Законы психофизики

Резюме: наиболее широкие возможности для статистико-математической обработки данных открываются при использовании шкал отношений.

Возвращаясь к вопросу о вкладе В. Вундта в развитие психологии, следует еще раз подчеркнуть, что этот вклад заключался в том, что В. Вундт взял ориентир на последовательное построение психологии по образцу естественных наук его времени (физики, химии, математики). Отправным при этом ставился вопрос об использовании объективных измерительных шкал в отношении психологических феноменов. Т.е. вопрос: «С помощью чего можно оценить степень выраженности того или иного психического качества, процесса или состояния?». Но В. Вундт был прежде всего организатором науки, первые же научные основы экспериментальной психологии были заложены еще до него и в первую очередь – Г. Фехнером.

Интересно отметить, что общая методологическая позиция Г. Фехнера может быть охарактеризована как психофизический параллелизм. По его представлениям, основанным на объективном идеализме Шеллинга, сознание разлито во всей Вселенной. Сама материя выступает оборотной, «теневой» стороной психического, поэтому одушевлены даже небесные тела. Утром 22 октября 1850 г., когда он еще лежал в кровати, его осенила мысль о том, что соотношение между психическим и физическим можно оценить количественно. Это дало толчок планированию ряда исследований и, в конечном счете, привело к созданию новой науки, психофизики, как точной науки о «взаимосвязи между материальным и психическим, физическим и физиологическим мирами».

Психофизика (от греч. psyche - душа + physis – природа) - раздел психологии, посвященный измерениям ощущений в зависимости от величин физических раздражителей и имеющий две области: измерение сенсорной чувствительности (порогов) и исследование психофизических функций (в частности, основной психофизический закон).

Сенсорный порог (от лат. sensus - чувство, ощущение) - интенсивность раздражителя, при достижении которой начинает возникать а) ощущение или б) другие реакции организма на раздражитель (соматические, вегетативные, электроэнцефалографические); в соответствии с этим различают а) нижний порог чувствительности сенсорной системы и б) порог реагирования эффектора. Но в большинстве случаев, речь идет о том, какое минимальное количество энергии способно с помощью данной сенсорной системы вызвать субъективное ощущение.

Хотя очень часто употребляется именно это понятие сенсорного порога, более точно говорить об абсолютном нижнем сенсорном пороге (также о пороге обнаружения). В то же время, абсолютный верхний порог ощущений - максимально допустимая интенсивность внешнего раздражителя, превышение которой ведет к появлению болезненных ощущений, которые свидетельствуют о нарушении нормальной деятельности организма. В повседневном языке это находит свое выражение в словосочетаниях: «слепящий свет» или «оглушающий звук».

Ощущение	Абсолютный нижний сенсорный порог
Зрение	Пламя свечи на расстоянии 48 км
Слух	Тиканье часов на расстоянии 6 м
Вкус	Одна чайная ложка сахара на 8 л воды
Запах	Одна капля духов в трехкомнатной квартире
Прикосновение	Перышко, упавшее на щеку с высоты 1 см

Методы психофизики. Для осуществления процесса измерения сенсорных порогов разработан ряд методов. Так, в рамках классической психофизики применяются:

- метод «границ», или «минимальных изменений», в котором происходит монотонное пошаговое изменение (минимальными и равными ступенями) величины действующего раздражителя до тех пор, пока не находится точка возникновения и точка исчезновения ощущения;

- метод «постоянных раздражителей», в котором испытуемому предъявляются раздражители различной интенсивности и он должен определить, ощущается ли он или нет, при этом на каждом уровне интенсивности происходи множество предъявлений;

- метод «уравнивания стимулов», или «средней ошибки», в котором изменение раздражителя производится самим испытуемым, который имеет цель добиться минимальной его интенсивности (при определении абсолютного порога) или такой, чтобы он воспринимался неотличимым от постоянного раздражителя, выступающего эталоном (при определении дифференциального порога).

Для объяснения принципа работы сенсорных систем разработано несколько теоретических моделей порогов ощущений. К числу основных пороговых теорий относятся:

- классическая теория Г. Фехнера,

- классическая теория непрерывности сенсорного ряда,

- нейроквантовая теория,

- высоко пороговая теория,

- психофизическая модель обнаружения сигнала,

- теория двух состояний.

Основная проблема, которая решается в этих подходах, - существование и сущность сенсорных порогов. В одних теориях считается, что сенсорные системы работают по дискретному, или пороговому, принципу, в других - по непрерывному. В частности, в психофизике Г. Фехнера постулировалось, что величина порога ощущения строго определяется величиной физического раздражителя. Здесь считалось, что внешнее воздействие должно достигнуть определенной величины, чтобы вызвать ощущение (порог трактовался как реальное свойство сенсорной системы). В противоположность ей, сформировался подход, где постулировалось непрерывное строение сенсорного ряда (Г. Мюллер, Дж. Ястров, Ж. Дельбеф). Здесь считалось, что любое возрастание раздражителя дает соответствующее возрастание ощущения (порог трактуется как дискретный способ анализа непрерывной величины).

Достаточно разработанной является пороговая теория (названная «зонной моделью порога ощущения») К.В. Бардина (1965). Она основана на том факте, что границы между ощущаемыми и неощущаемыми сигналами (или их изменениями) являются не точками, а некоторыми интервалами, величина которых зависит от поставленных перед испытуемыми задач, а также от их индивидуальных стратегий и когнитивных стилей. Тогда, когда испытуемый строго ориентируется на заданный ему сенсорный параметр, его работа строится по пороговому принципу; когда же он ориентируется на дополнительные сенсорные характеристики, его работа строится по непрерывному принципу. Так, в опыте определения порогов чувствительности в припороговой области испытуемые для принятия решения о наличии сигнала часто используют неосновные признаки (например, при определении громкости звук может восприниматься как звонкий или глухой, пронизывающий, гладкий, блестящий и пр.). Тогда, когда условия опыта допускают такую переорганизацию сенсорного пространства из одномерного в многомерное, эффективность различения возрастает [Бардин К.В. Проблема порогов чувствительности и психофизические методы. М., 1976; Бардин К.В. Работа наблюдателя в припороговой области // Психологический журнал. 1982, № 1, с. 52-59; Бардин К.В. Пороговая проблема и дифференциальная психофизика // Вопросы психологии. 1990, № 1, с. 131-136; Бардин К.В., Индлин Ю.А. Начала субъектной психофизики. М.: ИП РАН, 1993; Скотникова И.Г. Вклад К.В.Бардина в развитие психофизики // Психологический журнал. 2000, т. 21, № 6].

Дифференциальный порог - минимальное различие между интенсивностями двух раздражителей, воспринимающихся как различные или на которые может быть сформированы две различные реакции. Количественно он выражается в виде отношения разницы между величиной постоянного раздражителя, служащего эталоном, и переменного, который воспринимается как отличный от эталона, к величине постоянного раздражителя. Здесь решается вопрос о том, какова минимальная разница в количестве энергии стимулов, которая может быть обнаружена.

В 1760 г. французский физик П. Бугер впервые обнаружил, что едва заметное изменение ощущения при изменении интенсивности раздражителя возникает при увеличении исходного раздражителя на некоторую постоянную его долю. Так, исследуя способность человека распознавать тень на экране, который одновременно освещался другим источником света, он показал, что минимальный прирост освещения предмета (Δ I), необходимый для того, чтобы вызвать ощущение едва заметного различия тени от освещенного экрана, зависит от уровня освещенности экрана I, но отношение (Δ I/I) - величина постоянная. К выявлению такой же закономерности пришел несколько позднее, но независимо от него, Э. Вебер, который проводил эксперименты на различение весов, длин линий и высоты звукового тона, в которых также было показано постоянство отношения едва заметного изменения раздражителя к его исходной величине.

Это отношение, получившее название закона Бугера - Вебера

характеризует величину дифференциального порога и зависит от модальности ощущения.

Ощущение	Дифференциальный сенсорный порог
Вкус (соль)	8,3%
Яркость	7,9%
Громкость	4,8%
Вибрация (кончики пальцев)	3,6%
Длина линий	2,9%
Тяжесть	2%
Электрический ток	1,3%

В дальнейшем было показано, что выявленный закон не имеет универсального распространения, а справедлив только для средней части диапазона сенсорной системы, в котором дифференциальная чувствительность имеет максимальное значение. За пределами же этой части диапазона дифференциальный порог возрастает, особенно в диапазонах абсолютных нижнего и верхнего порогов.

Г.Т. Фехнер (Fechner G.Th. Elemente der Psychophisik. Leipzig: Breitkopf & Hartel, 1860) разработал свою теорию порогов, исходно не опираясь на предшественников, отличительной чертой которой было планомерное использование математики. В его теории выделялись четыре этапа процесса чувственного отражения: раздражение (физический процесс), возбуждение (физиологический), ощущение (психический), суждение (логический). Сенсорный порог понимался как переход от физиологического возбуждения к психическому ощущению. Правда, при экспериментальном исследовании количественных соотношений Г. Фехнер, исключив из рассмотрения физиологический этап, попытался выявить зависимость непосредственно между раздражением и ощущением. Благодаря этим исследованиям был выведен основной психофизический закон («закон Фехнера»).

Так, к эмпирической закономерности, выявленной Э.Вебером, были применены некоторые допущения (прежде всего постулат о том, что едва заметный прирост ощущения является величиной постоянной и может быть использован в качестве единицы измерения ощущения), на основе чего и был выведен основной психофизический закон:

Итак, согласно «закону Фехнера», величина ощущения прямо пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя. Когда сила раздражения возрастает в геометрической прогрессии, то ощущения растут в арифметической прогрессии. При этом была установлена связь между абсолютным порогом и дифференциальным.

В дальнейшем американский психолог и психофизиолог С. Стивенс предложил другую процедуру выявления дифференциальных порогов – «метод определения величины», в котором испытуемый напрямую оценивает субъективную величину раздражителя. Это позволило ему создать модификацию основного психофизического закона, согласно которой между рядом ощущений и рядом физических раздражителей существует не логарифмическая, как у Г.Т. Фехнера, а степенная зависимость:

S = k ´ Iⁿ,

где S - субъективная величина, ощущение; I - стимул; n - показатель степени функции; k - константа, зависящая от единицы измерения.

Это основано на допущении:

При этом показатель степенной функции для разных модальностей ощущений различен [Стивенс С.С. Психофизика сенсорных функций // Хрестоматия по ощущению и восприятию / Под ред. Ю.Б.Гиппенрейтер, М.Б.Михалевской. Изд-во МГУ, 1975].

Ощущение	Показатель степени в формуле Стивенса
Громкость	0,6
Яркость	0,33
Запах (кофе)	0,55
Вкус (соль)	1,3
Тяжесть	1,45
Электрический ток	3,5

Считается, что «закон Стивенса» лучше описывает соответствие силы раздражителя и возникающих в ответ ощущений. И те, и другие могут быть описаны как степенные функции, имеющие один и тот же показатель степени. Также в исследованиях, проведенных Маунткасл, было показано, что соотношение между интенсивностью внешнего стимула, такого, например, как степень деформации кожи, и частотой импульсов, идущих от кожных и мышечных рецепторов, может быть представлено в экспоненциальной форме.

Наконец, Ю.М. Забродиным был сформулирован обобщенный вариант основного психофизического закона, в котором происходит объединение логарифмического закона Г.Т. Фехнера и степенного закона С. Стивенса. Связь интенсивности физического раздражителя и психического ответа (чувствительности) выражается в следующей формуле:

где S – внешнее воздействие, x_s – ощущение, dS – изменение внешнего воздействия, dx_s - изменение ощущения.

При этом, если z, которое выражает собой уровень осведомленности испытуемого о задачах эксперимента и изменяется от 0 до 1, равно 0, то из данной формулы получается закон Фехнера, а если равно 1, то – закон Стивенса. В качестве психофизиологической основы данной зависимости рассматривалась упорядоченность нейронной импульсации, которая проявляется в пространственно-временной организации фоновых и следовых колебаний биопотенциалов мозга, и которая выступает предпосылкой зависимости величины ощущения от интенсивности сигналов [Забродин Ю.М., Лебедев А.Н. Психофизиология и психофизика. М.: Наука, 1977; Забродин Ю.М., Фришман Е.З., Шляхтин Г.С. Особенности решения человеком сенсорных задач. М.: Наука, 1981].

Дата добавления: 2014-01-07