Локализация точки на шкале 3 страница

(7)

(8)

Стимул, находящийся в средней точке интервала неопределенности, всегда оценивается как равный эталону, т.е. является субъективным эквивалентом эталона и потому получил название точки субъективного равенства PSE (от английского “Point of Subject Equality”):

Рис.2. Соотношение основных пороговых показателей, оцениваемых в ситуации измерения дифференциального порога в методе минимальных изменений

. (9)

IU, как правило, несимметричен, поэтому довольно часто PSE не совпадает со значением эталона. Степень несовпадения эталона PSE характеризуется так называемой константной ошибкой, CE (от английского “Constant Error”), которая определяется следующим равенством:

(10)

Если константная ошибка больше нуля, то эталон переоценивается, если она меньше нуля, то эталон недооценивается. Таким образом, CE характеризует величину и направление смещения зоны субъективного равенства относительно объективного равенства. Соотношение этих основных психофизических понятий, которые используются и в других методах, иллюстрируется схемой, приведенной на рис.2.

3. Варианты метода минимальных изменений.

Объединение пары рядов в один ряд. В этом случае восходящий и нисходящий ряды предъявляются без перерыва. Достоинство этого варианта в том, что он обеспечивает некоторое сокращение времени. Его существенным недостатком является увеличение при такой системе подачи стимулов нерегулярности ответов, обусловленной тем, что второй ряд в паре начинается со стимула, вызывающего слабое, неуверенное ощущение различия.

Процедура “вверх-вниз” (метод лестницы). Этот вариант метода границ, предложенный Корнсвитом (1962), предполагает использование двух вариантов ответов. Суть его состоит в том, что как только происходит смена категории ответа, допустим, смена ответа “слышу” на ответ “не слышу”, так сразу же происходит смена направления изменения стимула, т.е. переход от нисходящего ряда к восходящему до следующей смены категории ответа. Этот вариант метода относится к так называемым адаптивным методам пороговых измерений, и, как правило, реализуется на компьютере, который отслеживает ответы испытуемого и соответствующим образом регулирует изменение стимуляции. В этих методах процедура тестирования строится таким образом, что предъявление стимулов подстраивается (“адаптируется”) под ответы испытуемого, и изменение стимуляции происходит в достаточно узком околопороговом диапазоне (рис. 3).

Достоинством этой процедуры является экономичность, вместе с тем она имеет ряд недостатков. Один из них состоит в том, что эта модификация метода применима только к измерению абсолютного порога. Дифференциальный порог может измеряться этим методом только в разных двух сериях, а это плохо из-за временных колебаний чувствительности. Второй недостаток состоит в том, что испытуемый быстро замечает порядок чередования ощущаемых и неощущаемых стимулов, что вызывает эффект ожидания, распространяющийся по горизонтали, т.е. переносится с одного стимула на другой. Гилфорд (1954) отмечает, что этот эффект является таким сильным источником стабилизации результатов (несенсорным источником!), равного которому нет ни в каком другом методе. Величину этой стабилизации трудно измерить и каким-либо образом скорректировать. Поэтому эта процедура применима только в случаях, когда исследователь может удовлетвориться очень грубым, но зато быстрым определением порога. На практике этот метод часто применяется для скрининговых исследований слуховой чувствительности.

Метод едва заметного различия (ЕЗР). Эту модификацию иногда полностью отождествляют с методом границ. Это не совсем точно. Суть метода ЕЗР сводится к следующему: испытуемому вместе с эталонным стимулом предъявляют ряд переменных. Задача испытуемого состоит в том, чтобы указать то значение стимула, которое едва заметно отличается от эталона. Существенное отличие метода ЕЗР от метода границ состоит в том, что в методе границ испытуемый определяет два порога — порог появления и исчезновения ощущения различия — ЕЗР и ЕНЗР, т.е. едва незаметного различия. В методе ЕЗР определяется только одна точка — всегда ЕЗР. Эти методы тождественны только тогда, когда изменение стимуляции начинается от равенства переменного и эталонного стимулов. В том случае, когда изменение стимуляции начинается от заметного неравенства к равенству, испытуемый определяет точку исчезновения ощущения различия (ЕНЗР), опираясь на сенсорный эталон, хранящийся в памяти.

Рис.3. Запись ответов испытуемого при изменении интенсивности стимуляции в опыте по измерению абсолютного порога методом “лестница”: при ответах <+> (“да”) интенсивность стимула уменьшается, при ответах <—> (“нет”) — увеличивается

§ 2. Метод средней ошибки

В отечественной литературе этот метод известен также под названием метод воспроизведения, метод подгонки, метод подравнивания и метод установки. Этот метод отличается от других пороговых методов двумя процедурными особенностями — испытуемый сам регулирует величину изменяемого параметра стимула; стимул может принимать любое значение в заданном диапазоне, т.е. его изменения непрерывны. Фехнером этот метод предназначался для измерения дифференциальной чувствительности. Позднее он стал использоваться для измерения абсолютной чувствительности, хотя, по мнению Фехнера, метод средней ошибки (МСО) не позволяет прямо измерить порог; он дает меру, пропорциональную чувствительности. Вместе с тем это единственный метод, в котором субъективный эквивалент эталона определяется непосредственно в процедуре измерения. Второй отличительной особенностью этого метода является наиболее естественная для испытуемого процедура определения равного эталону стимула путем собственноручного подравнивания. Благодаря этим свойствам МСО довольно часто применяется в исследованиях восприятия. Именно этот случай применения метода средней ошибки стал хрестоматийным (Гилфорд, 1954; Вудвортс и Шлосберг, 1971).

1. Применение метода средней ошибки для измерения дифференциального порога.

Процедура. При измерении дифференциальной чувствительности испытуемому предъявляются одновременно два стимула, эталон — Sstи переменный Svar, величину которого может изменять испытуемый. Аппаратура должна позволять плавную регулировку изменяемого параметра переменного стимула. Задача испытуемого состоит в подравнивании переменного стимула к эталону. Испытуемому дается установка на точность, а не на быстроту воспроизведения эталона. Никаких ограничений на свободу движений при регулировке стимула в процессе подравнивания не вводится. Подравнивание должно начинаться то от большего, чем эталон, значения, то от меньшего. Чтобы исключить для испытуемого возможность осуществлять подравнивание на основе одного только кинестезического впечатления, необходимо в обоих случаях менять начальные точки. Обычно бывает достаточно выбрать три заметно различающиеся начальные значения переменного стимула, большие и меньшие, чем эталон, и чередовать их, применяя в течение опыта равное число раз. В силу наличия в протетических континуумах (Стивенс, 1960)1пространственной ошибки, в опыте должно быть сделано равное число проб с положением эталона слева и справа от переменного стимула или сверху—снизу от него.

Обработка данных. Для качественного анализа результатов опыта полезно построить гистограмму распределения подравниваний, что несложно сделать на компьютере с помощью практически любого статистического пакета. Кроме того целесообразно построить график распределения результатов подравниваний во времени. Наглядное представление результатов опыта в графической форме несомненно поможет глубже и содержательнее проанализировать не только различные стратегии решения испытуемым сенсорной задачи, но и наглядно оценить динамику его работы.

В качестве статистических мер, необходимых для оценки пороговых показателей, в МСО принято характеризовать полученное распределение чаще всего средним арифметическим (см. формулу (2) в предыдущем параграфе) и реже — медианой. В качестве мер разброса используются стандартное отклонение (см. формулу (3) в предыдущем параграфе) и реже — полумежквартальный размах. Очень редко в настоящее время используется такая мера изменчивости полученных данных, как среднее отклонение или средняя ошибка:

(11)

где xi — одно из значений в ряду подравниваний; M — среднее арифметическое подравниваний; n — количество подравниваний.

Меры чувствительности, используемые в МСО. В литературе можно найти разноречивые рекомендации в отношении мер чувствительности, которыми следует пользоваться в пороговых измерениях с помощью МСО. В результате экспериментов по подравниванию исследователь получает распределение установок испытуемого, которое характеризуется локализацией на стимульной оси и отмеченными выше показателями изменчивости. По мнению автора МСО Фехнера, при измерении этим методом исследователь получает не прямую оценку порога, а только пропорциональную ей величину, коей является один из показателей разброса — средняя ошибка. Логическим основанием для этого могло служить соображение о том, что в соответствии с инструкцией (подравнять переменный стимул к эталону) центр распределения подравниваний должен характеризовать субъективный эквивалент эталона. По смыслу введенных выше понятий он является точкой субъективного равенства (PSE). Вместе с тем, чем более размыт, расплывчат субъективный эквивалент эталонного стимула, чем меньше испытуемый может отличить его от соседних значений, тем ниже чувствительность. По-видимому, Фехнер придавал именно такой психофизический смысл этому показателю разброса и поэтому описанный им метод был назван методом средней ошибки. Однако в целом ряде исследований были получены разные типы локализации распределения подравниваний на стимульной оси — смещенное и несмещенное относительно положения эталона. В связи с этим ряд исследователей (Челпанов, 1925; Осгуд, 1954; Торгерсон, 1958; Вудвортс и Шлосберг, 1965; Бардин, 1976) предлагают использовать в качестве меры чувствительности также и величину отстояния субъективного эквивалента эталона (центра распределения подравниваний) от эталона. Обосновывается это предложение тем, что чем ниже чувствительность испытуемого, тем более далекие стимулы он принимает равными эталону, поэтому эти два разные показателя как бы характеризуют чувствительность с разных сторон, и потому оба имеют право на существование. Вместе с тем никто из этих авторов не обращает внимания на то обстоятельство, что по смыслу введенных выше определений предлагаемая ими мера оценки чувствительности как разность значений точки субъективного равенства и эталона является константной ошибкой: CE = PSE - Sst .

Экспериментальными исследованиями показано, что константная ошибка определяется главным образом систематическими ошибками измерения, такими как пространственные и временные ошибки.

Цель измерения и выбор адекватной инструкции для испытуемого. Причиной получения разных типов локализации распределения подравниваний на стимульной оси является то, что классический вариант инструкции “подравнять переменный стимул к эталону” дает испытуемому большую свободу в ее трактовке, поскольку в переходной зоне от значений стимула меньших, чем эталон, до значений больших, чем эталон, существует целый ряд стимулов, кажущихся равными эталону — интервал неопределенности (IU), а инструкция не уточняет, какую именно точку в этом ряду должен искать испытуемый. Экспериментальные исследования последних лет (Михалевская, Скотникова, 1978) позволили дать обоснованную интерпретацию психофизического смысла статистических показателей, получаемых в методе средней ошибки, и показали, что при определенных модификациях инструкции метод средней ошибки позволяет обоснованно и точно определить все основные психофизические показатели, а именно, интервал неопределенности, точку субъективного равенства и дифференциальный порог. Оказалось, что психофизический смысл среднего значения подравниваний определяется тем, какую сенсорную задачу решает испытуемый, т.е. тем, какая инструкция или самоинструкция им принята. Для измерения границ интервала неопределенности, и, следовательно, разностного порога как половины интервала неопределенности, испытуемому должно быть указано на поиск точки первого равенства переменного стимула и эталона. В таком эксперименте, где подравнивание начинается от стимулов, заметно больших и заметно меньших, чем эталон, результаты подравнивания представляют собой бимодальное (двугорбое) распределение (рис. 4).

Рис. 4. Распределение результатов подравниваний испытуемым переменного стимула к эталонному при инструкции искать точку первого равенства и чередовании исходных значений изменения переменного стимула от заметно больших и заметно меньших, чем эталон: по оси абсцисс – величина стимула, по оси ординат – частота подравнивания стимула к стандартному

Если отдельно обработать данные, полученные в пробах, где исходные значения переменного стимула были заметно меньше и где они были заметно больше, чем эталон, то центры этих распределений (их средние арифметические) будут характеризовать нижнюю и верхнюю границы интервала неопределенности. Следовательно, при такой организации процедуры МСО становится возможным получить оценку дифференциального порога, т.е. снимается то ограничение этого метода, которое имел в виду Фехнер.

Если исследователя интересует локализация субъективного эквивалента эталона, т.е. точка субъективного равенства, то испытуемый должен подравнивать к центру зоны неразличения (равенства) переменного стимула и эталона. Экспериментально доказано, что среднее распределения подравниваний, полученное в результате выполнения испытуемым такой инструкции, локализуется в центре интервала неопределенности и совпадает с точкой субъективного равенства.

Величина другого показателя метода средней ошибки — стандартного отклонения подравниваний — зависит преимущественно от сенсорной способности и характера двигательных действий испытуемого по подравниванию. Стандартное отклонение (s) является индивидуально устойчивой характеристикой испытуемого в метатетических континуумах стимулов (Стивенс, 1960)1и не зависит от локализации среднего подравниваний в зоне перехода от различения к неразличению. Поэтому при условии обучения испытуемых определенным оптимальным двигательным действиям по подравниванию стандартное отклонение, хотя и является мерой исполнения (т.е. зависит не только от чувствительности сенсорной системы, но и от особенностей процесса принятия испытуемым решения, включенного в этот эксперимент), может служить хорошей операциональной оценкой дифференциальной чувствительности к метатетической стимуляции.

2. Применение метода средней ошибки для измерения абсолютной чувствительности.

В этом случае испытуемый регулирует величину стимула, первоначально вызвавшего отчетливое ощущение, до тех пор, пока не установит такое его значение, при котором он впервые утрачивает ощущение воздействия стимула. Если установка начинается с явно неощущаемой величины стимула, то испытуемый должен найти такое его значение, при котором ощущение впервые появляется. Обычно рекомендуется для оценки абсолютного порога использовать такие меры центральной тенденции, как медиана и среднее. Меры изменчивости (межквартильный размах и стандартное отклонение) в данном случае характеризуют только вариативность установок. В случае получения бимодального распределения за оценку абсолютного порога следует брать середину расстояния между двумя экстремумами аналогично определению точки субъективного равенства в задаче измерения разностного порога.

3. Общая оценка и область применения метода средней ошибки.

Является общепризнанным, что метод средней ошибки дает наиболее низкие значения порога по сравнению с другими методами. Это объясняется, по-видимому, активной сенсомоторной деятельностью субъекта, т.е. возможностью регулировки самим испытуемым стимуляции и связанным с этим привлечением других источников информации (кинестезии) для решения стоящей перед ним задачи, а также большим, как правило, временем действия стимула, а, следовательно, возможностью более полного извлечения информации из стимуляции.

Процедура подравнивания очень естественна и легко принимается всеми испытуемыми — взрослыми и детьми. Это расширяет область ее применения по сравнению с другими методами. Метод подравнивания оказывается незаменим при оценке чувствительности во всех случаях, когда сенсорная чувствительность оператора является средством (орудием), используемым оператором при решении профессиональных задач в процессе трудовой деятельности, как, например, у фотометриста, определяющего плотность вещества путем подгонки к эталону, или токаря, обтачивающего деталь с точностью до микрона.

Наиболее адекватно применение МСО в тех случаях, когда требуется оценка точки субъективного равенства. Именно этим объясняется довольно широкое применение метода в шкалирующих процедурах.

Существенно ограничивает область применения метода средней ошибки необходимость обеспечения плавной регулировки стимуляции, что, в свою очередь, может быть достаточно сложной технической проблемой.

§ 3. Метод постоянных раздражителей

Другие названия этого метода — метод констант, частотный метод, метод истинных и ложных случаев. Метод состоит в предъявлении испытуемому ряда стимулов, неизменных в течение всего опыта, и название отсюда — метод постоянных раздражителей (МПР), метод констант. В случае измерения разностного порога предъявляется стандартный стимул и сравниваемый с ним. В силу того, что параметры стандартного и сравниваемого стимулов в течение всего опыта неизменны, каждый из сравниваемых стимулов образует со стандартным постоянную разницу. Отсюда еще одно название этого метода — метод постоянных разниц. Непосредственным результатом опыта являются частоты ответов, из которых значения порога находятся вычислительным путем. Эта особенность определила еще одно название этого метода — метод частот.

Метод констант пользуется репутацией самого точного и надежного, поскольку сама процедура метода предусматривает такую организацию стимуляции, которая исключает ошибки привыкания и ожидания. Возможность накопления большой статистики ответов, связанная с ограничением числа постоянных раздражителей, применяемых в измерении, повышает надежность измерения порога этим методом. Универсальность метода констант обусловлена, по-видимому, двумя обстоятельствами. Во-первых, он ставит менее жесткие требования к выходным устройствам задающей аппаратуры, чем метод средней ошибки, поскольку высокоточную дискретную регулировку выходного сигнала получить технически существенно проще. Это значительно расширяет область применения МПР. Во-вторых, дискретность стимуляции позволяет использовать, кроме суждений, и другие ответные реакции организма, например, вегетативные, электроэнцефалографические, сосудистые и др. Эти реакции отличаются двумя важными для измерения чувствительности свойствами: 1) не поддаются произвольному контролю (без специальной тренировки), 2) их величина изменяется градуально. Использование этих реакций существенно расширяет область приложения МПР, поскольку обеспечивает его применение в тех случаях, когда исследователю невозможно (или неудобно) использовать речевой ответ для измерения порога (например, в случаях симуляции, у детей, еще не овладевших речью, у животных). Кроме того, применение непроизвольных реакций позволяет увеличить объем информации, извлекаемой из опыта, поскольку информация об изучаемом процессе содержится не только в факте появления/не появления реакции, но и в ее величине, форме и скрытом периоде, поэтому возрастает количество сведений, которое может быть извлечено из каждой градуальной реакции.

Давая общую характеристику метода констант, нельзя не отметить еще одного момента. Метод констант занимает особое место среди классических методов измерения чувствительности в связи с тем, что почти все теоретические построения психофизики относительно пороговой проблемы для своего экспериментального подтверждения обращались к этому методу. Он оказался наиболее гибким, получаемые этим методом результаты находили объяснение в русле самых различных психофизических концепций.

1. Определение разностного порога методом констант.

Процедура. В предварительных испытаниях экспериментатор ориентировочно определяет пороговую зону, т.е. тот диапазон различия стимулов, на границах которого испытуемый начинает практически всегда ощущать отличие эталонного стимула от сравниваемого. Затем экспериментатор выбирает в пределах этой зоны ограниченный ряд стимулов, которые будут сравниваться с эталоном (чаще всего 5—7). Выбор производится с таким расчетом, чтобы самый слабый среди них вызывал у испытуемого ответ “больше” в 5—10% случаев, а самый сильный — в 90—95%. Сравниваемые стимулы выбираются так, чтобы расстояния между ними на стимульной оси были одинаковыми. Последнее требование обеспечивает некоторое упрощение статистической обработки данных и является просто требованием удобства. При определении разностного порога стимулы предъявляются парами — эталон и сравниваемый — одновременно или последовательно. Стимульная последовательность, составленная из пар стимулов, является по своим свойствам случайной, но сбалансированной: каждая пара предъявляется равное число раз, частота предъявления каждой пары распределена на последовательности равномерно. Естественно, что эта последовательность составляется до опыта и испытуемому неизвестна. Обычно в опыте каждая пара стимулов повторяется 20—200 раз.

В экспериментальной практике используются два разных способа объединения стимулов в пары: 1) место эталона в паре меняется по случайному закону; 2) место эталона и сравниваемого стимула в паре фиксированы. Первый вариант решения имеет то преимущество, что позволяет компенсировать постоянные ошибки типа пространственной и временной в ходе самого эксперимента. Сильным аргументом в пользу второго способа является уменьшение вариативности результатов опыта за счет уменьшения колебаний критерия при выборе испытуемым ответа в каждой отдельной пробе. По-видимому, следует предпочитать второй способ, а пространственную ошибку можно учесть, если в одной стимульной последовательности эталон предъявляется слева, а в другой — справа. Аналогичным образом можно выявить и временную ошибку.

В каждой пробе, т.е. при предъявлении пары стимулов, испытуемый должен вынести суждение, возникло ли ощущение различия и каково оно. В методе констант используются две (“больше”, “меньше”) или три категории ответов (“больше”, “меньше”, “равно”). В любом случае порог вычисляется из пропорций суждений разного рода на каждую пару стимулов.

Психометрическая функция.

Рассмотрим случай, когда испытуемый дает две категории ответов — “больше” и “меньше”. Обозначим Sst— стандартный стимул, а Svar— сравниваемый по исследуемому параметру (один из постоянных стимулов). Если Svarсущественно меньше Sst, то испытуемый почти никогда не дает ответ “больше”, если же Svarзначительно больше Sst, то почти всегда испытуемый дает ответ “больше”. В промежутке между этими двумя значениями при увеличении изменяемого параметра стимула пропорция ответов “больше” плавно возрастает от 0 до 1. Поэтому пропорцию ответов “больше” удобно использовать при представлении результатов эксперимента в виде графика, называемого психометрической функцией.

Если в эксперименте предъявить достаточно большое число раз несколько пар Svar, Sstи представить полученные данные на графике, где по абсциссе отложена физическая мера стимулов, а по ординате для каждого стимула указана пропорция ответов “больше”, то точки, описывающие ответные данные, образуют кривую, имеющую, как правило, S-образную форму. Если выбрать некоторое новое значение сравниваемого стимула, которое лежит между уже опробованными, и повторить эксперимент, то соответствующая ему новая точка придется между двумя старыми. Это дает основание заключить, что для любой пары стимулов S и Sstсуществует вероятность P(Svar) ответа “Svarбольше Sst”. Психометрической функцией называется такая функция P аргумента S, которая является монотонной, дифференцируемой и ограничена нулем и единицей (Урбан, 1907). Оценкой ее значений служат пропорции ответов “больше”. Из дифференцируемости и ограниченности нулем и единицей можно сделать вывод о существовании соответствующей ей дифференциальной функции распределения. Принятые в психофизике изображения психометрической и дифференциальной кривой распределения, полученных в эксперименте, проведенном методом констант с двумя категориями ответов, представлены на рис. 5.

Рис. 5. Психометрическая функция и соответствующая ей дифференциальная кривая: оси абсцисс на обоих графиках — интенсивность сравниваемого стимула; ось ординат на верхнем графике — вероятность ответов “больше”, ось ординат на нижнем графике — плотность вероятности ответов “больше”

Форма психометрической кривой. S-образная форма психометрической кривой допускается как пороговыми теориями Фехнера и Блеквелла, так и теориями непрерывности, хотя интерпретация ее в том и в другом случае различна. Основная суть любой пороговой теории сводится к утверждению о существовании порога как реального принципа работы сенсорной системы. Порог понимается буквально как барьер, критическое значение в континууме раздражений. Если бы значение порога было стабильно во времени, то психометрическая кривая имела бы вид линейной ступенчатообразной функции. Этого никогда не бывает. Ее S-образная форма объясняется тем, что порог флуктуирует во времени случайным образом. Различные варианты альтернативных теорий (Дельбеф, 1883; Мюллер, 1896; Ястров, 1888), отвергающие существование порога, исходили из предположения, что ощущение является непрерывной функцией, зависящей от двух переменных — интенсивности раздражителя и степени предрасположенности человека к его восприятию. Поскольку последняя зависит от случайного сочетания множества трудно учитываемых факторов, то их баланс является случайной величиной и имеет нормальное распределение. Именно поэтому и психометрическая кривая имеет S-образный вид интегральной функции нормального распределения. Фехнер (1860) также считал, что психометрическая функция является интегральной функцией нормального распределения; эта точка зрения получила название фи-гамма гипотезы. В старых работах классической психофизики j (фи) использовалась для обозначения стимулов, а g (гамма) — для обозначения ответов. Терстон (1928) полагал, что поскольку согласно закону Вебера различительная ступень растет с увеличением стимула, психометрическая кривая приобретает положительную асимметрию, пропорциональную дроби Вебера. Психометрическая кривая нормализуется, если взять логарифмический масштаб по стимульной оси (jlogg-гипотеза). Различие психометрических кривых, полученных в пороговых экспериментах, столь незначительно, что трудно отдать предпочтение одной из этих гипотез.

Нейроквантовая теория Стивенса, являющаяся по существу пороговой, предсказывает прямолинейную психометрическую кривую, представленную на рис.6.

Рис. 6. Психометрическая функция, предсказанная нейроквантовой теорией Стивенса

Согласно этой теории, изменение в ощущении замечается всегда, когда дополнительное возбуждение, вызванное приращением стимула, увеличивается на величину, равную одному нервному кванту. Порог различения отстоит от стандартного стимула согласно этой теории на 1,5 стимульных интервала, соответствующие нервному кванту. Фактор случайности в этой теории воплощается не в колебаниях порога, а в случайной величине остаточного возбуждения, суммируясь с которой добавочное возбуждение, вызванное приращением стимула, приводит к генерации нервного кванта. Предполагается, что условная единица стимульной оси служит физическим аналогом величины кванта. Прямолинейность психометрической кривой обусловлена равномерным распределением величины остаточного возбуждения.