления (исчезновения). При «ошибке привыкания» испытуемый «привыкает» давать ответ определенного типа и не изменяет характер ответа даже при явном появлении (исчезновении) ощущения. Оба случая не могут быть объяснены в рамках парадигм классической психофизики, и поэтому они считались артефактами эксперимента, т. е. следствием неконтролируемых факторов, не имеющих отношения к решаемой задаче.
Абсолютные пороги – верхний и нижний – определяют границы доступного нашему восприятию окружающего мира. По аналогии с измерительным прибором абсолютные пороги определяют диапазон измерений сенсорной системы, но, кроме доступного диапазона измерений, работу прибора характеризует его точность, или чувствительность. Аналогом чувствительности прибора в сенсорной системе служит разностный порог. Этот порог равен величине, на которую нужно изменить значение стимула, чтобы испытуемый заметил изменение в своих ощущениях.
Для определения разностного порога можно применить метод минимальных изменений, но при этом в эксперимент вводится эталонный стимул. Испытуемому дается инструкция говорить «да», если он ощущает различие между эталонным и переменным стимулами, и говорить «нет», если ощущение различия пропадает. Введение эталонного стимула делает процедуру измерения разностного порога более громоздкой по сравнению с измерением абсолютного порога. На первом этапе устанавливают значение переменного стимула заведомо больше эталонного. Описанным выше способом определяют верхний порог исчезновения различия Р1в и верхний порог появления различия Р2в. Затем вычисляют верхний дифференциальный порог – значение стимула, при котором появляется изменение в ощущении эталонного стимула: Рв = (Р1в + Р2в) / 2, и верхний разностный порог: рв = Рв – S, где S – значение эталонного стимула.
Смысл разностного порога понятен из его названия. Затем устанавливают значение переменного стимула заведомо ниже эталонного и аналогичным образом определяют нижний дифференциальный порог Рн и нижний разностный порог рн. Разность между верхним и нижним дифференциальными порогами определяет интервал неопределенности (Рв – Рн), т. е. область изменений величины стимула, которые не замечаются испытуемым. Половина интервала неопределенности: р = (Рв – Рн) / 2, называется средним разностным порогом. Средний разностный порог характеризует разрешающую способность сенсорной системы. Далее вычисляют точку субъективного равенства: р = (Рв – Рн) / 2.
Точка субъективного равенства является образом эталонного стимула в сенсорном пространстве, ее значение показывает, насколько точно испытуемый оценивает эталонный стимул. Если верхний и нижний разностные пороги равны, что соответствует симметричному относительно эталонного стимула интервалу неопределенности, то точка субъективного равенства совпадает с величиной эталонного стимула. Если значение точки субъективного равенства больше значения эталонного стимула, значит, испытуемый переоценивает эталонный стимул, если меньше – недооценивает.
Введение понятия порога и разработка методов его количественной оценки было очень продуктивным и в построении теоретических моделей психики, и в практических приложениях. Например, выяснили, что высоту звука мы воспринимаем в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Значения порогов определены для всех модальностей. Это позволяет, например, конструировать аудио-, видеоаппаратуру с характеристиками, оптимальными для использования потребителями, диагностировать многие заболевания (болезни вызывают резкие изменения пороговых величин ощущений различных модальностей) и т. д. Но, несмотря на эти и другие успехи, со времен Фехнера и до настоящего времени оспаривается само существование порога как психологического явления.
Существует так называемая пороговая проблема. Порог складывается из двух составляющих. Первая, физиологическая, часть порога возражений не вызывает. Действительно, для возбуждения нервного процесса необходима вполне определенная величина раздражителя, которая зависит от свойств нервной системы. Следовательно, ее вариации такие же, как и у других физиологических характеристик. Но вторая, психологическая, составляющая порождает пороговую проблему. Ее величина (а значит, и общее значение порога) настолько изменчива даже у одного и того же испытуемого, что это вызывает сомнения в целесообразности использования понятия порога в психологических построениях. Кроме того, существует много экспериментальных фактов, которые невозможно объяснить в рамках пороговых теорий. Самым известным из них является «ложная тревога» – случай, когда испытуемый дает положительную реакцию на «пустую пробу», т. е. при отсутствии стимула. Одной из попыток решить проблему «ложной тревоги» была высокопороговая теория Блэквела.
Блэквел постулировал наличие высокого порога. Явление «ложной тревоги» он объяснял попытками испытуемых угадывать, т. е. поведенческими, а не сенсорными факторами. Он рассуждал так. Испытуемый дает положительный ответ или когда у него действительно появилось ощущение от воздействия стимула (согласно постулату Блэквела в этом случае величина стимула должна превышать пороговое значение), или когда он пытается угадать правильный ответ. Следовательно, вероятность положительного ответа (Р) будет равна сумме вероятности истинного обнаружения стимула (Ри) и вероятности угадывания (Руг): Р = Ри + Руг.
Вероятность того, что величина предъявленного стимула была ниже пороговой, равна (1 – Ри), так как, по Блэквелу, вероятность появления стимула, величина которого выше порогового значения, совпадает с вероятностью истинного обнаружения Ри. Угадывание происходит в случае, когда одновременно проявляется эффект «ложной тревоги» и появляется нижепороговый стимул, следовательно,
Руг = Рлт (1 – Ри),
где Рлт – вероятность «ложной тревоги».
Подставив Руг в исходную формулу, получим: Р = Ри + Рлт (1 – Ри).
Из этого соотношения определяем истинную вероятность правильного ответа: Ри = (Р – Рлт) / (1 – Рлт)
Эта формула называется формулой поправки на случайный успех, при этом значения Р и Рлт оцениваются непосредственно в эксперименте.
Примером объяснения работы сенсорной системы без использования понятия порогов может служить применение в психофизике разработанной в радиотехнике теории обнаружения сигналов. Сторонники этого подхода считают, что в околопороговой области возбуждения, вызванные сигналом, пересекаются с внутренним шумом нервной системы. Если уровень сигнала ниже уровня шума, то не воспринимается ощущение, вызванное именно сигналом. Если же сигнал сравним по величине с шумом или превышает его, то появление ощущения определяется степенью перекрытия распределений вероятностей сигнала и шума, в связи с чем меняется стратегия поведения испытуемого. Если испытуемый выбирает стратегию риска, то возрастают и вероятность обнаружения стимула, и вероятность «ложной тревоги». Если испытуемый предпочитает работать осторожно, то вместе с уменьшением вероятности «ложной тревоги» уменьшается вероятность обнаружения. Таким образом, в теории обнаружения сигналов «ложная тревога» из досадной помехи превращается в одну из основных характеристик работы испытуемого. Функциональная связь между вероятностью «ложной тревоги» и вероятностью обнаружения сигнала (эта связь называется рабочей характеристикой приемника – РХП) полностью описывает работу испытуемого в психофизическом эксперименте.
И противники, и сторонники пороговых теорий сходятся в том, что независимо от теоретической целесообразности понятия порога его можно использовать в практических приложениях. Поэтому в качестве компромисса было принято операциональное определение порога: «Порогом называется величина стимула, при которой испытуемый начинает действовать согласно инструкции с заданной вероятностью». Поясним это определение на примере применения метода постоянных раздражителей (метода констант) для оценки величин абсолютного и разностного порогов.
Диапазон изменений величины стимула, перекрывающий пороговую область (оценить примерно пороговую область можно в предварительном исследовании), разбивают на несколько частей, как правило, на 7 или 8. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 – значения стимулов, которые соответствуют границам поддиапазонов. Для каждого такого значения оценивают экспериментальным путем вероятности положительных ответов. Очевидно, что чем больше величина стимула, тем выше вероятность его обнаружения. В околопороговой области эта вероятность подчиняется нормальному закону распределения. Строят кривую распределения вероятностей. На рис. 17 приведен такой график.
Рис. 17. Зависимость вероятности обнаружения от величины стимула в околопороговой области
По оси абсцисс отложены значения используемых стимулов, по оси ординат – соответствующие вероятности положительных ответов. Чтобы оценить величину абсолютного операционального порога, необходимо задать требуемую вероятность положительных ответов испытуемых. Чаще всего используют 50 %-ный и 75 %-ный пороги, т. е. значения стимулов, при которых испытуемые его обнаруживают в 50 % или 75 % случаев соответственно. Для оценки величины разностного порога используют среднеквадратичное отклонение полученного распределения или иногда просто разность между 75 %-ным и 50 %-ным порогами.
Психофизика как наука получила свое начало с определения понятия и оценки величин сенсорных порогов. Сегодня та часть психофизики, которая занимается исследованиями в этой области, называется психофизика-1 или пороговая психофизика.
Три самых известных психофизических закона представляют собой теоретические модели структуры сенсорного пространства. В основе этих моделей лежит эмпирический закон Бугера – Вебера. На границе XVIII–XIX вв. французский физик Бугер открыл некий эффект для зрительной модальности, а немецкий физиолог Вебер проверил его действие для других модальностей. Этот эффект заключается в том, что отношение величины едва заметного увеличения стимула к исходному его значению остается постоянным в весьма широком диапазоне значений величины стимула, т. е. ΔR / R = k.
Это соотношение получило название закона Бугера – Вебера.
Закон Фехнера. Решая свою задачу о взаимоотношении субъективного и объективного, Фехнер рассуждал примерно следующим образом. Предположим, что наше сенсорное пространство состоит из очень маленьких дискретных элементов е – едва заметных различений. Эти элементы равны между собой, т. е. постоянны: e = k, где k – константа.
С учетом коэффициента пропорциональности две константы можно приравнять друг к другу. Таким образом, постоянное отношение закона Бугера – Вебера можно приравнять к константе, связанной с едва заметным различением: ΔR / R = Ke, где K – коэффициент пропорциональности.
Далее Фехнер сделал шаг, за который его до сих пор ругают математики (Фехнер сам был прекрасным математиком, следовательно, сознательно пошел на это «преступление»). От этого уравнения, связывающего малые величины е и R, он перешел к дифференциальному уравнению: dR / R = KxdE, где dE – дифференциал, соответствующий очень маленькой величине е.
Решением этого уравнения будет соотношение: E = C1 x InR + C2, где C1 и С2 – константы интегрирования.
Определим С2. Ощущение начинается с какого-то значения стимула, соответствующего пороговому (R1). При R = R1 ощущение отсутствует и появляется только при малейшем превышении R над R1, т. е. в этом случае Е = 0. Подставим в полученное решение: 0 = C1 x InR + C2. Отсюда С2 = – C1 х InR1, следо вательно: E = C1 x InR1 = C1 x In(R / R1).
Соотношение: E = C1 x In(R / R1) – называется законом Фехнера или иногда законом Вебера – Фехнера.
Отметим, что закон Фехнера активно использует понятие порога. R1 – это, очевидно, абсолютный порог; е – элементарные ощущения, аналог порога различения.
Закон Стивенса. Американский психофизик Стивенс предложил свое решение задачи. Исходным пунктом для него был также закон Бугера – Вебера. Но модель сенсорного пространства он представлял себе иначе. Стивене предположил, что в сенсорном пространстве действует отношение, аналогичное закону Бугера – Вебера в пространстве стимулов: ΔE / E = k, т. е. отношение едва заметного приращения ощущения к его исходной величине является постоянной величиной. Опять же с точностью до коэффициента пропорциональности мы можем приравнять две постоянные величины: (ΔE / E) = K(ΔR / R).
Так как Стивене не постулировал дискретность сенсорного пространства, он вполне корректно мог перейти к дифференциальному уравнению: dE / E = dR / R, решение этого уравнения Е = k х Rn получило название закона Стивенса. Показатель степени n для каждой модальности имеет свое значение, но, как правило, меньше единицы.
Далее в работу включается вся целостная структура нашей психики. Единичный процесс восприятия заканчивается вычленением предметного содержания образа. Между начальной фазой процесса – дистантным стимулом – и завершающей – предметным содержанием образа – устанавливается тождество непосредственной данности. Именно в вопросе «почему мы воспринимаем мир, таким, каким мы его воспринимаем» заключается суть психофизической проблемы.
Три свойства, характеризующие действия анализаторов любой модальности, наглядно демонстрируют гибкость сенсорной системы и ее неотъемлемое включение в работу всей психики в целом – это адаптация, сенсибилизация и синестезия. Когда летним утром мы, решив искупаться, прыгаем в озеро, вода сначала кажется нам очень холодной, но вскоре она нас уже даже греет и не хочется вылезать на прохладный берег. В кинотеатре, после того как погас свет, вы не видите ничего, кроме экрана, но через некоторое время начинаете различать фигуры и даже лица соседей по ряду. Это примеры адаптации наших ощущений к средней фоновой величине внешних раздражителей. Понижая или повышая свою чувствительность, приноравливаясь к внешним условиям, сенсорная система «выбирает» исходный уровень, относительно которого будет восприниматься интенсивность воздействия среды.
Механизм сенсибилизации в отличие от адаптации работает только в сторону повышения чувствительности. В одних случаях эффект сенсибилизации проявляется при определенной комбинации двух сигналов одной модальности – у одного из них повышается чувствительность (эффект маскировки). В других случаях сенсибилизацию вызывает общая окружающая обстановка и наше к ней отношение – на охоте, в разведке, просто на темной улице мы гораздо чувствительнее к звукам, запахам и прочим внешним сигналам, чем в спокойной домашней обстановке.
Синестезия – самое интересное свойство сенсорной системы – проявляется в возникновении ощущений, присущих одной модальности, при воздействии раздражителей другой. «Искры» в глазах от боли, эффект цветомузыки – примеры синестезии разной степени приятности.
Психофизическая проблема представляет собой предмет интереса психофизики – одного из разделов науки экспериментальной психологии. Кроме этой глобальной проблемы, психофизика занимается более частными задачами, имеющими конкретное практическое приложение, а именно установлением количественных и качественных соотношений между параметрами физических раздражителей (стимулов) и характеристиками вызываемых ими ощущений.
§ 5.2. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ И ПОРОГИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
Решение психофизической проблемы – отношения психики и физического мира – начинается с определения границы между психическими и физическими явлениями, т. е. в какой момент в структуре мира происходит качественный скачок и возникает то, что мы называем психикой. С постановкой этого вопроса связано возникновение научной психологии и ее основополагающего раздела – психофизики.В 1860 г. была опубликована работа немецкого ученого – физика, математика, психолога и философа – Густава Теодора Фехнера «Основы психофизики». Этой публикацией было положено начало науке психологии, науке со своим предметом исследования и методами, среди которых главным является эксперимент. До Фехнера психология была набором умозрительных спекуляций. В конце XVIII в. Кант утверждал, что невозможно построить науку психологию, такую же точную, как физика или химия, во-первых, потому, что в психологии принципиально неприменима математика, во-вторых, потому, что никогда невозможно будет заставить человека вести себя так, как нужно психологу (т. е. невозможно применять в психологии эксперимент как метод исследования). Такое положение дел можно объяснить тем, что психология не могла найти свой предмет. Пытаясь заниматься тем, что мы сегодня называем высшими психическими процессами и функциями, психологи того времени не могли найти основу своих исследований, нащупать научную почву под ногами и поэтому вынужденно вязли в трясине квазинаучных спекуляций. Кроме того, здоровую конкуренцию создавало бурное развитие естественных наук. Казалось, еще немного – и очередной Базаров разрежет очередную лягушку и наконец обнаружит душу (что психология, по определению, пытается исследовать душу, признавали почти все). Это по меньшей мере лишало психологию социального заказа.
Фехнер, будучи пантеистом, считал, что материальное и идеальное – это две стороны единого целого. Он задался целью выяснить, где проходит граница между материальным и идеальным. Фехнер подошел к этой проблеме как естествоиспытатель. Процесс создания психического образа он представил схемой, изображенной на рис. 15.
Схема, предложенная Фехнером, почти повторяет рассмотренную выше схему процесса восприятия, которую используют современные психофизики. Самым главным в идее Фехнера было то, что он впервые включил элементарные ощущения в круг интересов психологии. До Фехнера считали, что исследованием ощущений, если это кому-нибудь интересно, должны заниматься физиологи, врачи, даже физики, но только не психологи. Для психологов это слишком примитивно. Искомая граница проходит там, где начинается ощущение, т. е. возникает первый психический процесс. Величину стимула, при которой начинается ощущение, Фехнер назвал нижним абсолютным порогом. Для определения этого порога им были разработаны методы, до сих пор активно используемые в психологических экспериментах. В методологическую основу своих исследований Фехнер положил два утверждения, называемые первой и второй парадигмой классической психофизики.
1. Сенсорная система человека – это измерительный прибор, который соответствующим образом реагирует на воздействующие физические стимулы.
2. Психофизические характеристики у людей распределены по нормальному закону, т. е. случайным образом отличаются от какой-то средней величины, аналогично антропометрическим характеристикам.
Из первого утверждения вытекает требование организовывать психофизический эксперимент таким образом, чтобы исключить влияние на его результаты всех психических систем, кроме сенсорной. Второе утверждение позволяет проводить исследования на небольшом количестве испытуемых и распространять выводы на всю генеральную совокупность – все население Земли. Эти два постулата очень упрощенно представляли изучаемую проблему, но это упрощение помогло начать экспериментальные исследования и получить значительные результаты. Сегодня мы понимаем, что обе эти парадигмы уже устарели. Первая противоречит принципу активности целостной психики, кроме того, оказалось, что невозможно выделить и исследовать в эксперименте одну, даже самую примитивную, психическую систему из целостной структуры человеческой психики. Несостоятельность второй парадигмы частично следует из несостоятельности первой – активизация в психофизическом эксперименте всех психических систем от самых низших до самых высших приводит к очень большому разнообразию реакций испытуемых, следовательно, к разнообразию их психофизических характеристик, что позволяет сегодня говорить о необходимости создания дифференциальной психофизики, т. е. психофизики, в которой декларируется индивидуальный подход к каждому испытуемому в эксперименте.
Кроме того, Фехнер считал, что человек не может непосредственно оценивать свои ощущения количественно, поэтому он разработал «косвенные» методы, с помощью которых можно количественно представить отношения между величиной раздражителя (стимула) и интенсивностью вызванного им ощущения. Рассмотрим измерение психофизических порогов на примере метода минимальных изменений (см. рис. 16).
Предположим, нас интересует величина звукового сигнала, начиная с которой испытуемый может его слышать, т. е. мы должны определить нижний абсолютный порог громкости. Измерение методом минимальных изменений проводится следующим образом. Испытуемому дается инструкция говорить «да», если он сигнал слышит, и «нет», – если не слышит. Сначала испытуемому предъявляется стимул, который он явно может расслышать (St1). Затем при каждом предъявлении, при использовании схемы нисходящей стимуляции, величина стимула уменьшается.
а – нисходящая стимуляция; б– восходящая стимуляция
Эта процедура проводится до тех пор, пока не изменятся ответы испытуемого. Например, вместо «да» он может сказать «нет» или «вроде бы нет» и т. д. Величина стимула, при которой изменяются ответы испытуемого, соответствует порогу исчезновения ощущения (Р1). На втором этапе измерения в первом предъявлении испытуемому предлагается стимул, который он никак не может слышать (St2). Затем на каждом шаге величина стимула возрастает до тех пор, пока ответы испытуемого перейдут от «нет» к «да» или «может быть, да». Это значение стимула соответствует порогу появления ощущения (Р2). Но порог исчезновения ощущения редко бывает равен порогу появления. Причем возможны два случая:
1. Р1»Р2 (рис. 16, а).
2. P1«P2 (рис. 16, б).
Абсолютный порог равен среднеарифметическому порогов появления и исчезновения: Stp = (P1 + P2) / 2
Аналогичным способом определяется верхний абсолютный порог – значение стимула, при котором он перестает восприниматься адекватно. Верхний абсолютный порог иногда называют болевым порогом, потому что при соответствующих ему величинах стимулов мы испытываем боль – резь в глазах при слишком ярком свете, боль в ушах при слишком громком звуке.
Неравенство порогов исчезновения и появления можно объяснить «ошибкой ожидания» (см. рис. 16, а) или «ошибкой привыкания» (см. рис. 16, б). «Ошибка ожидания» заключается в том, что испытуемый, догадываясь о предстоящем появлении (исчезновении) ощущения, меняет характер ответов, не дождавшись подлинного появления (исчезновения). При «ошибке привыкания» испытуемый «привыкает» давать ответ определенного типа и не изменяет характер ответа даже при явном появлении (исчезновении) ощущения. Оба случая не могут быть объяснены в рамках парадигм классической психофизики, и поэтому они считались артефактами эксперимента, т. е. следствием неконтролируемых факторов, не имеющих отношения к решаемой задаче.
Абсолютные пороги – верхний и нижний – определяют границы доступного нашему восприятию окружающего мира. По аналогии с измерительным прибором абсолютные пороги определяют диапазон измерений сенсорной системы, но, кроме доступного диапазона измерений, работу прибора характеризует его точность, или чувствительность. Аналогом чувствительности прибора в сенсорной системе служит разностный порог. Этот порог равен величине, на которую нужно изменить значение стимула, чтобы испытуемый заметил изменение в своих ощущениях.
Для определения разностного порога можно применить метод минимальных изменений, но при этом в эксперимент вводится эталонный стимул. Испытуемому дается инструкция говорить «да», если он ощущает различие между эталонным и переменным стимулами, и говорить «нет», если ощущение различия пропадает. Введение эталонного стимула делает процедуру измерения разностного порога более громоздкой по сравнению с измерением абсолютного порога. На первом этапе устанавливают значение переменного стимула заведомо больше эталонного. Описанным выше способом определяют верхний порог исчезновения различия Р1в и верхний порог появления различия Р2в. Затем вычисляют верхний дифференциальный порог – значение стимула, при котором появляется изменение в ощущении эталонного стимула: Рв = (Р1в + Р2в) / 2, и верхний разностный порог: рв = Рв – S, где S – значение эталонного стимула.
Смысл разностного порога понятен из его названия. Затем устанавливают значение переменного стимула заведомо ниже эталонного и аналогичным образом определяют нижний дифференциальный порог Рн и нижний разностный порог рн. Разность между верхним и нижним дифференциальными порогами определяет интервал неопределенности (Рв – Рн), т. е. область изменений величины стимула, которые не замечаются испытуемым. Половина интервала неопределенности: р = (Рв – Рн) / 2, называется средним разностным порогом. Средний разностный порог характеризует разрешающую способность сенсорной системы. Далее вычисляют точку субъективного равенства: р = (Рв – Рн) / 2.
Точка субъективного равенства является образом эталонного стимула в сенсорном пространстве, ее значение показывает, насколько точно испытуемый оценивает эталонный стимул. Если верхний и нижний разностные пороги равны, что соответствует симметричному относительно эталонного стимула интервалу неопределенности, то точка субъективного равенства совпадает с величиной эталонного стимула. Если значение точки субъективного равенства больше значения эталонного стимула, значит, испытуемый переоценивает эталонный стимул, если меньше – недооценивает.
Введение понятия порога и разработка методов его количественной оценки было очень продуктивным и в построении теоретических моделей психики, и в практических приложениях. Например, выяснили, что высоту звука мы воспринимаем в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Значения порогов определены для всех модальностей. Это позволяет, например, конструировать аудио-, видеоаппаратуру с характеристиками, оптимальными для использования потребителями, диагностировать многие заболевания (болезни вызывают резкие изменения пороговых величин ощущений различных модальностей) и т. д. Но, несмотря на эти и другие успехи, со времен Фехнера и до настоящего времени оспаривается само существование порога как психологического явления.
Существует так называемая пороговая проблема. Порог складывается из двух составляющих. Первая, физиологическая, часть порога возражений не вызывает. Действительно, для возбуждения нервного процесса необходима вполне определенная величина раздражителя, которая зависит от свойств нервной системы. Следовательно, ее вариации такие же, как и у других физиологических характеристик. Но вторая, психологическая, составляющая порождает пороговую проблему. Ее величина (а значит, и общее значение порога) настолько изменчива даже у одного и того же испытуемого, что это вызывает сомнения в целесообразности использования понятия порога в психологических построениях. Кроме того, существует много экспериментальных фактов, которые невозможно объяснить в рамках пороговых теорий. Самым известным из них является «ложная тревога» – случай, когда испытуемый дает положительную реакцию на «пустую пробу», т. е. при отсутствии стимула. Одной из попыток решить проблему «ложной тревоги» была высокопороговая теория Блэквела.
Блэквел постулировал наличие высокого порога. Явление «ложной тревоги» он объяснял попытками испытуемых угадывать, т. е. поведенческими, а не сенсорными факторами. Он рассуждал так. Испытуемый дает положительный ответ или когда у него действительно появилось ощущение от воздействия стимула (согласно постулату Блэквела в этом случае величина стимула должна превышать пороговое значение), или когда он пытается угадать правильный ответ. Следовательно, вероятность положительного ответа (Р) будет равна сумме вероятности истинного обнаружения стимула (Ри) и вероятности угадывания (Руг): Р = Ри + Руг.
Вероятность того, что величина предъявленного стимула была ниже пороговой, равна (1 – Ри), так как, по Блэквелу, вероятность появления стимула, величина которого выше порогового значения, совпадает с вероятностью истинного обнаружения Ри. Угадывание происходит в случае, когда одновременно проявляется эффект «ложной тревоги» и появляется нижепороговый стимул, следовательно,
Руг = Рлт (1 – Ри),
где Рлт – вероятность «ложной тревоги».
Подставив Руг в исходную формулу, получим: Р = Ри + Рлт (1 – Ри).
Из этого соотношения определяем истинную вероятность правильного ответа: Ри = (Р – Рлт) / (1 – Рлт)
Эта формула называется формулой поправки на случайный успех, при этом значения Р и Рлт оцениваются непосредственно в эксперименте.
Примером объяснения работы сенсорной системы без использования понятия порогов может служить применение в психофизике разработанной в радиотехнике теории обнаружения сигналов. Сторонники этого подхода считают, что в околопороговой области возбуждения, вызванные сигналом, пересекаются с внутренним шумом нервной системы. Если уровень сигнала ниже уровня шума, то не воспринимается ощущение, вызванное именно сигналом. Если же сигнал сравним по величине с шумом или превышает его, то появление ощущения определяется степенью перекрытия распределений вероятностей сигнала и шума, в связи с чем меняется стратегия поведения испытуемого. Если испытуемый выбирает стратегию риска, то возрастают и вероятность обнаружения стимула, и вероятность «ложной тревоги». Если испытуемый предпочитает работать осторожно, то вместе с уменьшением вероятности «ложной тревоги» уменьшается вероятность обнаружения. Таким образом, в теории обнаружения сигналов «ложная тревога» из досадной помехи превращается в одну из основных характеристик работы испытуемого. Функциональная связь между вероятностью «ложной тревоги» и вероятностью обнаружения сигнала (эта связь называется рабочей характеристикой приемника – РХП) полностью описывает работу испытуемого в психофизическом эксперименте.
И противники, и сторонники пороговых теорий сходятся в том, что независимо от теоретической целесообразности понятия порога его можно использовать в практических приложениях. Поэтому в качестве компромисса было принято операциональное определение порога: «Порогом называется величина стимула, при которой испытуемый начинает действовать согласно инструкции с заданной вероятностью». Поясним это определение на примере применения метода постоянных раздражителей (метода констант) для оценки величин абсолютного и разностного порогов.
Диапазон изменений величины стимула, перекрывающий пороговую область (оценить примерно пороговую область можно в предварительном исследовании), разбивают на несколько частей, как правило, на 7 или 8. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 – значения стимулов, которые соответствуют границам поддиапазонов. Для каждого такого значения оценивают экспериментальным путем вероятности положительных ответов. Очевидно, что чем больше величина стимула, тем выше вероятность его обнаружения. В околопороговой области эта вероятность подчиняется нормальному закону распределения. Строят кривую распределения вероятностей. На рис. 17 приведен такой график.
По оси абсцисс отложены значения используемых стимулов, по оси ординат – соответствующие вероятности положительных ответов. Чтобы оценить величину абсолютного операционального порога, необходимо задать требуемую вероятность положительных ответов испытуемых. Чаще всего используют 50 %-ный и 75 %-ный пороги, т. е. значения стимулов, при которых испытуемые его обнаруживают в 50 % или 75 % случаев соответственно. Для оценки величины разностного порога используют среднеквадратичное отклонение полученного распределения или иногда просто разность между 75 %-ным и 50 %-ным порогами.
Психофизика как наука получила свое начало с определения понятия и оценки величин сенсорных порогов. Сегодня та часть психофизики, которая занимается исследованиями в этой области, называется психофизика-1 или пороговая психофизика.
§ 5.3. ПСИХОЛОГИЧЕСКИЙ СМЫСЛ ПСИХОФИЗИЧЕСКИХ ЗАКОНОВ
Порогу чувствительности соответствует точка в сенсорном пространстве. В этой точке отражается значение стимула, при котором сенсорная система переходит из одного состояния в другое. В случае абсолютного порога она переходит от отсутствия ощущения к появлению едва заметного ощущения. В случае разностного порога – от отсутствия ощущения разницы к появлению ощущения различия. Таким образом, пороговые измерения – измерения точечные. Их результаты могут очертить границы (диапазон изменений величины стимулов), в которых действует сенсорная система, но они ничего не говорят о ее структуре. Следующим шагом в решении психофизической проблемы было построение функциональных зависимостей между психофизическими коррелятами, другими словами, построение психофизических шкал. Раздел психофизики, который занимается задачами построения психофизических шкал (психофизическим шкалированием), получил название психофизика-2. Решение этих задач нашло отражение в формулировке психофизических законов.Три самых известных психофизических закона представляют собой теоретические модели структуры сенсорного пространства. В основе этих моделей лежит эмпирический закон Бугера – Вебера. На границе XVIII–XIX вв. французский физик Бугер открыл некий эффект для зрительной модальности, а немецкий физиолог Вебер проверил его действие для других модальностей. Этот эффект заключается в том, что отношение величины едва заметного увеличения стимула к исходному его значению остается постоянным в весьма широком диапазоне значений величины стимула, т. е. ΔR / R = k.
Это соотношение получило название закона Бугера – Вебера.
Закон Фехнера. Решая свою задачу о взаимоотношении субъективного и объективного, Фехнер рассуждал примерно следующим образом. Предположим, что наше сенсорное пространство состоит из очень маленьких дискретных элементов е – едва заметных различений. Эти элементы равны между собой, т. е. постоянны: e = k, где k – константа.
С учетом коэффициента пропорциональности две константы можно приравнять друг к другу. Таким образом, постоянное отношение закона Бугера – Вебера можно приравнять к константе, связанной с едва заметным различением: ΔR / R = Ke, где K – коэффициент пропорциональности.
Далее Фехнер сделал шаг, за который его до сих пор ругают математики (Фехнер сам был прекрасным математиком, следовательно, сознательно пошел на это «преступление»). От этого уравнения, связывающего малые величины е и R, он перешел к дифференциальному уравнению: dR / R = KxdE, где dE – дифференциал, соответствующий очень маленькой величине е.
Решением этого уравнения будет соотношение: E = C1 x InR + C2, где C1 и С2 – константы интегрирования.
Определим С2. Ощущение начинается с какого-то значения стимула, соответствующего пороговому (R1). При R = R1 ощущение отсутствует и появляется только при малейшем превышении R над R1, т. е. в этом случае Е = 0. Подставим в полученное решение: 0 = C1 x InR + C2. Отсюда С2 = – C1 х InR1, следо вательно: E = C1 x InR1 = C1 x In(R / R1).
Соотношение: E = C1 x In(R / R1) – называется законом Фехнера или иногда законом Вебера – Фехнера.
Отметим, что закон Фехнера активно использует понятие порога. R1 – это, очевидно, абсолютный порог; е – элементарные ощущения, аналог порога различения.
Закон Стивенса. Американский психофизик Стивенс предложил свое решение задачи. Исходным пунктом для него был также закон Бугера – Вебера. Но модель сенсорного пространства он представлял себе иначе. Стивене предположил, что в сенсорном пространстве действует отношение, аналогичное закону Бугера – Вебера в пространстве стимулов: ΔE / E = k, т. е. отношение едва заметного приращения ощущения к его исходной величине является постоянной величиной. Опять же с точностью до коэффициента пропорциональности мы можем приравнять две постоянные величины: (ΔE / E) = K(ΔR / R).
Так как Стивене не постулировал дискретность сенсорного пространства, он вполне корректно мог перейти к дифференциальному уравнению: dE / E = dR / R, решение этого уравнения Е = k х Rn получило название закона Стивенса. Показатель степени n для каждой модальности имеет свое значение, но, как правило, меньше единицы.