Психофизика. Проблема дифференциальных порогов ощущений

Выделяют два типа порогов чувствительности: абсолютный и дифференциальный, или разностный. Между ними есть различия, но оба понятия отражают убеждение в существовании пределов сенсорной системы.

Абсолютный порог чувствительности — это такая величина стимула (физического раздражителя), ниже которой ощущения от стимула не возникает, а выше — возникает. Обратимся к рис. 2.1. Все стимулы, которые больше (сильнее, громче, ярче) определенной интенсивности раздражителя, вызывают ощущения (правая часть диапазона). Стоит же нам несколько уменьшить величину стимула (сдвинуть его в левую часть диапазона), как

мы перестаем его ощущать.

Дети похожи на родителей. Иногда мы не можем отличить голос сына от голоса отца, во всяком случае, в первые секунды телефонного разговора. Нам трудно настроить гитару: подстраивая одну струну к другой, мы не слышим разницы в звучании. Но наш товарищ с консерваторским образованием говорит, что нужно еще подтянуть на четверть тона. Следовательно, есть такая величина физического различия между стимулами, больше которой мы их различаем, а меньше которой — нет. Эта величина носит название дифференциального порога, или порога дифференциальной чувствительности.

Несмотря на то, что абсолютный и дифференциальный пороги представляют собой явно различные характеристики сенсорной системы, затем и за другим понятием стоит общий методологический принцип или одно и то же допущение. Предполагается, что сенсорный ряд — диапазон наших ощущений — прерывен (дискретен): ощущение может исчезнуть даже при наличии физического воздействия. До определенных пределов ощущение

есть, а потом пропадает, как свет, когда щелкнули выключателем. Эта точка зрения распространяется как на абсолютный порог, так и на дифференциальный: уменьшаем-уменьшаем интенсивность— «щелк», и ощущения нет (абсолютный порог), уменьшаем-уменьшаем разницу между стимулами — «щелк», и ощущение различия исчезло (дифференциальный порог), хотя физически стимулы не идентичны.

Представление о том, что наша сенсорная система устроена по пороговому, прерывному принципу, называется концепцией дискретности (прерывности) сенсорного ряда. Казалось бы, вполне разумная идея. О чем тут спорить?! Оказывается, есть о чем. Психофизики, воодушевленные идеей «абсолютного нуля», или точки исчезновения ощущений, провели сотни экспериментов в надежде найти и рази навсегда определить пороги чувствительности. Не тут-то было. Помещают испытуемого в специальную, изолированную от всяческих шумов экспериментальную комнату, измеряют его пороги и в первый раз получают одно значение, а во второй — другое. Это похоже на ситуацию, когда дверь в квартире открывается то с двух с половиной оборотов, то с двух, то с полутора, то вообще с одного, а замок тот же, и закрываете вы его все время ровно на два оборота. Нам казалось, что вероятность открыть дверь с одного и полутора оборотов равна нулю, а открыть с двух — единице.

Порог как бы плавает. Каждый раз мы получаем несколько различные значения. Иными словами, даже для очень слабых раздражителей существует некоторая (ненулевая) вероятность их обнаружения, а для относительно сильных — ненулевая вероятность их необнаружения. Зависимость вероятности обнаружения (различения) стимулов от их интенсивности называется психометрической функцией. Как должна выглядеть

психометрическая функция, если сенсорная система работает по дискретному принципу? До определенного уровня интенсивности стимула вероятность обнаружения равна нулю, потом — единице. А как она выглядит вдействительности? Вероятность обнаружения сигнала по мере роста его интенсивности не изменяется скачкообразно, а растет постепенно. Основываясь на результатах психофизических исследований, один из оппонентов Фехнера Мюллер высказал идею о непрерывности сенсорного ряда,

суть которой состоит в том, что не существует порога как такового: любой стимул может в принципе вызвать ощущение. Почему же мы не обнаруживаем некоторые слабые сигналы? Потому, утверждал Мюллер, что на возможность обнаружения стимула влияет не только его физическая интенсивность, но и расположенность сенсорной системы к ощущению. Эта расположенность зависит от множества случайных, плохо контролируемых факторов: усталости наблюдателя, степени его внимательности, мотивации, опыта и т. п. Одни факторы благоприятно действуют на способность наблюдателя к обнаружению сигнала (например, большой опыт), а другие — неблагоприятно (например, усталость). Соответственно, неблагоприятные факторы уменьшают способность к обнаружению, а благоприятные — увеличивают. Но в целом, по мнению Мюллера, нет оснований говорить

о существовании какой-то особой точки на оси ощущений, где они прерываются, исчезают. Сенсорный ряд непрерывен. Если бы мы могли создать идеальные условия наблюдения, то сенсорная система восприняла бы сколь угодно малый сигнал.

Со времени этой научной дискуссии между Фехнером и Мюллером прошло уже более ста лет, но проблема дискретности-непрерывности сенсорного ряда до сих пор не получила окончательного решения. Видимо, это один из тех вечных споров, который сродни спору о бессмертии души. Дело не столько в результатах спора, сколько в его побочных продуктах. Исходные психофизические идеи вдохновили многих исследователей и позволили им создать множество психофизических концепций, интересных в теоретическом плане и полезных в практическом.

Психофизика. Основной психофизический закон. Вариант Г. Фехнера. Вариант С. Стивенса

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. В психофизике существуют два различных подхода к измерению интенсивности ощущений путем построения психофизической функции — косвенный и прямой.

Идея косвенного измерения ощущений идет от Г.Фехнера,полагавшего, что измерить ощущение прямо или непосредственно невозможно.

Идея возможности прямого измерения величины ощущения была реализована спустя 100 лет в работах С.Стивенса.

Попытки этих ученых выразить психофизическую зависимость строго количественно привели к формулировке двух вариантов основного психофизического закона — двух фундаментальных уравнений, связывающих интенсивность стимула с величиной ощущения.

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, т.е. сила ощущения — это степенная функция от изменения интенсивности стимула.

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.