Психология сенсорных процессов. Психофизика

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 [Corenetal., 1994].

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 [Corenetal., 1994]. 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 — lnS₀), 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 — S₀)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_O25, 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<