Основные положения теории обнаружения сигналов.

Понятие сигнала, шума, критерия, чувствительности.

Рабочая характеристика приемника

Дж.Кимблу Н.Джармези

ОБНАРУЖЕНИЕ ПОРОГОВЫХ

СИГНАЛОВ И ПРИНЯТИЕ

РЕШЕНИЯ *

Обнаружение предельно слабых раздражителей

Вопрос о том, обнаруживает ли человек некото­рое изменение в окружающей среде, при традици­онном его рассмотрении распадается на два:

1. Какова минимальная, впервые обнаруживае­
мая интенсивность раздражителя для каждой из сен­
сорных модальностей?

2. Почему бывает так, что некоторые раздражи­
тели, интенсивность которых достаточна для обна­
ружения, все же остаются незамеченными?

До сих пор мы занимались рассмотрением вто­рого из этих вопросов и должны теперь обратиться к первому. Обычно он рассматривается как проблема определения абсолютного порога некоторой сенсор­ной модальности.

Понятие абсолютного порога

В психологии понятие абсолютный порог или аб­солютный предел относится вообще к минимальной интенсивности какого-либо процесса, при которой он может быть обнаружен. Хотя это понятие наиболее часто встречается в литературе по восприятию, оно употребляется также и в других контекстах. Так, в об­ласти обучения принято, что существует подпорого-вая стадия упрочения навыка, когда он еще не ока­зывает заметного влияния на поведение. В психоана­лизе та же самая идея находит отражение в понятии подсознательной или бессознательной мотивации. В физиологической литературе известно, что единич­ный нервный импульс может оказаться слишком сла­бым, чтобы преодолеть порог синаптической переда­чи. Таким образом, общая идея, заключенная в этом понятии, имеет более широкое значение.

Чувствительность различных органов чувств

Изучение абсолютного порога для различных сенсорных модальностей показывает, что основные органы чувств отвечают на раздражения, которые

* Хрестоматия по ощущению и восприятию / Под ред. Ю.Б.Гиппенрейтер, М.Б.Михайлевской. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1975. С. 233-248.

удивительно слабы, столь слабы, что большая чув­ствительность давала бы плохое приспособление к реальности физического мира. Адаптированный к темноте глаз отвечает примерно на 7 квантов света (на несколько стобиллионных эрга в единицах изме­рения энергии). Если бы глаз был еще более чув­ствительным, мы стали бы воспринимать уже осо­бого рода эффекты. Постоянный свет казался бы прерывистым, и мы без сомнения могли бы видеть химические процессы в самом глазе. Абсолютный порог для слуха также настолько мал, что если бы ухо было лишь немного чувствительнее, мы могли бы слышать случайные удары молекул по барабан­ной перепонке. Иначе говоря, достаточно давлению воздуха сместить барабанную перепонку всего лишь на 0,0000000001 см, чтобы мы услышали звук. Слухо­вые клетки внутреннего уха обнаруживают движе­ния, амплитуда которых составляет менее 1 процен­та диаметра молекулы водорода.

Величина порогов для различных органов чувств в единицах, более знакомых читателю, представле­на в табл. 1.

Таблица 1

Примерные значения абсолютных порогов

Сенсорная модальность	Порог
Зрение Слух Вкус Обоняние Осязание	Пламя свечи на расстоянии 30 миль (45,7 км) темной ясной ночью Тиканье наручных часов на расстоянии 20 футов (6,1 м) в тихой комнате 1 унция (28,3 г) гуанина сульфата на 250 галлонов (1136,5 л) воды 4/100000 унции (0,001 г) ароматического вещества на шестикомнатную квартиру Перышко, упавшее на щеку с высоты 1 см

Пересмотр понятия порога

Хотя понятие абсолютного порога имеет долгую и славную историю в психологии и указывает на пределы чувствительности, в настоящее время оно стало предметом оживленных теоретических дискус­сий. Чтобы выделить существенные моменты, мы должны сначала рассмотреть одно из практических приложений понятия абсолютного порога. Допустим, что мы представляем индивидуальные результаты из­мерения абсолютного слухового порога на графике, отмечая значения вероятности ответов испытуемого о том, что он слышит звук на одной оси, а соответ­ствующие значения интенсивности звука - на дру­гой. Если бы существовал абсолютный порог в са­мом прямом смысле этого слова, то в результате мы получили бы график (рис. 1). Существовал бы ряд интенсивностей звука, на которые испытуемый ни­когда не давал бы ответа, а при некоторой порого­вой интенсивности наблюдался бы резкий переход к постоянным ответам, когда все предъявленные раз­дражители оказались бы воспринятыми.

100 _г

oh

Рис. 1. Точно измеренный абсолютный порог мог бы привести к ступенчатой функции вероятнос­ти обнаружения от интенсивности стимула, если бы стимулы подпороговой интенсивности всегда оста­вались бы незамеченными, а надпороговые всегда обнаруживались бы. Сравните этот рисунок со следу­ющим, где показана наиболее часто встречающаяся в эксперименте форма этой функции. Ордината -вероятность обнаружения, абсцисса — интенсивность стимула (возрастает слева направо). Тонкой ломаной линией указано значение порога

Однако результаты этого типа никогда не встре­чаются в реальном эксперименте. Вместо этого по мере нарастания интенсивности звука происходит постепенное увеличение вероятности ответа испы­туемого о том, что слышен звук. Обычно кривая ро­ста вероятности имеет 5-образную форму, показан­ную на рис. 2. Однако здесь встают два важных вопро­са: 1. Где на графике 5-образной функции (см. рис. 2) лежит абсолютный порог? 2. Что принимается за нуль на шкале интенсивностей?

Очевидно, что ответ на первый вопрос может быть получен только путем произвольного решения. Договорились определять абсолютный порог как уро­вень стимуляции, при котором обнаружение проис­ходит в 50% случаев. Ясно, однако, что это не соот­ветствует определению абсолютного порога как та­кой интенсивности стимулов, ниже которой они не могут быть обнаружены. Очевидно, что раздражите-

1.0 г

0 h

₀ ►

Рис. 2. 5-образная форма типичной психомет­рической кривой. Такая кривая может быть получена в любом эксперименте при использовании фоново­го маскирующего шума. Обозначения осей те же, что и на предыдущем рисунке. Тонкая вертикальная ли­ния со стрелкой указывает уровень маскирующего шума

ли ниже этого порога также могут быть обнаруже­ны, и увеличение числа наблюдений может привес­ти к статистически вполне оправданному выводу, что порог имеет такое малое значение, какое мы только захотим, коль скоро вероятность обнаруже­ния сигнала больше нуля. На рис. 2, построенном по гипотетическим данным, порогом можно обозначить любое значение, лежащее выше нуля на шкале ин­тенсивностей.

о -

Этот способ рассуждения порождает, конечно, второй вопрос: что является нулем на шкале интен­сивностей? Чтобы подойти к обсуждению этого воп­роса, давайте предположим, что обычная аудиомет-рическая процедура несколько видоизменена: допу­стим, что тоны, подлежащие обнаружению, предъяв­ляются на фоне довольно высокого уровня шумов. При этом шумы будут маскировать некоторые из более слабых тонов. <...> Очевидно, что точка, от­мечающая рассматриваемый уровень фоновых шу­мов, и будет определять нуль на шкале интенсивно­стей в этом видоизмененном эксперименте.

Рыс. 3. Гипотетические психометрические кри­вые, которые могли бы быть получены в экспери­менте по обнаружению чистых тонов, предъявляе­мых на фоне шума различной интенсивности. Обо­значения осей те же: кривая слева - при низком уров­не шума; средняя кривая — при среднем уровне шума; кривая справа — при высоком уровне шума

Рассмотрим, далее, такой возможный экспери­мент, в котором для разных испытуемых уровень фонового шума различен: высокий для одних, сред­ний для других и очень низкий для третьих. Такой эксперимент дал бы семейство функций, подобных изображенным (рис. 3). На основе этих результатов имело бы известный смысл определять нулевую ин­тенсивность по-разному для разных испытуемых и в каждом случае как уровень фоновых шумов. Распро­страняя тот же принцип на эксперименты по изме­рению абсолютного порога, в которых эксперимен­татор пытается устранить все фоновые раздражите­ли, мы могли бы определить нуль на шкале интен­сивностей как уровень шума, который имеет место в данных условиях.

Имеет ли такое определение смысл? Чтобы убе­диться в положительном ответе, достаточно при­знать, что нет абсолютно "бесшумного" живого орга­низма. Физиологические процессы всегда являются источником определенного уровня фоновых раздра­жений во всех сенсорных системах. Звук, производи­мый кровью в кровеносных сосудах, замечается боль-

очень мало добавляет к действию шума). Рисунок 5 дает наглядное представление об этом.

шинством людей в полной тишине, и это ясно по­казывает, что сигналы всегда предъявляются на фоне некоторого шума.

Вернемся к нашему исходному вопросу о том, каково должно быть значение порога обнаружения (абсолютного порога), если к нему подойти с этих позиций. В результате обсуждения этого вопроса мы пришли к двум заключениям: 1) сигналы появляют­ся всегда на фоне шума, уровень которого определя­ет нуль на шкале интенсивности; 2) пока интенсив­ность сигнала выше уровня шума, испытуемые все­гда обладают некоторой способностью обнаруживать предъявленный сигнал с вероятностью, превышаю­щей случайные угадывания.