Пороги ощущений. Чувствительность. Субсенсорный диапазон. Шкалирование и психофизика.

Психофизика. Закон Фехнера, закон Стивенса.

Об основном психофизическом законе

Основная задача, которую ставили перед собой психофизики, —это определить, как соотносятся физические параметры стимуляции и соответствующие им субъективные оценки ощущений. Зная эту связь, выраженную функцией типа R = f(S), где S — значение физического параметра стимула, а R — значение субъективной реакции, предсказать величину ощущения есть дело простого расчета. Психофизическая функция — R = f (S) устанавливает связь между числовыми значениями двух типов, с одной стороны — это шкала физического измерения стимула, с другой — значения субъективной реакции на этот стимул.

Позиция Г.Фехнера проста и логична: мы не можем измерить величину ощущения прямо, поэтому будем это делать косвенно, оценивая ее в единицах интенсивности стимула. Для построения психофизической функции вводится нулевая точка на оси ощущений — абсолютный порог. В качестве единицы измерения ощущений вводится ЕЗР — величина стимула, соответствующая ощущению едва заметного различия, которое можно оценить в ходе опыта, измеряя разностные пороги. Таким образом, если нам нужно измерить субъективное расстояние между двумя ощущениями R1 и R2, вызванные стимулами S1 и S2, то мы измеряем его на сенсорной оси в количестве ступеней ЕЗР.

Позиция С.Стивенса так же ясна и не менее логична: мы можем попросить человека прямо оценить величину своего ощущения, используя числа, и его числовые оценки будут достаточно надежно отражать величину ощущения.

Г.Фехнер и С.Стивенс проводили опыты по построению психофизических функций, первый просил испытуемых поднимать грузы и оценивать пороги различения их веса, второй — предлагал прямо оценивать величину громкости тональных сигналов. Результаты вывода основного психофизического закона оказались различными: Г.Фехнер сформулировал логарифмический закон, С.Стивенс — степенной:

• Г.Фехнер: R = k·logS, т.е. сила ощущения изменяется пропорционально логарифму интенсивности стимула

• С.Стивенс: R = k·Sb( b - СТЕПЕНЬ), т.е. сила ощущения — это степенная функция от изменения интенсивности стимула.

На рис. 36 отчетливо видно, что интенсивность ощущения яркости при предъявлении в темноте маленького пятна света изменяется значительно медленнее, чем интенсивность ощущения от удара электрическим током. Подобный вид психофизических функций вполне соответствует нашему личному опыту.

Каждому читателю, мало-мальски знакомому с видом логарифмической или степенной функции, должно быть очевидно, что и та и другая функция может быть выражена на графике в виде прямой, для этого в первом случае нужно построить график, прологарифмировав значения по оси абсцисс, а во втором — по обеим осям.

При выводе формулы логарифмического и степенного законов у обоих великих ученых много общего, но есть и принципиальные различия.

Таким образом, между Г.Фехнером и С.Стивенсом существует лишь одно принципиальное различие: каким образом вводится единица измерения на сенсорной оси. Первый постулировал равенство ЕЗР, полагая, что величины наших ощущений пороговых различий стимулов неизменны несмотря на изменение интенсивности ощущений, и фактически признавал существование субъективного аналога закона Бугера—Вебера. Второй принципиально отвергал такую возможность, вводя предположение о равенстве относительных ЕЗР, полагая, что величина ЕЗР не может быть постоянной, а увеличивается с ростом интенсивности самого ощущения. Понятно, что проверить справедливость принятых постулатов чрезвычайно трудно. Более того, результаты экспериментов показывают, что в виду значительного сходства для ряда сенсорных модальностей, получаемых в опыте психофизических функций, даже с помощью современных статистических методов достаточно сложно оценить, какой математической функцией (логарифмической и степенной) в наилучшей степени апроксимируются полученные данные.

Современные исследования показали, что справедливость закона Бугера—Вебера имеет ограниченный характер: отношение ∆S/S не является постоянным на всем диапазоне изменения ин-

тенсивности стимула. Оно уменьшается при малых интенсивностях стимула, увеличивается при высоких и неизменно лишь в среднем диапазоне интенсивностей1. Многие психофизики предлагали свои варианты психофизических законов, отличающихся от фехнеровского и стивенсовского. Разработаны законы, выражаемые другими математическими функциями — экспоненциальной, тангенциальной или арктангенциальной, однако они не претендуют на универсальность и имеют достаточно узкие области применения. Также предложены варианты обобщенного психофизического закона, описывающие и логарифмическую, и степенную функции (П.Экман, Дж.Бэрд), а также эти и любые математические функции, промежуточные между ними

Пороги ощущений. Чувствительность. Субсенсорный диапазон. Шкалирование и психофизика.

Одна из важных психофизических задач — изучение предельных сенсорных способностей человека, или чувствительности его органов чувств. В классической психофизике абсолютный порог (RL1) — это та минимальная величина раздражителя, которая вызывает едва заметное ощущение. Например, минимальное давление на кожу руки, которое ощущается как прикосновение. Величина абсолютного порога является мерой нижнего предела сенсорной чувствительности и характеризует способность человека ощущать сигналы очень низкой интенсивности. Таким образом, понятие сенсорной чувствительности определяется как величина, обратная абсолютному порогу: чем выше порог, тем ниже чувствительность, и наоборот. Наши органы чувств обладают очень высокой чувствительностью, сравнимой с чувствительностью самых современных измерительных приборов. Например, абсолютную световую чувствительность характеризует следующий показатель: в ясную и темную ночь мы способны увидеть пламя свечи на расстоянии более 40 км. Мы начинаем ощущать горечь хинина, если всего несколько сотых миллиграмма этого вещества растворить в литре воды.

Разностный, или дифференциальный, порог (DL2)— это минимальное различие между двумя раздражителями в интенсивности некоторого физического параметра, которое вызывает едва заметное различие ощущений. Разностный порог характеризует предельную различительную способность человека, или его различительную чувствительность. Она различна для разных сенсорных модальностей, изменяясь от 1—2 % — для зрения до 10—20 % — для обоняния. В современной психофизике чаще говорят не об абсолютном или разностном порогах, а о решении пороговых задач по обнаружению или различению сенсорных сигналов.

Диапазон ощущаемых стимулов имеет и свой верхний предел — верхний, или терминальный абсолютный, порог. Это максимально допустимая величина раздражителя, при которой он еще ощущается как стимул определенной модальности, при ее превышении ощущение данной модальности переходит в ощущение другой модальности — тактильное, болевое. Например, воздействие короткого звука высокой интенсивности (120—125 дБ) ощущается не как звук, а как болезненный укол в барабанную перепонку, вспышка слепящей яркости воспринимается как боль в глазах. При предельно высоких интенсивностях раздражителя происходит разрушение рецепторного аппарата органов чувств. Для слуха — это звук свыше 125—130 дБ (УЗД)1. Диапазон нормальной чувствительности наших органов чувств огромен, например самый тихий и самый громкий звук, воспринимаемый человеком, отличается по уровню звукового давления на барабанную перепонку более чем в 10 миллионов раз.

Подходы к измерению сенсорной чувствительности, разработанные как в рамках классической, так и современной психофизики, связаны с разными представлениями о том, что такое сенсорный порог. Классическое представление о пороге, идущее от Иоганна Гербарта (I.Gerbarth, 1776—1841) и Г.Фехнера, как границе, разделяющей ощущаемые и неощущаемые раздражители, отражает фундаментальный принцип работы органов чувств. Абсолютный порог — это нулевая точка, точка разрыва на сенсорной шкале. В ряде современных психофизических подходов пороговый принцип работы сенсорных систем отрицается, а формулируется иной, вероятностный, принцип. Эти идеи, восходящие к критическим замечаниям в адрес Г.Фехнера со стороны современника и оппонента Г.Мюллера, сводятся к следующей мысли: наши ощущения — непрерывны, на сенсорном континууме нет разрыва в виде пороговой точки, поэтому любой, даже очень слабый, стимул может с некоторой вероятностью вызвать осознанное ощущение. В современных психофизических теориях представлены оба этих подхода [10; 72]. Из этих двух подходов следуют различные теоретические представления о дискретности—непрерывности сенсорного ряда (разрываются ли наши ощущения пороговой точкой на осознаваемые и неосознаваемые или нет?) и

их воплощение в разработанных в рамках каждого подхода психофизических методах. Мы рассмотрим классические фехнеровские методы измерения порога (они основаны на идее дискретности) и методы современной психофизики, разработанные в рамках психофизической теории обнаружения сигнала (они основаны на идее непрерывности).

В упомянутом выше труде Г.Фехнера были предложены три метода измерения абсолютного и разностного порогов, которые получили название классических психофизических методов. Измерение порогов не было самоцелью, а служило средством решения более глобальной задачи — построения конкретной психофизи-

ческой зависимости, или шкалы, отражающей соотношение души и тела. Согласно Г.Фехнеру, через абсолютный порог на этой шкале задается начальная или нулевая точка, а через разностный порог вводится единица измерения на ней.

Характерной чертой трех классических пороговых методов, отличающих их от методов современной психофизики, является то, что в них особое внимание уделяется стимульным переменным и недостаточно учитываются влияния самого субъекта или так называемые несенсорные факторы, которые практически всегда включены в процедуру психологических измерений. Те статистические показатели, которые приняты в этих методах в качестве пороговых мер, на самом деле являются, строго говоря, мерами исполнения сенсорной задачи, так как определяются не только уровнем чувствительности испытуемого, но и теми несенсорными факторами, которые управляют выбором его ответа (например: ожидание появления стимула, предрасположенность к определенному типу ответа и др.). Несмотря на это, такие качества пороговых методов, как простота, меньшие затраты времени на измерение, а также удобство выражения пороговых мер в физических единицах, обеспечивают этим методам широкое применение в современной исследовательской практике.

В работах Г.В.Гершуни1 впервые был экспериментально исследован так называемый субсенсорный диапазон — та область интенсивности стимулов, которая лежит ниже порога осознания (или порога, измеренного психофизическим методом), но воздействие которых отражается в изменении физиологических реакций человека.

В известной книге «Подпороговое восприятие: природа контроверзы» английский психолог Н.Диксон указывает на несколько ситуаций, относящихся к данному феномену