На этой основе Мюллер выдвигает другую идею, согласно которой ощущение зависит не от природы раздражителя, а от органа или нерва, в котором происходит процесс раздражения, и является выражением его специфической энергии. Посредством зрения, например, по Мюллеру, познается несуществующий во внешнем мире свет, поскольку глаз наш доставляет впечатление света и тогда, когда на него действует электрический или механический раздражитель, т.е. в отсутствие физического света. Ощущение света признается выражением специфической энергии сетчатки: оно – лишь субъективное состояние сознания. Включение физиологических процессов в соответствующем аппарате в число объективных, опосредующих условий ощущения превращается, таким образом, в средство отрыва ощущения от его внешней причины и признания субъективности ощущения.62 Из связи субъекта с объектом ощущение превращается во включенную между субъектом и объектом завесу.

Стоит подойти к интерпретации того позитивного фактического положения, которое лежит в основе субъективно-идеалистической надстройки, возведенной над нею Мюллером, чтобы те же факты предстали в совсем ином освещении. В процессе биологической эволюции сами органы чувств формировались в реальных взаимоотношениях организма со средой, под воздействием внешнего мира. Специализация органов чувств совершалась под воздействием внешних раздражителей; воздействие внешнего мира формирует сами рецепторы. Рецепторы являются как бы анатомически закрепленными в строении нервной системы отпечатками эффектов процессов раздражения. Нужно, собственно, говорить не столько о специфической энергии органов чувств, сколько об органах чувств специфической энергии. "Специфическая энергия" органов чувств или нервов, взятая в генетическом плане, выражает, таким образом, пластичность нерва по отношению к специфичности внешнего раздражителя. Источники специфичности нужно первично искать не внутри, а во вне. Она свидетельствует не о субъективности ощущения, а об его объективности. Эта объективность, конечно, не абсолютная. Ощущение и степень его адекватности действительности обусловлены и состоянием рецептора, а также и воспринимающего организма в целом. Существуют и иллюзии, и галлюцинации, существуют обманы чувств. Но именно поэтому мы и можем говорить о некоторых показаниях чувств как иллюзиях, галлюцинациях и обманах чувств, что они в этом отношении отличаются от других объективных, адекватных действительности показаниях органов чувств. Критерием для различения одних от других служит действие, практика, контролирующая объективность наших ощущений как субъективного образа объективного мира.

Элементы психофизики

Наличие зависимости ощущений от внешних раздражений заставляет поставить вопрос о характере этой зависимости, т.е. об основных закономерностях, которым она подчиняется. Это центральный вопрос так называемой психофизики. Ее основы заложены исследованиями Э.Вебера и Г.Фехнера. Оформление она получила в "Элементах психофизики" (1859) Фехнера, оказавших значительное влияние на дальнейшие исследования. Основной вопрос психофизики – это вопрос о порогах. Различают абсолютные и разностные пороги ощущения или пороги ощущения и пороги различения.

Исследования по психофизике установили прежде всего, что не всякий раздражитель вызывает ощущение. Он может быть так слаб, что не вызовет никакого ощущения. Мы не слышим множества вибраций окружающих нас тел, не видим невооруженным глазом множества постоянно вокруг нас происходящих микроскопических изменений. Нужна известная минимальная интенсивность раздражителя для того, чтобы вызвать ощущение. Эта минимальная интенсивность раздражения называется нижним абсолютным порогом. Нижний порог дает количественное выражение для чувствительности: чувствительность рецептора выражается величиной, обратно пропорциональной порогу: Е = I/J, где Е – чувствительность и J – пороговая величина раздражителя.

Наряду с нижним существует и верхний абсолютный порог, т.е. максимальная интенсивность, возможная для ощущения данного качества. В существовании порогов рельефно выступает диалектическое соотношение между количеством и качеством. Эти пороги для различных видов ощущений различны. В пределах одного и того же вида они могут быть различны у различных людей, у одного и того же человека в разное время, при различных условиях.

За вопросом о том, имеет ли вообще место ощущение определенного вида (зрительное, слуховое и т.д.), неизбежно следует вопрос об условиях различения различных раздражителей. Оказалось, что наряду с абсолютными существуют разностные пороги различения. Э. Вебер установил, что требуется определенное соотношение между интенсивностями двух раздражителей для того, чтобы они дали различные ощущения. Это соотношение выражено в законе, установленном Вебером: отношение добавочного раздражителя к основному должно быть величиной постоянной:

где J обозначает раздражение, Δ J – его прирост, К – постоянная величина, зависящая от рецептора.

Так, в ощущении давления величина прибавки, необходимой для получения едва заметной разницы, должна всегда равняться приблизительно 1/30 исходного веса, т.е. для получения едва заметной разницы в ощущении давления к 100 г нужно добавить 3,4 г, к 200 – 6,8 г, к 300 – 10,2 г и т.д. Для силы звука эта константа равна 1/10, для силы света – 1/100 и т.д.

Дальнейшие исследования показали, что закон Вебера действителен лишь для раздражителей средней величины: при приближении к абсолютным порогам величина прибавки перестает быть постоянной. Наряду с этим ограничением закон Вебера допускает, как оказалось, и расширение. Он применим не только к едва заметным, но и ко всяким различиям ощущений. Различия между парами ощущений кажутся нам равными, если равны геометрические соотношения соответствующих раздражителей. Так, увеличение силы освещения от 25 до 50 свечей дает субъективно такой же эффект, как увеличение от 50 до 100.

Исходя из закона Вебера, Фехнер сделал допущение, что едва заметные разницы в ощущениях можно рассматривать как равные, поскольку все они – величины бесконечно малые, и принять их как единицу меры, при помощи которой можно численно выразить интенсивность ощущений как сумму (или интеграл) едва заметных (бесконечно малых) увеличений, считая от порога абсолютной чувствительности. В результате он получил два ряда переменных величин – величины раздражителей и соответствующие им величины ощущений. Ощущения растут в арифметической прогрессии, когда раздражители растут в геометрической прогрессии. Отношение этих двух переменных величин можно выразить в логарифмической формуле:

где К и С суть некоторые константы. Эта формула, определяющая зависимость интенсивности ощущений (в единицах едва заметных перемен) от интенсивности соответствующих раздражителей, и представляет собой так называемый психофизический закон Вебера – Фехнера.

Допущенная при этом Фехнером возможность суммирования бесконечных, а не только конечных разностей ощущений, большинством исследований считается произвольной. Помимо того нужно отметить, что ряд явлений, вскрытых новейшими исследованиями чувствительности, не укладывается в рамки закона Вебера – Фехнера. Особенно значительное противоречие с законом Вебера-Фехнера обнаруживают явления протопатической чувствительности, поскольку ощущения в области протопатической чувствительности не обнаруживают постепенного нарастания по мере усиления раздражения, а по достижении известного порога сразу же появляются в максимальной степени. Они приближаются по своему характеру к типу реакций по принципу "все или ничего". Не согласуются, по-видимому, с законом Вебера-Фехнера и некоторые данные современной электрофизиологии органов чувств.

3.1.1. Введение

Психология сенсорных процессов (от лат. sensus - ощущение) изучает началь­ный момент психических процессов, и в этом ее особая важность для психологи­ческой науки в целом.

Первичный контакт человека с окру­жающим миром и собственным организ­мом, дающий ему исходную информацию о свойствах и состояниях внешней и внут­ренней среды, происходит посредством ощущений (в классической терминологии) или сенсорных процессов (в современной терминологии). Это непосредственно чув­ственное отражение отдельных свойств воспринимаемого объекта или явления.

Согласно концепции происхождения психики А.Н. Леонтьева (1981), одной из наиболее проработанных, ощущение - филогенетически исходная форма психики. Обосновано, что критерии возникновения психического - это появление у простей­ших животных (в связи с возникновением подвижного образа жизни) чувствитель­ности как способности отвечать не только на непосредственно биологически значи­мые объекты (в отличие от раздражимости растений), но и на раздражители, несущие о них лишь сигнальную информацию (на­пример, на химические вещества, вызы­вающие запах пищи, а не на саму пищу).

Место ощущения в ряду познавательных

процессов

Впервые Фома Аквинский в XIII в. вы­делил в психике и поведении человека когнитивную сферу (познание мира) и аффективную (эмоциональные состоя­ния). В современных руководствах такое разделение остается распространенным .

Принято проводить его уже не только по одному основанию (функционально­му, как это заложено у Фомы Аквинско-го), но по двум критериям: а) вновь по функции - познавательной для первой сферы (когнитивной), а регулирующей поведение и само познание- для второй, в которую кроме всех видов аффективных процессов включаются также процессы волевые, психические состояния и свой­ства личности; б) по продуктивности: ког­нитивные процессы - продуктивные, так как на выходе их формируются специфи­ческие когнитивные образования (про­дукты этих процессов) - образы ощуще­ния, восприятия, следы памяти, решения задач, мысли, рефлексивные образы. Процессы же, свойства и состояния, вхо­дящие во вторую группу, не приводят к образованию специфических продуктов. Общность познавательной функции, объединяющей собой всю когнитивную сферу (хотя есть и другие точки зрения), представляется и в триадических концеп­циях структуры психики. А именно: в классической триаде «ум, чувство, воля», восходящей к Аристотелю (где воля вы­делена из аффективной сферы в самосто­ятельную), а также в современной теории системного строения психики, включаю­щего когнитивную подсистему, регуля­тивную (объединяющую по функцио­нальному принципу чувство и волю) и коммуникативную [Ломов, 1999].

В современных учебниках психоло­гии и университетских курсах во всем мире изучение когнитивных процессов следует учению В. Вундта (1890) об их иерархическом строении. По принципу возрастающей сложности и качествен­ной специфики Вундт выделил основ­ные структурно-функциональные уров­ни организации когнитивных процессов: ощущение, восприятие, память, мыш­ление, речь, сознание. Таким образом, ощущения (сами сенсорные процессы и их продукты) - это исходный, базовый уровень когнитивной сферы психики.

Необходимо сказать, что с середины XX в. сложились также иные традиции в понимании ее структуры, а именно: 1) от­носить ощущение и восприятие к сенсор­но-перцептивному уровню, а остальные, более сложноорганизованные, процессы (от памяти до сознания) - к уровню ког­нитивному; либо 2) рассматривать все по­знавательные процессы (от ощущения до сознания) как стадии достаточно общего по своему психологическому содержанию процесса приема и переработки информа­ции (парадигма когнитивной психологии), а весь этот процесс представлять как ис­ходный блок целостного поведенческого акта, куда входит сравнение воспринятой информации с извлеченной из памяти, включающей цель субъекта, принятие ре­шения, исполнение.

Специфика сенсорных процессов

На протяжении всей истории психологии не прекращаются дискуссии о соотно­шении сенсорных и перцептивных процес­сов - и как о самостоятельной проблеме, и в рамках проблемы о структуре когни­тивной сферы в целом. Разграничение ощущения и восприятия предложил Т.

Рейд (1785). В современной психологии сенсорных и перцептивных процессов оно остается распространенным - по крите­риям целостности и предметности образа . Восприятие-отраже­ние целостного объекта или явления, включающее его предметное значение (например, восприятие луны, удара коло­кола, вкуса дыни и т. п.), в отличие от ощущения - отражения отдельных сто­рон воспринимаемой действительности, не отнесенного к конкретному объекту с его предметным значением (ощущение светового пятна, громкого звука, сладко­го вкуса и т. п.). При этом под ощущени­ем понимается и сам процесс сенсорного отражения, и его продукт- сенсорный образ. Ассоцианистская психология XIX в. представляла целостный образ восприятия как ассоциацию отдельных ощущений признаков объекта друг с другом и его предметным значением.

В начале XX в. эти представления зас­луженно критиковали гештальтисты, но при этом они впали в другую крайность: совершенно игнорировали существование в феноменальном опыте ощущений и при­знавали лишь целостные перцепты, зави­сящие не только от объекта, но и в значи­тельной степени от врожденных свойств восприятия. Вместе с тем еще ранее (Фех-нер, 1860) возникновение психофизики по­казало возможности экспериментально и количественно изучать ощущения как функцию стимуляции. Во второй полови­не XX столетия в зарубежной психологии точку зрения о единстве сенсорно-перцеп­тивных процессов последовательно отста­ивает Дж. Гибсон (1990). Тем не менее в на­стоящее время сохраняются представле­ния о специфике сенсорных процессов по отношению к перцептивным. Они разви­ты А.Н. Леонтьевым (1959-1975) в концеп­ции о природе чувственного отражения. В ней классическая двойственность перцеп­тивного образа предстает как единство его чувственной ткани, экспериментально ис­следованной учениками Леонтьева (Сто-лин, 1976; Логвиненко, 1976; и др.), т. е. сен­сорной основы образа, что и соответству­ет традиционному понятию «ощущение», и предметного значения. В созерцательно-сенсуалистической психологии XIX в. (Э. Титченер и др.) ощущения предлага­лось вычленять из субъективного опыта методом аналитической интроспекции, которая представляла их сознанию как да­лее неразложимые элементы этого опыта. Вместе с тем в образах ощущений выде­лялись четыре их атрибута: качество (мо­дальность или субмодальность), интенсив­ность, пространственная и временная структура, что, в отличие от аналитичес­кой интроспекции, не потеряло своего значения (Boring, 1963; Hensel, 1966; Ана­ньев, 1977). О. Кюльпе в конце XIX в. и за­тем С. Стивене (1934) обосновывали, что отдельные атрибуты ощущений можно разграничить, если они изменяются неза­висимо друг от друга или остаются посто­янными при изменении других свойств (например, при изменении субъективной яркости светового пятна его видимый цвет, площадь, длительность сохраняются пре­жними). Стивене экспериментально пост­роил функции постоянства громкости зву­ка при изменении его высоты и противо­положные функции (с небольшими откло­нениями на концах шкалы). В действи­тельности нет полной независимости из­менения одних сенсорных признаков от других, но все же есть относительная. По­этому в психологических исследованиях сенсорных процессов вычленились и со­храняются отдельные направления, изуча­ющие субъективное отражение различных признаков объекта в рамках четырех ас­пектов ощущения (в зрении - цвета, яр­кости, размера, глубины, формы, движе­ния, скорости и т. д.; в слухе - громкости, высоты, тембра звука; в кожной чувстви­тельности - прикосновения, давления, температуры, боли; во всех случаях- для разных величин ощущения, его простран­ственных и временных характеристик) .-Че­ловек способен, если требуется, выделить в своем субъективном опыте эти отдель­ные аспекты сенсорного образа, которые также называются ощущениями (напри­мер, в сенсорном образе звука человек мо­жет сосредоточиться только на громкос­ти, либо высоте, либо тембре, либо дли-

тельности, либо локализации в простран­стве). Таким образом, специфика сенсор­ных процессов по отношению к перцеп­тивным имеет место прежде всего в рам­ках конкретной задачи, поставленной пе­ред наблюдателем и выполняемой им. А именно: задачи, требующей выделить за­данный признак объекта (и при этом от­влечься от остальных) и произвести с ним требуемые действия (например, обнару­жить на фоне шумов более громкий звук, различить два световых сигнала по ярко­сти, оценить, насколько кислыми являют­ся растворы разной концентрации). В раз­личных видах практической деятельности человека широко распространены подоб­ные задачи (см. подразд. 3.1.5). Поэтому изучение сенсорных процессов имеет важнейшее значение не только теорети­ческое (как исследование исходной фор­мы психического отражения), но и при­кладное. Отметим, что в отечественных исследованиях наряду с термином «сен­сорный» используется также термин «сен­сорно-перцептивный», в зарубежных же работах, как правило, употребляется пер­вое понятие («sensory»).

Психофизический, психофизиологический

и психосемантический методы изучения

сенсорных процессов

Исследования сенсорных процессов ве­дутся в рамках трех основных дисцип­лин - психофизики, психофизиологии и психосемантики с использованием их специфических методов.

Психофизиологические методы по­зволяют выявить механизмы сенсорных процессов, связанные с функционирова­нием нервной системы человека. Это ре­гистрация и анализ вегетативных прояв­лений сенсорных процессов (чаще все­го - КГР), реакций рецепторов (микро­фонного эффекта улитки, электрорети-нограммы), адаптационных перифери­ческих реакций (сужение зрачка на свет и кровеносных сосудов на холод), показа­телей типологических свойств нервной системы. Такие характеристики исполь­зуются при изучении дифференциально-

психологических механизмов межинди­видуальной вариативности сенсорных процессов и их индивидуальной динами­ки, связанной с изменением уровня пси­хофизиологической активированности; в исследованиях субсенсорной чувстви­тельности (к подпороговой стимуляции, которая недостаточна для осознанных ощущений и вызывает ответ лишь на уровне непроизвольных физиологичес­ких реакций), а также в тех случаях, ког­да произвольный ответ затруднен (у лиц с патологией речи и маленьких детей). Психофизиологические методы включа­ют также регистрацию и анализ биоэлек­трической активности мозга, что позво­ляет выявить объективный порог обна­ружения сигнала и наиболее развито в исследованиях цветового зрения и меха­низмов кодирования сенсорной инфор­мации в нервной системе. Все же психо­физиологические механизмы сенсорных процессов - предмет данной самостоя­тельной области знания, поэтому они будут рассматриваться (в подразд. 3.1.3, 3.1.4) лишь в связи с материалами психо­физики - основного среди направлений в изучении сенсорных процессов, исполь­зующих психологические методы.

Другое такое направление (которое становится все более распространен­ным) - психосемантика - изучение индивидуальных систем значений и ка­тегорий, представлений, эмоционально-эстетических ассоциаций, опосредующих восприятие сенсорных признаков объек­тов. В этих исследованиях (подразд. 3.1.3) на основе методов семантического диф­ференциала Осгуда, личностных конст­руктов Келли, многомерного шкалиро­вания, специализированных интервью испытуемых, в частности, выявлено, что такое опосредование повышает соб­ственно сенсорную чувствительность человека; кроме того, построены психо­логические модели сенсорных про­странств, помогающие понять, как представлены сенсорные признаки в субъективном мире человека.

Итак, магистральным направлением в изучении сенсорных процессов психологическими методами (т. е. регистрацией и анализом произвольных ответов челове­ка на воспринимаемую сенсорную ин­формацию) является психофизика. Это исторически первая экспериментальная область психологии. Официальное рожде­ние психологии относят к 1879 г. - от­крытию первой в мире эксперименталь­ной лаборатории В. Вундта, однако еще в 1860 г. вышел в свет капитальный труд Г.Т. Фехнера «Элементы психофизики». В нем была представлена разработанная автором новая наука: пороговая теория психофизики, ее экспериментальные ме­тоды и полученные (в ходе многих тысяч измерений) фундаментальные результаты по оценке порогов чувствительности. И теория, и методы, и результаты стали классическими. Важнейшее значение ра­боты Фехнера - обоснование принципи­альной измеримости субъективных пси­хических феноменов (на материале ощу­щений) и возможности их изучения стро­гими экспериментальными методами. Та­ким образом, Фехнер изначально зало­жил естественнонаучный фундамент психологии - изучение психических про­цессов по их объективным поведенчес­ким проявлениям, позволяющим опи­сать субъективные феномены. Благодаря этому, психология из чисто описательно­го раздела философии превратилась в са­мостоятельную экспериментальную на­уку. Фехнер разработал методологию ко­личественного исследования психических процессов, значение которой является непреходящим для психологии и исполь­зуется поныне (как и его пороговые ме­тоды). Принципы и методы психоло­гических измерений, развитые в психо­физике (конечно, и после Фехнера), при­меняются во всех областях психоло­гического знания.

Цели настоящего изложения - преж­де всего осветить современные исследо­вания сенсорных процессов. Ранние же концепции и те разделы, которые под­робно представлены в имеющихся руко­водствах, лишь кратко перечислим, ото­слав читателя к рекомендованной лите­ратуре. Это историческое развитие пред-

ставлений об органах чувств и их функ­циях: закон специфических энергий ор­ганов чувств, понятие об анализаторах, рецепторная и рефлекторная теории ощущений, виды классификаций ощу­щений, адаптация и сенсибилизация [Величковский и др., 1973;Лурия, 1975; Хрестоматия по ощущению и восприя­тию, 2002], взаимодействие анализато­ров, синестезии, системная организация сенсорики [Величковский и др., 1973; Гибсон, 1990; Лурия, 1975; Познаватель­ные процессы, 1982], многомерные модели сенсорного пространства, пост­роенные в середине XX в. для цветово­го зрения [Соколов, Измайлов, 1986], сенсорно-тоническая теория восприя­тия [Скотникова, 2002].

При изложении материалов психо­физики внимание вновь прежде всего уделено систематизации современных концепций и направлений исследова­ний, которые представлены лишь в англоязычной литературе либо разбро­саны по разным отечественным источ­никам, а также наиболее принципиаль­ным обобщающим теориям. Сведения же, подробно освещенные в доступных руководствах, даны кратко либо опуще­ны. Это классические и большинство современных теорий дискретности-не­прерывности работы сенсорной систе­мы и методы измерения чувствитель­ности [Бардин, 1976; Гусев и др., 1997; Проблемы и методы психофизики, 1974; Свете и др., 1964], концепция сенсорно­го рассеяния и различения Л. Терстона [Гусев и др., 1997; Проблемы и методы психофизики, 1974], субъективное шка­лирование С. Стивенса и два класса сен­сорных континуумов - протетические и метатетические [Гусев и др., 1997; Лу-пандин, 1989; Стивене, 1960], модели принятия решения в обнаружении и различении с внешним научением [Ат-кинсон, 1980], концепция субсенсорной зоны и объективная сенсометрия, тео­рия уровней адаптации [Хрестоматия по ощущению и восприятию, 2002].

3.1.2. Наиболее крупные концепции

психофизики и ведущие направления

исследований, сформировавшиеся

до середины 70-х гг. XX века

Психофизика - психологическая дис­циплина, изучающая измерение челове­ческих ощущений, т. е. определение ко­личественных отношений между величи­нами физических раздражителей и ощу­щений. В настоящее время к области пси­хофизики относят не только собственно ощущение, но и другие психические яв­ления, взаимодействующие в процессе построения чувственного образа или ока­зывающие влияние на него: восприятие и память, принятие решения, внимание и др. Таким образом, психофизика понима­ется как разветвленная область психоло­гии, изучающая законы чувственного от­ражения, а также поведение и деятель­ность человека при восприятии и оценке сигналов внешней и внутренней среды [Забродин, Лебедев, 1977].

Поставив проблему измерения ощу­щений, Г. Фехнер предполагал, что че­ловек не способен непосредственно количественно оценивать их величины. Поэтому он предложил косвенный спо­соб измерения - в единицах физической величины стимула. Величина ощущения представлялась как сумма едва заметных его приращений над исходной точкой. Для ее обозначения Фехнер ввел поня­тие порога ощущения, измеряемого в единицах стимула. Абсолютный порог и различительный (дифференциальный, или едва заметное различие - езр) - это та минимальная величина стимула (или соответственно различия двух стиму­лов), превышение которой вызывает осознанное ощущение этого стимула (или различия стимулов), а снижение не вызывает. Для измерения абсолютного и дифференциального порогов Фехнер разработал три метода: минимальных изменений, средней ошибки и констан­тных стимулов. Просуммировав изме­ренные величины езр над абсолютным порогом до данного ощущения, полу­чим его величину. Понятие порога Фехнера и его пороговые методы сохрани­лись и широко используются поныне. В прикладных работах применяется также определение величины ощущения числом езр. Исходя из закона Вебера о постоян­стве едва заметного приращения величи­ны стимула к его исходной величине и приняв априорный постулат о равенстве субъективных величин езр во всем диапа­зоне стимулов, Фехнер математически вы­вел логарифмическую функцию зависимо­сти величины ощущения от величины сти­мула. Это основной психофизический за­кон Фехнера: R = k (InS - lnS 0), где R - величина ощущения, S - величина дей­ствующего стимула, S o - абсолютный порог. Таким образом, измерив абсо­лютный порог, можно вычислить вели­чину ощущения для действующего сти­мула. Постулат Фехнера критикуется за безосновательность (заслуженно), а те­ория - за то, что игнорирует феномен ложной тревоги, которому современная психофизика уделяет большое внимание. В целом же психофизика Фехнера была и остается классической [Бардин, 1976]. Спустя почти столетие после появле­ния психофизики Фехнера параллельно ей утвердилась другая парадигма, осно­ванная на допущении о возможности непосредственной количественной оцен­ки человеком величины своих ощущений. С. Стивене в 1940-60-е гг. (вслед за свои­ми предшественниками - Плато, Брен-тано, Терстоном) разработал прямые ме­тоды измерения ощущений и построения субъективных сенсорных шкал (основан­ных на определении человеком порядка своих ощущений по возрастанию, либо расстояний или отношений между ними, либо на присвоении им числовых значе­ний). Субъективные величины ощущений, определяемые прямыми методами, оказа­лись связанными с объективными вели­чинами стимулов степенной зависимо­стью. Стивене получил ее также и мате­матическим путем: R = k (S - S 0) n (ос­новной психофизический закон Стивен-са), введя априорный постулат (вызы­вающий как критику, так и согласие) о постоянстве отношения едва заметного

прироста ощущения к его исходной ве­личине во всем ряду ощущений.

Позднее разработаны законы, выра­жаемые другими математическими урав­нениями: экспоненциальной функцией (Putter, 1918), тангенциальной (Zinner, 1930-1931), арктангенциальной (Beneze, 1929), интегральной фи-гамма функцией (Houston, 1932) и др., которые не претен­дуют на универсальность и имеют доста­точно узкие области применения. Различ­ные выражения психофизического закона в большинстве случаев не противоречат друг другу, поскольку описывают разные стороны сенсорно-перцептивных процес­сов. Предложены варианты обобщенно­го психофизического закона, описываю­щие и логарифмическую, и степенную функции (Ekman, 1956; Baird, 1975), а так­же эти и любые математические функции, промежуточные между ними [Забродин, Лебедев 1977]. Этот закон как наиболее обобщенный будет рассмотрен ниже.

В некоторых зарубежных работах психофизика Фехнера называется объек­тивной, а психофизика Стивенса - субъек­тивной (по методологическому принципу [Пьерон, 1966]).

Принято также выделять в психофизи­ке два основных раздела: так называемую «Психофизику-I» (учение о чувствитель­ности сенсорных систем) и «Психофизику-II» (учение о сенсорных шкалах для измерения вышепороговых ощущений). У Фехнера такого разделения не сущест­вовало, так как измерение и чувствитель­ности, и величин ощущений базировалось на одном основании - понятии порога. Однако в дальнейшем в обоих разделах психофизики были созданы беспороговые методы измерений, и эти разделы превра­тились в самостоятельные направления исследования со своей методологией, фе­номенологией и понятийным аппаратом. Промежуточное положение между ними занимает проблематика, связанная с ос­новным психофизическим законом.

Различают также классическую и так называемую современную психофизику. В области психофизики-I различие между ними в том, что современная психофизика допускает собственные шумы в сенсор­ной системе и рассматривает обнаруже­ние раздражителей малой интенсивности как выделение слабого сигнала из флук­туирующего шума. В классической же психофизике сенсорный шум не сопоста­вим с уровнем даже слабого сигнала. По­этому для современной психофизики ре­акция ложной тревоги - закономерный ответ сенсорной системы, а для классичес­кой - поведенческая реакция, вызванная несенсорными факторами. В области пси-хофизики-И классическая психофизика - это построение шкал накопленных езр, а современная - шкалирование субъектив­ных оценок стимула. Разделяют также психофизику сенсорных и психофизику перцептивных процессов, изучающих, со­ответственно, количественные законо­мерности отражения отдельных свойств объекта (традиционная дисциплина) и це­лостного объекта.

Проблема дискретности - непрерывности сенсорного ряда в классической психофизике

Пороговая концепция Фехнера посту­лировала реальность существования сен­сорного порога, делящего все стимулы на ощущаемые и неощущаемые. Таким об­разом, ряд ощущений представлялся дис­кретным: с ростом величины стимула последующее ощущение возникает после предыдущего только тогда, когда прирост стимула превысит пороговую величину (езр). Это была первая концепция дис­кретности работы сенсорной системы. Пороговые методы Фехнера дают описа­ние процесса перехода от неощущения к ощущению в виде психометрической фун­кции - зависимости частоты правильных ответов испытуемого от величины стиму­ла. Теоретически функция имеет вид плав­ной S-образной кривой, пороговая точка на которой находится расчетным путем (рис. 3.1). Фехнер объяснял плавный ха­рактер кривой тем, что порог флуктуирует во времени, а его оппоненты (Г. Мюллер, Дж. Ястров, Г. Урбан) - отсутствием по­рога в сенсорной системе.

На основе плавного характера психо-

Рис. 3.1. Теоретический вид психометричес­кой функции.

S - ось стимулов; Р - ось вероятностей (ча­стот) ответов; S O 25 , S_, 5 - величины стиму­лов, дающие 25 и 75% правильных ответов; S s [ - значение эталонного стимула (в задаче различения); Md - среднее значение функ­ции, соответствующее абсолютному порогу (в задаче его измерения) либо точке субъек­тивного равенства (субъективному эквива­ленту эталона) - в задаче различения.

метрической кривой была развита класси­ческая теория непрерывности сенсорного ряда. Он представлялся как непрерывный ряд промежуточных степеней ясности - поэтому на психометрической кривой нет какой-либо точки, отличающейся по сво­им свойствам от остальных. Источником вариабельности результатов эксперимента считалось действие случайных внесенсор-ных переменных, а не флуктуации порога во времени (как в пороговой теории Фех­нера). Баланс благоприятных и неблаго­приятных случайных факторов распределя­ется по нормальному закону Гаусса. Таким образом, развернулась дискуссия по про­блеме дискретности - непрерывности сенсорного ряда, которая до настоящего времени остается одной из основных про­блем психофизики [Бардин, 1976].

Психофизическая теория обнаружения

сигнала - современная концепция непрерывности

работы сенсорной системы

Двумя основными экспериментально-теоретическими парадигмами, существо­вавшими в психофизике до середины двадцатого столетия, были пороговая

Рис. 3.2. Плотности вероятностей распределения мгновенных значений сенсорного эф­фекта шума (N) и сигнала (S).

Xs - ось значений сенсорного эффекта; С - положение критерия принятия решения. Вертикальная штриховка - плотности вероятностей правильных ответов «да» («попаданий»), косая штриховка - плотности вероятностей неправильных ответов «да» («ложных тревог»). а - симметричный критерий: P(S) = P(N) = 0,5; б - «либеральный» критерий: P(S) = 0,8; P(N) = 0,2; в - «строгий» критерий: P(S) = 0,2; P(N) = 0,8.

психофизика Фехнера и психофизика субъективных оценок Стивенса. Третья парадигма связана с появлением психофи­зической теории обнаружения сигнала (sig­nal detection theory - SDT) (Tanner, Swets, Birdsall, Green, 1954-1972), базирующей­ся на статистической теории принятия ре­шения, разработанной в радиотехнике. Это пересмотр прежней психофизики и принципиальный шаг в понимании при­роды ответов человека в сенсорных зада­чах. Теория разработана для задачи обна­ружения звукового сигнала на фоне шума и применена далее к различению сигна­лов и остальным модальностям. В клас­сической психофизике ответ испытуемо­го понимался как прямое отражение его сенсорных впечатлений, поэтому на ос­нове этих ответов оценивалась чувстви­тельность (как величина, обратная поро­гу). SDT выделила в ответе две составля­ющие - собственно сенсорную чувст­вительность наблюдателя и принятие им решения о характере сенсорного впечат­ления. Разработана теоретическая мо­дель, описывающая оба компонента по­ведения наблюдателя, методы их изуче­ния и раздельные меры оценки. Стало ясно, что показатели порога - это ха­рактеристики не «чистой» чувствитель­ности, но суммарные меры исполнения, зависящие от особенностей принятия решения. (Тем не менее пороговые ме­тоды остались в арсенале психофизики и широко используются, особенно в ряде прикладных областей, для приблизитель­ной экспресс-оценки чувствительности, где они обнаружили преимущества перед методами SDT - подразд. 3.1.4.)

Основная экспериментальная пара­дигма SDT- обнаружение сигнала на фоне случайного шума - либо внешнего (предъявляемого наблюдателю), либо внутреннего шума сенсорной системы. Плотности вероятностей распределения мгновенных значений шума описывают­ся нормальным законом. Таким же рас­пределением (лишь смещенным вправо по оси интенсивности сигнала и шума) характеризуется сигнал, добавленный к шуму. Сенсорные эффекты сигнала и шума представляются точным отображе­нием этих двух распределений. Предпола­гается, что испытуемый знает эти распре­деления и решает, какое из них вызвало сенсорный эффект, оценивая отношение их правдоподобия на основе выбранного им критерия принятия решения (рис. 3.2). Критерий может соответствовать любому значению сигнала и шума, поскольку оп­ределяется несенсорной информацией об априорных вероятностях предъявления сигнала и шума и стоимостях ответов - об этом наблюдатель узнает из инструк­ции. Таким образом, классическое поня­тие порога как реальной границы между ощущаемыми и неощущаемыми стимула­ми на сенсорной оси заменено понятием

Рис. 3.3. Теоретический вид рабочей харак­теристики наблюдателя (РХ) р(Н) - вероятности попаданий; p(FA) - ве­роятности ложных тревог. Дуга РХ строится по точкам, характеризующим различные положе­ния критерия наблюдателя в эксперименте.

критерия, который наблюдатель может произвольно помещать в любую точку этой оси. Тем самым сенсорная ось ока­зывается непрерывной.

Ответы наблюдателя бывают четырех типов: попадание (правильное обнаруже­ние сигнала), покой (правильное отрица­ние сигнала), ложная тревога (ответ «да - был сигнал» - при предъявлении только шума) и пропуск сигнала. SDT переносит фокус психофизического исследования на анализ процесса принятия решения. С этой целью в разных сериях эксперимента наблюдателю дается несенсорная инфор­мация, побуждающая смещать критерий решения (в методе «да» - «нет»), либо он должен в каждой пробе по нескольким ка­тегориям (4-6) оценить вероятность того, что был сигнал (т. е. использовать соответствующее число критериев реше­ния - в методе оценки). В обоих методах для каждого значения критерия результа­ты обнаружения характеризуются двумя эмпирическими частотами - попаданий и ложных тревог (что достаточно, так как частоты покоя и пропусков лишь допол­няют их до единицы).

Анализ результатов обнаружения про­водится путем построения рабочей ха­рактеристики наблюдателя (РХ) - зависи­мости вероятности попадания (Hit - Н) от вероятности ложной тревоги (False

Рис. 3.4. Рабочие характеристики наблюдате­ля, соответствующие различным величинам чувствительности, т.е. возрастанию индекса <Х начиная от 0 (случайного угадывания).

alarm - FA) (рис. 3.3). РХ описывает пове­дение человека в экспериментах SDT, где стимуляция стационарна: предъявляется лишь одна пара стимулов - шум и сигнал. (В различении, которое описывается так же, как обнаружение, и изучается теми же методами, в качестве сигнала обычно за­дается пара разных стимулов, а в качестве шума - пара одинаковых, но может быть и наоборот.) Иное описание поведения на­блюдателя дает психометрическая функ­ция, так как пороговые задачи строятся противоположным образом: стимул в раз­ных пробах может иметь гораздо больше значений (5-7 в методе констант и прак­тически неограниченное число значений в двух других методах), процесс же реше­ния полагается стационарным. (В действи­тельности во многих современных рабо­тах зафиксировано непостоянство крите­рия в пороговых экспериментах - но это результат влияния «переменных субъек­та», а не специально заданной несенсор­ной информации, как в парадигме SDT.) Точки РХ идеального наблюдателя соот­ветствуют одной и той же величине чув­ствительности. При снижении чувстви­тельности РХ смещается к диагонали (где верные ответы и ошибки равновероятны) единичного квадрата, образующие кото­рого - вероятности попаданий и ложных тревог, а при повышении - к левому верх­нему его углу (где попадания часты, а лож­ные тревоги редки - рис. 3.4).

Каждое значение критерия принятия решения соответствует крутизне кривой РХ в данной точке и определяется тангенсом угла наклона касательной к кривой в этой точке (см. рис. 3.3) (что соответствует про­изводной в этой точке). Теоретическое зна­чение критерия (($) рассчитывается на ос­нове априорных вероятностей сигнала и шума и стоимостей всех четырех типов от­ветов. Для оценки эмпирических значений критерия существует ряд показателей (см. ниже и в подразд. 3.1.4). Сенсорная чувстви­тельность наблюдателя - d" («detectabi-lity» - обнаружимость) соответствует рас­стоянию между средними распределений шума и сигнала в единицах стандартного отклонения (оно принимается равным для обоих распределений) [Бардин, 1976; Гусев и др., 1997; Проблемы и методы психофи­зики, 1974; Свете и др., 1964].

На основе экспериментальных данных d" вычисляется как z s - z n - разность нормированных отклонений (найденных по таблицам нормального распределения плотностей вероятностей) частот и попа­даний ложных тревог. Используются и дру­гие меры чувствительности (см. [Бардин, 1976] и подразд. 3.1.4 этой главы). Соглас­но SDT, для оценки чувствительности без оценки динамики критерия рекомендует­ся третий метод, также разработанный на основе этой теории, - «вынужденный вы­бор» (выбор испытуемым одного из двух (или более) интервалов наблюдения, где, по его мнению, был сигнал). Принимает­ся, что критерий в этой процедуре стаби­лен, поэтому чувствительность оценивает­ся точнее [Бардин, 1976]. (Однако позднее получены данные о нестабильности кри­терия в вынужденном выборе и более ус­тойчивых индексах чувствительности в ме­тоде «да-нет» (Войтенко, 1989; Дубровс­кий, Лови, 1995,1996).

Современные концепции дискретности сенсорного ряда

Эти концепции подробно охарактери­зованы в литературе [Бардин, 1976; 1993; Забродин, Лебедев, 1977], поэтому пред­ставим их кратко. Крупнейшей после

Фехнера пороговой концепцией явилась нейроквантовая теория (von Bekesy, 1930-1936; Stevens etal., 1941). В ней сен­сорный эффект связан с работой гипоте­тических функциональных единиц в сен­сорной системе - нейроквантов, или NQ. Каждый NQ срабатывает, как только раз­дражение достигает его порогового уров­ня. В зависимости от силы раздражителя активируется различное число NQ в еди­ницу времени, чем и определяется разная интенсивность ощущений. В результате теория предполагает прямолинейную форму психометрической функции, в от­личие от обычной S-образной. Линейные функции были получены авторами в экспериментах, но впоследствии обнару­живались крайне редко, так как они тре­буют подавления всех шумов.

Развитие теории обнаружения сигна­ла привело к появлению новых пороговых концепций, использующих предложенную метрику сенсорного пространства (в виде стандартного отклонения нормального распределения шумовых сенсорных эф­фектов) и признающих ложные тревоги закономерными ответами наблюдателя (в отличие от классической психофизики). В высокопороговой теории (Blackwell, 1953) предполагается, что ощущение может вызвать только сигнал, но не шум, т. е. порог располагается выше среднего значе­ния шума, сенсорный эффект от которо­го не может превзойти порог. В результа­те ложные тревоги на сенсорной основе невозможны, поэтому они считаются следствием угадывания. РХ имеет вид пря­мой линии. В теориях же низкого порога, напротив, допускается сенсорная приро­да ложных тревог. Это теории: низкопоро­говая, двух и трех состояний.

Низкопороговая теория (Swets et al., 1961) предполагает существование одно­го порога, ниже которого сенсорные события неразличимы, а выше - сенсор­ный континуум непрерывен. Механизм принятия решения функционирует лишь тогда, когда сенсорный эффект превос­ходит порог. Для сенсорных событий ниже порога вводится такой же механизм угадывания, как в теории высокого поро-

га. РХ представляет собой часть дуги для низких частот ложных тревог, а для вы­соких - отрезок прямой, как предсказы­вает высокопороговая теория.

В теории двух состояний (Luce, 1963) предполагаются два возможных состоя­ния сенсорной системы при действии сигнала - обнаружение и необнаруже­ние и порог между ними. Правило реше­ния - угадывание на сенсорной основе, если оба состояния равновероятны. Со­ответственно РХ имеет вид не плавной дуги, как в SDT, а состоит из двух пря­молинейных отрезков (более крутой со­ответствует низким частотам ложных тревог, а более пологий - высоким).

В теории трех состояний (Atkinson, 1963) два из трех возможных состояний сенсорной системы: обнаружение и не­обнаружение - своим характером де­терминируют ответы наблюдателя, тре­тье же состояние (неопределенность) он вынужден преодолевать, выбирая на ос­нове несенсорной информации опреде­ленную стратегию ответа. Три состояния системы разделены двумя порогами, по­этому РХ включает уже три прямолиней­ных отрезка и все более приближается к дугообразной кривой SDT. Более того, предполагается, что РХ может менять форму, т. е. описывается механизм рабо­ты сенсорной системы с переменной чувствительностью. Эта идея оказалась наиболее плодотворной и в разных вари­антах появлялась впоследствии в других ко

Немецкий физик и медик.

Один из основоположников экспериментальной психологии и эстетики.

Густав Фехнер был последователем идей Фридриха Шеллинга (Вселенная одушевлена, материя – оборотная сторона психического и т.п.).

В 1851 году Густав Фехнер опубликовал книгу: Зенд-Авеста, или явления небес и потустороннего мира / Zend-Avesta, oder über die Dinge des Himmels und des Jenseits, где выдвинул идею новой науки - психофизики , которая должна была заниматься изучением связи физических и духовных явлений…

Густав Фехнер «… считал Землю единым живым организмом. Он называл это существо «Гея» и говорил, что ветра - это дыхание Земли, почва - кожа, реки и моря - вены и артерии. Фехнер выступал за сохранение экологии, что для того времени было весьма необычной мыслью. Немногие обратили внимание на его исследования, хотя они были весьма интересными. Он писал, что тело и разум едины и находятся в гармонии: «относительное увеличение телесной энергии и соответствующий рост энергии умственной возможно описать математически».

К.А. Симпкинс, Подсознание изменит всё! Практическое руководство по самогипнозу, М., «Аст»; «Астрель», 2007 г., с. 85.

Учёный, обладая плохим зрением «… исходил из того, что материальное и духовное представляют «тёмную» и «светлую» стороны мироздания (включая космос), между которыми должно быть строгое математическое соотношение».

Петровский А.В., Ярошевский М.Г., Теоретическая психология, М., Издательский центр «Академия», 2003 г., с. 41.

В 1860 году Густав Фехнер обобщает свои исследования в книге: Элементы психофизики / (Elemente der Psychophysik и с 1865 года начинает заниматься экспериментальной эстетикой…

«По мнению Густава Фехнера , эстетика должна быть эмпирической дисциплиной, свободной от метафизических умозрений, иначе - «ветвью психофизики» (особой науки, предмет которой, согласно Фехнеру, - закономерные соотношения двух рядов явлений: психических и физических). Рассматривая эстетику в контексте психофизики, ученый определял её как «гедонику», то есть, в сущности, не проводил грани между прекрасным и просто приятным.

Термин «красота», говорит Фехнер, служит для определения всего, что может обладать способностью доставлять непосредственное и мгновенное удовольствие. В основу эстетического анализа должны быть положены именно эти - простейшие - чувства удовольствия или неудовольствия, которые мы испытываем при восприятии внешнего объекта. Это тот фундамент, на котором, по мнению исследователя, может строиться подлинно «научная эстетика». Фехнер поставил перед собой задачу: анализируя «простые элементы» - «эстетические ощущения», эти своеобразные «психические атомы», выяснить, какие предметы производят на нас приятное впечатление, доставляют наслаждение, а какие вызывают чувство неудовольствия, нравятся либо не нравятся нам и с чем это последнее связано.

Фехнер рассуждал следующим образом. Мы не знаем (или знаем весьма приблизительно), что есть прекрасное, как не знаем, отчего зависит приятное впечатление, получаемое нами от созерцания прекрасного предмета: зависит ли оно от созерцания совершенной формы или от каких-либо побочных, сопровождающих («сопутствующих») обстоятельств. Взять, к примеру, симметрию. Бывает, что принцип симметрии, скажем в произведении искусства, нарушен, между тем оно нам нравится, доставляет эстетическое наслаждение. От чего это зависит? Зависит ли прекрасное (в данном случае - произведение искусства), его восприятие от «прямого фактора» красоты или от неких «привходящих», «сопровождающих обстоятельств»?

Фехнер стремился выявить закон, лежащий в основе причинно-следственной связи между внешним объектом и наслаждением, которое испытывает субъект, его воспринимающий .

Этот закон должен был явиться своеобразным результатом серии экспериментов, задуманных и проведённых учёным задолго до появления «Введения в курс эстетики». Хотя Фехнер с присущей ему научной трезвостью и не надеялся в короткий срок построить «здание» научной экспериментальной эстетики, он всё же в своих экспериментах и выводах пытался приблизиться к той точности, которой характеризуются конкретные науки.

Поскольку для Фехнера эстетика есть прежде всего «гедоника», то есть прекрасное в ней, в отличие, например, от эстетики Канта , неотделимо от приятного, постольку он задается вопросом: какие простые формы, а также какие «комбинации простых форм» нам более всего нравятся?

В своих исследованиях ученый руководствуется тремя «высшими принципами», впрочем, в достаточной мере традиционными:

1) взаимосвязь разнородных элементов;
2) последовательность, согласованность и истинность;
3) ясность.

Эти «высшие формально-эстетические принципы» и пытается Фехнер подтвердить своими экспериментами. Он отбирает значительное число лиц, принадлежащих к «образованным» слоям, вне зависимости от уровня их эстетической культуры и предлагает испытуемым из большого количества геометрических фигур выбрать наиболее нравящиеся им. Это был первый из различаемых Фехнером трёх «экспериментальных методов» - «метод отбора».

Второй - «метод конструкции» - заключается в том, что требовалось, например, установить поперечную линию на вертикальной таким образом, чтобы полученное отношение доставляло удовольствие. Наконец, третий метод состоял в измерении предметов, используемых в повседневном обиходе: Фехнер приносил в аудиторию ряд книг, картин, карт, визитных карточек и т. д. и предлагал испытуемым выбрать наиболее нравящуюся им форму.

Последний метод отличался от первого тем, что в соответствии с первым методом учёный предлагал выбрать чисто геометрическую форму, в соответствии с последним - прикладную.

На основе полученных результатов Фехнер пришёл к следующим выводам:

1) при соответствующем делении горизонтальной линии (линия, параллельная «линии связи глаз») деление по так называемому принципу золотого сечения во всех отношениях уступает делению на равные части;

2) при соответствующем делении вертикальной линии (линия, перпендикулярная к прямой, «соединяющей наши глаза») наиболее «нравящееся» соотношение отрезков линии получается не при «золотом сечении», а в том случае, когда короткий отрезок относится к длинному, как 1:2. [...]

Значение деятельности Густава Фехнера чрезвычайно велико для последующего развития эстетики. Идеалистический характер его «психофизики», его концепции «идентичности души и тела» не могут зачеркнуть тот факт, что введённые Фехнером экспериментально-математические методы обусловили дальнейший прогресс экспериментальной эстетики».

История эстетической мысли в 6-ти томах, Том 4, Вторая половина XIX века, М., «Искусство», 1987 г., с. 164-169.

«Основатель экспериментальной психологии Фехнер однажды в кругу преподавателей университета предложил дать объяснение такому своему наблюдению: почему люди чаще режут колбасу наискосок, так что получается эллиптический ломтик вместо круглого?
В написанной позже статье «Почему мы нарезаем колбасу наискосок?» Фехнер привёл 15 ответов, данных на этот вопрос, и разобрал главные из них.
Конечно, вопрос этот имел лишь развлекательное назначение, и сам автор сознается, что ему вспомнился при этом рассказ о короле, опросившем учёных своей страны о причинах, по которым погружение рыбы в наполненный водою сосуд не вызывает перетекания воды через борт: разумеется, было бы оплошностью искать объяснений ранее, чем сам факт надёжно установлен.

Эта развлекательная статья Фехнера говорит о склонности исследователя к постоянным самотренировкам по любому поводу, к постоянным поискам ответа на вопрос «почему?».

Впрочем, несерьёзность темы смущала и Фехнера, а потому он подписал эту статью, как и ряд других научно-сатирических («Сравнительная анатомия ангелов», «Охранительные средства для холеры», «Доказательство, что луна состоит из иодинов» и др.), не своим именем, а псевдонимом – Мизес (Mises. Kleine Schriften. Leipzig, 1875).

Регирер Е.И., Развитие способностей исследователя, М., «Наука», 1969 г., с.175-176.

Псиофизические идеи Густава Фехнера явно повлияли на творчество

Наличие зависимости ощущений от внешних раздражений заставляет поставить вопрос о характере этой зависимости, т. е. об основных закономерностях, которым она подчиняется. Это центральный вопрос так называемой психофизики. Ее основы заложены исследованиями Э. Вебера и Г. Фехнера. Оформление она получила в «Элементах психофизики» (1859) Фехнера, оказавших значительное влияние на дальнейшие исследования. Основной вопрос психофизики - это вопрос о порогах. Различают абсолютные и разностные пороги ощущения или пороги ощущения и пороги различения.

Исследования по психофизике установили прежде всего, что не всякий раздражитель вызывает ощущение. Он может быть так слаб, что не вызовет никакого ощущения. Мы не слышим множества вибраций окружающих нас тел, не видим невооруженным глазом множества постоянно вокруг нас происходящих микроскопических изменений. Нужна известная минимальная интенсивность раздражителя для того, чтобы вызвать ощущение. Эта минимальная интенсивность раздражения называется нижним абсолютным порогом. Нижний порог дает количественное выражение для чувствительности: чувствительность рецептора выражается величиной, обратно пропорциональной порогу: Е = I/J, где Е - чувствительность и J - пороговая величина раздражителя.

Наряду с нижним существует и верхний абсолютный порог, т. е. максимальная интенсивность, возможная для ощущения данного качества. В существовании порогов рельефно выступает диалектическое соотношение между количеством и качеством. Эти пороги для различных видов ощущений различны. В пределах одного и того же вида они могут быть различны у различных людей, у одного и того же человека в разное время, при различных условиях.

За вопросом о том, имеет ли вообще место ощущение определенного вида (зрительное, слуховое и т. д.), неизбежно следует вопрос об условиях различения различных раздражителей. Оказалось, что наряду с абсолютными существуют разностные пороги различения. Э. Вебер установил, что требуется определенное соотношение между интенсивностями двух раздражителей для того, чтобы они дали различные ощущения. Это соотношение выражено в законе, установленном Вебером: отношение добавочного раздражителя к основному должно быть величиной постоянной:

где J обозначает раздражение,ÑJ - его прирост, К - постоянная величина, зависящая от рецептора.

Так, в ощущении давления величина прибавки, необходимой для получения едва заметной разницы, должна всегда равняться приблизительно"/30 исходного веса, т. е. для получения едва заметной разницы в ощущении давления к 100 г нужно добавить 3,4 г, к 200 - 6,8 г, к 300 - 10,2 г и т. д. Для силы звука эта константа равна "/10, для силы света -"/100 и т. д.

Дальнейшие исследования показали, что закон Вебера действителен лишь для раздражителей средней величины: при приближении к абсолютным порогам величина прибавки перестает быть постоянной. Наряду с этим ограничением закон Вебера допускает, как оказалось, и расширение. Он применим не только к едва заметным, но и ко всяким различиям ощущений. Различия между парами ощущений кажутся нам равными, если равны геометрические соотношения соответствующих раздражителей. Так, увеличение силы освещения от 25 до 50 свечей дает субъективно такой же эффект, как увеличение от 50 до 100.

Исходя из закона Вебера, Фехнер сделал допущение, что едва заметные разницы в ощущениях можно рассматривать как равные, поскольку все они - величины бесконечно малые, и принять их как единицу меры, при помощи которой можно численно выразить интенсивность ощущений как сумму (или интеграл) едва заметных (бесконечно малых) увеличений, считая от порога абсолютной чувствительности. В результате он получил два ряда переменных величин - величины раздражителей и соответствующие им величины ощущений. Ощущения растут в арифметической прогрессии, когда раздражители растут в геометрической прогрессии. Отношение этих двух переменных величин можно выразить в логарифмической формуле:

Е = KlogJ + С,

где К и С суть некоторые константы. Эта формула, определяющая зависимость интенсивности ощущений (в единицах едва заметных перемен) от интенсивности соответствующих раздражителей, и представляет собой так называемый психофизический закон Вебера - Фехнера.

Допущенная при этом Фехнером возможность суммирования бесконечных, а не только конечных разностей ощущений, большинством исследований считается произвольной. Помимо того нужно отметить, что ряд явлений, вскрытых новейшими исследованиями чувствительности, не укладывается в рамки закона Вебера-Фехнера. Особенно значительное противоречие с законом Вебера- Фехнера обнаруживают явления протопатической чувствительности, поскольку ощущения в области протопатической чувствительности не обнаруживают постепенного нарастания по мере усиления раздражения, а по достижении известного порога сразу же появляются в максимальной степени. Они приближаются по своему характеру к типу реакций по принципу «все или ничего». Не согласуются, по-видимому, с законом Вебера-Фехнера и некоторые данные современной электрофизиологии органов чувств.

Дальнейшие исследования Г. Гельмгольца, подтвержденные П. П. Лазаревым, заменили первоначальную формулировку закона Вебера-Фехнера более сложной формулой, выражающей общий принцип, управляющий всеми явлениями раздражения. Однако и попытка Лазарева выразить переход раздражения в ощущение в математических уравнениях не охватывает всего многообразия процессов чувствительности.

Пороги и, значит, чувствительность органов никак не приходится представлять как некие раз и навсегда фиксированные неизменные лимиты. Целый ряд исследований советских авторов показал их чрезвычайную изменчивость. Так, А. И. Богословский, К. X. Кекчеев и А. О. Долин показали, что чувствительность органов чувств может изменяться посредством образования интерсенсорных условных рефлексов (которые подчиняются вообще тем же законам, что и обычные двигательные и секреторные условные рефлексы). Очень убедительно явление сенсибилизации было выявлено в отношении слуховой чувствительности. Так, А. И. Бронштейн констатировал понижение порогов слышимости под влиянием повторяющихся звуковых раздражений. Б. М. Теплов обнаружил резкое понижение порогов различия высоты в результате очень непродолжительных упражнений (см. с. 204-205). В. И. Кауфман - в противовес тенденции К. Сишора, Г. М. Уиппла и др. рассматривать индивидуальные различия порогов звуковысотной чувствительности исключительно как неизменяющиеся природные особенности организма - экспериментально показал, во-первых, зависимость порогов (так же как самого типа) восприятия высотных разностей от характера музыкальной деятельности испытуемых (инструменталисты, пианисты и т. д.) и, во-вторых, изменяемость этих порогов (и самого типа) восприятия высотных разностей. Кауфман поэтому приходит к тому выводу, что способность различения высоты звука в зависимости от конкретных особенностей деятельности данной личности может в известной мере изменяться. Н. К. Гусев пришел к аналогичным результатам о роли практики дегустации в развитии вкусовой чувствительности. <...>

Пороги чувствительности существенно сдвигаются в зависимостиот отношения человека к той задаче, которую он разрешает, дифференцируяте или иные чувственные данные. Один и тот же физический раздражитель одной и той же интенсивности может оказаться и ниже, и выше порога чувствительности и, таким образом, быть или не быть замеченным в зависимости от того, какое значение он приобретает для человека: появляется ли он как безразличный момент окружения данного индивида или становится значимым показателем условий его деятельности. Поэтому, чтобы исследование чувствительности дало сколько-нибудь законченные результаты и привело к практически значимым выводам, оно должно, не замыкаясь в рамках одной лишь физиологии, перейти и в план психологический. Психологическое исследование имеет, таким образом, дело не только с «раздражителем», но и с предметом, и не только с органом, но и с человеком. Этой более конкретной трактовкой ощущения в психологии, связывающей его со всей сложной жизнью личности в ее реальных взаимоотношениях с окружающим миром, обусловлено особое значение психологического и психофизиологического, а не только физиологического, исследования для разрешения вопросов, связанных с нуждами практики.

1.Введение
2.Информация. Основные понятия
теории информации. Количество
информации.
3.Единицы измерения количества
информации
4.Информационная энтропия. Формула
Хартли. Формула Шеннона

5.Общая схема съема, передачи и
регистрации информации
6. Применение теории информации в
медицине
1.Психофизика. Основные понятия.
2. Законы психофизики. Закон Вебера
3. Закон Вебера-Фехнера
4. Закон Стивенса
5. Сенсорные системы.
6. Слуховая сенсорная система

Основные понятия теории информации

Информация – совокупность сведений о
всевозможных
явлениях,
объектах
и
предметах, приносящих новые знания о них
Информационная
энтропия
–
мера
неопределенности, зависящая от числа
состояний в
которых может находиться
система.
Количество информации – величина
численно равная уменьшению энтропии в
результате наступления какого-либо события
(сообщения)

Формула Хартли.

Формула Хартли:
I = k logn = - k logP = - k log1/n
Если мы возьмем в качестве основания
логарифма 2, то k=1, а единица
информации
и
информационной
энтропии будет называться БИТ.
I = log2n= - log2P= - log21/n

Формула Шеннона

Формула Шеннона:
H = -∑Pi∙log2Pi
Формула Шеннона для
равновероятных событий:
H = -∑(1/n)∙log2(1/n) = - log2(1/n) =
log2n

Общая схема съема, передачи и регистрации информации.

Пропускная способность канала связи

C = H/t,
Где С – пропускная способность - Бит/с;
Н
–
максимальное
количество
информации, которое может быть
передано по каналу связи - Бит;
t – время, в течение которого
передавалась информация – с.

Единица информации

I = log2n;
Откуда: 1 = log22, т.е.
Один бит – количество информации
о том, что произошло одно из двух
равновероятных событий

ЗАДАЧА 1

Какое количество информации получит
экспериментатор при однократном
изъятии шарика из корзинки, в которой
находится по 73 черных, зеленых, белых
и красных шаров, если:
А) он воспринимает все цвета;
В) он воспринимает красный и зеленый
цвета как серый.

РЕШЕНИЕ (А)

А)Так как экспериментатор воспринимает все
цвета, а количество шариков каждого из
цветов одинаково, то с равной вероятностью:
Р(А) = m/4m = ¼
будут извлекаться шарики любого из цветов,
следовательно для решения задачи можно
применить формулу Хартли:
І = log24 = 2 бита
Ответ: І = 2 бита

РЕШЕНИЕ (В)

В)Так как экспериментатор воспринимает не все
цвета, а количество шариков каждого из цветов
одинаково, то с равной вероятностью:
Р(А) = m/4m = ¼ будут извлекаться шарики
белого и черного цвета и с вероятностью
Р(А) = 2m/4m = ½
шарики серого цвета, следовательно для
решения задачи нужно применить формулу
Шеннона:
H = -∑Pi∙log2Pi

РЕШЕНИЕ (В)

(1/2) = 2-1; (1/4) = 4-1
Н= +(1/2)∙ log22 +2 (1/4)∙ log24
=1/2+1=1,5 бита.
ВЫВОД?

ЗАДАЧА 2

Чему равна информационная
энтропия системы, которая
может находиться в 6-ти
состояниях с вероятностями:
Р1= 0,25; Р2=0,25
и Р3=Р4=Р5=Р6 = 0,125?

РЕШЕНИЕ

Задача 3

Из какого количества символов
состоит алфавит,
использованный для передачи
сообщения, состоящего из 5
символов, если это сообщение
содержит 25 бит информации?

РЕШЕНИЕ

Для решения данной задачи
необходимо применить формулу
Хартли: I = 5∙log2n.
25= 5∙log2n.
5= log2n. Таким образом:N =25=32
Ответ: N =32

Задача 4

Какое количество информации
содержит зернышко, из
которого может вырасти
растение, принимающее один
из 4-х видов цветов и один из
восьми видов листьев?

Решение

I = I1 + I2
I1 = log2N1
I2 = log2N2
I = log2N1+ log2N2 =
log24+log28 =2 бита + 3 бита
= 5 бит

Применение теории информации в медицине

Внедрение - информационных технологий для
управления
медицинскими
учреждениями
различного уровня, в том числе технологий
связанных
с
диагностикой,
лечением,
реабилитацией и профилактикой здоровья
пациентов,
автоматизированных
систем
обработки
инструментальных и лабораторных данных,
включающих автоматизированное рабочее место
(АРМ) врача.

Элементы психофизики. Сенсорные системы.

Психофизика- наука,
изучающая взаимосвязь
между ощущениями и
свойствами, вызвавших
их раздражителей.

Основные понятия психофизики

- Абсолютный порог – наименьшая сила
раздражителя (стимула) вызывающая
ощущение;
- Абсолютный
максимальный
порогнаибольшая
сила
раздражителя,
вызывающая ощущение;
Дифференциальный порог – наименьшее
изменение
силы
раздражителя,
вызывающее изменение ощущений;

Дифференциальный пространственный и временной пороги

Дифференциальный пространственный порог
–
наименьшее
расстояние
между
раздражителями
при
котором
они
воспринимаются раздельно.
Дифференциальный временной порог
наименьший промежуток времени между
раздражителями
при
котором
они
воспринимаются раздельно.

ЗАКОН ВЕБЕРА

S/S = const
Отношение едва
ощутимого изменения
силы стимула к его
исходному значению есть
величина постоянная

ЗАКОН ВЕБЕРА-ФЕХНЕРА

dE = const; (С1)
dR/R = const; (С2); С1 =k С2
dE=k dR/R
E= k dR/R
E = k ln(R/R0)

ЗАКОН СТИВЕНСА

dE/E = const; dR/R = const;
dE/E=k dR/R dE/E= k dR/R
lnE +C1 = k lnR +C2
k
lnE = lnR + lnC lnE =
lnC Rk
E = C (R - R0) k

СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ

Сенсорными
(чувствительными)
называют системы,
способные улавливать,
передавать и анализировать
информацию

СЛУХОВАЯ СЕНСОРНАЯ СИСТЕМА

СЛУХОВАЯ СЕНСОРНАЯ СИСТЕМА

Орган слуха человека представляет собой
сложную систему, состоящую из следующих
элементов:
1 - ушная раковина; 2 - наружный слуховой
проход; 3 - барабанная перепонка; 4 молоточек; 5 - наковальня; 6 - стремечко; 7 овальное окно; 8 - вестибулярная лестница; 9
- круглое окно; 10 - барабанная лестница; 11
- улитковый канал; 12 - основная
(базилярная) мембрана.

Схематическое представление слуховой системы

Роль наружного уха

Наружное ухо состоит из ушной
раковины, слухового прохода (в виде
узкой трубки), барабанной перепонки.
Ушная
раковина
играет
роль
звукоулавливателя,
концентрирующего
звуковые волны на слуховом проходе, в
результате чего звуковое давление на
барабанную перепонку увеличивается по
сравнению со звуковым давлением в
падающей волне примерно в 3 раза.

Роль наружного слухового прохода

Звук поступает в систему через наружный
слуховой канал, который является закрытой с
одной стороны акустической трубой длиной L
= 2,5 см. Звуковая волна проходит через
слуховой проход и частично отражается от
барабанной перепонки. В слуховом канале, как
в трубе, будет резонировать волна длиной λ =
4L = 4 0,025 = 0,1 м. Частота, на которой
возникает акустический резонанс,
определяется так: ν = v/λ = 340/(40 0,25) = 3,4
кГц.

Роль среднего уха

Среднее ухо является устройством,
предназначенным
для
передачи
звуковых колебаний из воздушной
среды наружного уха в жидкую среду
внутреннего уха. Среднее ухо содержит
барабанную перепонку, овальное и
круглое окна, а также слуховые
косточки
(молоточек,
наковальню,
стремечко).

Роль среднего уха

При прохождении звука через среднее ухо происходит
увеличение уровня его интенсивности на 28 дБ, чем
достигается снижение потерь уровня интенсивности
звука при переходе из воздушной среды в жидкую,
составляющее 29 дБ. Среднее ухо также обеспечивает
ослабление передачи колебаний в случае звука
большой интенсивности путем рефлекторного
ослабления связи между косточками. Для защиты
барабанной перепонки от перепадов давления служит
небольшая евстахиева труба, которая соединяет
полость среднего уха с верхней частью глотки (с
атмосферой).

Роль внутреннего уха

Звуковоспринимающей системой слухового аппарата
являются внутреннее ухо и входящая в него улитка.
Внутреннее ухо представляет собой замкнутую
полость. Эта полость, называемая лабиринтом, имеет
сложную форму и заполнена жидкостью перилимфой. Она состоит из двух основных частей:
улитки, преобразующей механические колебания в
электрический сигнал, и полукружия вестибулярного
аппарата, обеспечивающего равновесие тела в поле
силы тяжести.

Частотно-избирательные свойства основной мембраны

В настоящее время считается, что восприятие
высоты
тона
определяется
положением
максимума колебаний основной мембраны.
Колебания основной мембраны стимулируют
рецепторные
клетки,
расположенные
в
кортиевом органе, в результате чего возникают
потенциалы действия, передаваемые слуховым
нервом в кору головного мозга.

Бинауральный эффект

Бинауральный эффект -способность
устанавливать направление на
источник звука в горизонтальной
плоскости вследствие разности фаз и
неодинаковой интенсивностей
звуковых волн, попадающих в разные
уши.

Звук

Звук – продольные механические
волны, распространяющиеся в
любой среде, кроме вакуума с
частотой от 16 Гц до 20000 Гц.
Звук является адекватным
раздражителем для слуховой
сенсорной системы

Субъективные характеристики звука

Субъективными характеристиками звука
являются:
Высота тона, которой соответствует
физическая характеристика звука- частота.
Громкость, которой соответствует физическая
характеристика звука- интенсивность.
Тембр, которой соответствует физическая
характеристика звука- акустический спектр

Шкала громкости

E = k lg(I/I0)
Единицу измерения
громкости звука
называют фоном.

Звуковые методы исследований

Звук может быть источником информации о
состоянии органов человека.
Аускультация - непосредственное
выслушивание звуков, возникающих внутри
организма.
Перкуссия - исследование внутренних органов
посредством постукивания по поверхности тела
и анализа возникающих при этом звуков.
Постукивание осуществляется либо с помощью
специальных молоточков, либо при помощи
пальцев.

ФОНОКАРДИОГРАФИЯ

Фонокардиография - графическая
регистрация тонов и шумов сердца и их
диагностическая интерпретация.
Запись осуществляется с помощью
фонокардиографа, который состоит из
микрофона, усилителя, частотных
фильтров, регистрирующего устройства.

Шкала интенсивности

Уровнем интенсивности называют
десятичный логарифм отношения
интенсивности звука к порогу слышимости:
L = lg(I/I0)
Единицей измерения уровня интенсивности
является бел (Б). Обычно используют более
мелкую единицу уровня интенсивности децибел (дБ): 1 дБ = 0,1 Б. Уровень
интенсивности в децибелах вычисляется по
следующим формулам:

Шкала интенсивности

L = 10 lg(I/I0) = 20 lg(P/ P0)
Если человек слышит звуки,
приходящие с одного направления
от нескольких некогерентных
источников, то их интенсивности
складываются:
I = I1 + I2 + I3 + …

ЗАДАЧА 1

Какое значение интенсивности
звука в Вт/м2 необходимо для
того, чтобы человек услышал
его, если при оценке его слуха
при помощи аудиометра было
получено значение его остроты
слуха на частоте 1 кГц – 40 дБ.

РЕШЕНИЕ

В данном случае для решения задачи
необходимо применять формулу:
L = 10 lg(I/I0)
Тогда: 40 = 10 lg(I/I0), откуда:
4 = lg(I/I0), т.о.:
4
I/I0=10
4
-12+4
-8
2
I = I0 10 =10
=10 Вт/м.

ЗАДАЧА 2

Звук, которому на улице соответствует
уровень интенсивности L1 = 50 дБ,
слышен в комнате так, как звук с
уровнем интенсивности L2 = 30 дБ.
Найти отношение интенсивностей
звука на улице и в комнате.

РЕШЕНИЕ

Для решения данной задачи применим
формулу для шкалы интенсивностей:
L1 – L2 = 10 lg(I1/I2), откуда:
2= lg(I1/I2),
Следовательно: I1/I2 = 100.
Ответ: I1/I2 = 100.

ЗАДАЧА 3

Вентилятор создает звук, уровень
интенсивности которого L = 60 дБ.
Найти уровень интенсивности
звука при работе двух рядом
стоящих вентиляторов.