Чувствительность и пороги
Чувствительностью, как мы знаем, называется способность иметь ощущения. Следует различать: абсолютную чувствительность и чувствительность к различению. Под абсолютной чувствительностью разумеется способность ощущать слабые раздражения, а под чувствительностью к различению — способность ощущать слабые различия между раздражениями.
Не всякое раздражение вызывает ощущение. Мы не ощущаем прикосновения падающих на нашу кожу пылинок, не слышим с другого конца комнаты тиканья карманных или ручных часов. Для того чтобы возникло ощущение, нужно, чтобы сила раздражения достигла некоторой определённой величины. Эта минимальная величина раздражения, дающая едва заметное ощущение, называется абсолютным порогом ощущения. Раздражения, величина которых лежит ниже порога, не дают ощущения.
Чем меньше величина порога ощущения, тем больше абсолютная чувствительность к данным раздражителям. Если один человек впервые ощущает прикосновение при давлении 3 г на 1 мм2 поверхности кожи, а другому необходимо для этого 6 г на 1 мм2, то это значит, что порог тактильных ощущений у второго вдвое больше, а абсолютная чувствительность вдвое меньше, чем у первого.
Абсолютная чувствительность наших органов чувств чрезвычайно велика. По отношению к зрению, например, С. И. Вавилов экспериментально показал, что при наиболее благоприятных условиях глаз способен ощущать лучистую энергию, равную всего нескольким квантам. Если предположить полную прозрачность атмосферы, то мы могли бы увидеть с расстояния в 1 километр источник света, равный тысячным долям свечи. Ни один физический прибор не имеет такой чувствительности к свету. Необычайно высока и чувствительность нашего обоняния, обнаруживающего присутствие в воздухе таких количеств вещества, которые не могут быть открыты никакими методами химического анализа. Достаточно, например, наличия одной стомиллионной доли миллиграмма искусственного мускуса в литре воздуха, чтобы мы могли ощутить запах.
Что касается чувствительности к различению, то для характеристики её пользуются величиной порога различения.
Если мы положим на руку груз в 100 г и затем прибавим к нему ещё 1 г, то этой прибавки ни один человек ощутить не может. Чтобы заметить увеличение ощущения, нужно к грузу в 100 г прибавить не менее 3—4 г. То минимальное различие между раздражениями, которое даёт едва заметное различие ощущений, называется порогом различения.
Порог различения силы света равен приблизительно 1/100. Это значит, что при силе света в 100 свечей увеличение освещённости может быть замечено при добавлении 1 свечи.
Порог различения силы звука равен в среднем 1/10. Значит, к хору в 100 человек надо прибавить не менее 10 певцов, чтобы получить едва заметное усиление звука.
Пороги различения хорошо объясняются данными, установленными И. П. Павловым, относительно нервных процессов, протекающих в корковой части анализатора. В силу иррадиации возбуждения по коре действие какого-нибудь определённого раздражителя вначале не отличается от действия других, сходных с ним раздражителей. Постепенно возрастающая способность к различению ощущений (дифференцировка, по Павлову) объясняется концентрацией процесса возбуждения в корковой части анализатора; в основании дифференцировки лежит тормозной процесс — «заглушение сначала широко возбуждённого мозгового конца анализатора, исключая его мельчайшую часть, отвечающую данному условному раздражителю». Такое торможение, содействующее различению сходных раздражителей, было названо И. П. Павловым дифференцировочным торможением. Таким образом, повышение чувствительности к различению есть не что иное, как ограничение процесса иррадиации развивающимся в соседних участках процессом торможения.
Как абсолютная чувствительность, так и чувствительность к различению не являются величиной постоянной. Они меняются в зависимости от разных условий. Наиболее важны следующие три причины изменения чувствительности. Во-первых, чувствительность изменяется под влиянием действующих на органы чувств раздражителей. Во-вторых, она может изменяться под влиянием других одновременных ощущений. В-третьих, наконец, она меняется в зависимости от условий жизни и в первую очередь от требований, предъявляемых той деятельностью, которой человек занимается. Теперь мы подробнее рассмотрим действие каждой из этих причин.
Адаптация
Если на органы чувств в течение некоторого времени действуют достаточно сильные раздражители, то чувствительность к этим раздражителям постепенно уменьшается. Если же раздражители очень слабы или отсутствуют вовсе, чувствительность увеличивается. Такое изменение чувствительности под влиянием действующих на органы чувств раздражителей называется адаптацией.
В некоторых видах ощущений адаптация очень сильна, в других — совсем незначительна. Сильная адаптация наблюдается в тактильных, температурных, обонятельных и зрительных ощущениях, слабая — в слуховых и болевых ощущениях.
Тактильная чувствительность при продолжающемся некоторое время прикосновении к какому-либо месту кожи очень быстро уменьшается. Опыты показали, что уже через 3 секунды ощущение давления составляет только 1/5 той силы, которую оно имело сейчас же после прикосновения. Адаптация в тактильных ощущениях сказывается, например, в том, что пока мы сидим неподвижно, мы почти совсем не ощущаем давления одежды. Иногда можно наблюдать, как человек тщетно ищет очки, сдвинутые на лоб. Происходит это потому, что кожа лба очень быстро адаптируется к давлению очков и перестаёт ощущать его.
Очень сильна адаптация в температурных ощущениях. Когда, купаясь, входишь в реку, вода в первое мгновение кажется холодной, но уже после двух-трёх минут оказывается, что в воде совсем не так холодно.
Температурная адаптация ярко обнаруживается в следующем опыте. Если в течение 1—2 минут подержать одну руку в горячей воде (градусов 40), а другую в холодной (не больше 20 градусов) и затем обе руки сразу опустить в воду средней температуры (градусов 30), то эта вода будет одновременно казаться для одной руки холодной, для другой — горячей. Чрезвычайно быстро наступает адаптация и в обонятельных ощущениях. Входя с улицы в плохо проветренную комнату, в первое мгновенье очень резко ощущаешь неприятный запах, по уже через несколько минут он перестаёт ощущаться. Опыты показали, что к запаху йода, например, полная адаптация наступает через 50— 60 секунд (запах уже не ощущается), к запаху камфоры — через 1,5 минуты, к запаху сильно пахнущего сыра — через 8 минут. Для полного восстановления обонятельной чувствительности нужен перерыв от 1 до 3 минут.
Особенно важное значение имеет адаптация в зрении. Выходя из тёмной комнаты на яркий солнечный свет, мы в первые мгновенья видим очень плохо; сильный свет слепит нас, и глаза невольно зажмуриваются. Но достаточно четырёх-пяти минут, чтобы зрение приспособилось к яркому освещению и стало функционировать нормально. Это называется адаптацией к свету. Обратный процесс — адаптация к темноте — происходит, когда мы переходим с яркого света в более или менее тёмную комнату. Сначала нам кажется, что мы попали в абсолютную тьму; мы ничего не видим и можем передвигаться только ощупью. Однако через некоторое время обнаруживается, что в комнате совсем не так уж темно, что мы можем даже различать очертания предметов. Во время пребывания в темноте чувствительность зрения увеличивается. Точные измерения показали, что это увеличение чувствительности чрезвычайно велико: после часа пребывания в темноте чувствительность может стать в 200 тысяч раз больше, чем она была на свету.
Чем объясняется такое громадное увеличение чувствительности?
Известное значение имеет тот факт, что ширина зрачка меняется в зависимости от количества света, падающего на глаз. При переходе с яркого света в темноту площадь зрачка увеличивается в 17 раз, и, следовательно, он пропускает в 17 раз больше света. Но этого недостаточно для объяснения адаптации к темноте, при которой чувствительность увеличивается не в 17 раз, а в 200 тысяч раз.
Самое важное значение имеет тот факт, что в сетчатке глаза находятся светочувствительные аппараты двух родов: колбочки и палочки. Колбочки заполняют центральную ямку сетчатки, куда падает изображение того предмета, на который мы смотрим. Они обладают малой чувствительностью: чтобы вызвать их реакцию, нужен достаточно сильный свет. Колбочками мы видим при ярком свете; их можно назвать аппаратом дневного зрения. Палочки, расположенные главным образом по краям сетчатки, обладают высокой чувствительностью: они могут реагировать даже на очень слабый свет. Палочками мы видим ночью, в сумерки, вообще при слабой освещённости; они являются аппаратом ночного зрения. Таким образом, адаптация к темноте связана с переходом от зрения колбочками к зрению палочками.
Не следует думать, однако, что колбочки являются менее совершенным аппаратом, чем палочки. Правда, чувствительность к свету у них меньше, и поэтому колбочковое зрение возможно только при достаточно ярком освещении. Но зато только с помощью колбочек мы можем видеть цвета и точно различать форму предметов. В глубокие сумерки, когда работает палочковое зрение, мы цветов не различаем — всё кажется серым. Точно различать форму предметов мы в этих условиях также не можем.
У чисто дневных животных в сетчатке имеются только колбочки; ночью эти животные совсем не видят. Таковы, например, куры, голуби. В сетчатке ночных животных, например сов или летучих мышей, наоборот, имеются только палочки; эти животные плохо видят днём. Наблюдаются редкие случаи, когда у человека совсем не функционирует колбочковый аппарат. Такие люди не различают цветов и видят всё серым, как на фотографии; кроме того, они страдают светобоязнью, т. е. плохо видят при ярком свете. Этот недостаток называется полной цветовой слепотой. Гораздо чаще встречается частичная цветовая слепота, при которой человек не различает некоторых цветов; такую частичную цветовую слепоту иногда называют «дальтонизмом». Бывают и такие случаи, когда не функционирует палочковой аппарат: тогда человек не видит в сумерки и вообще при слабом свете (так называемая «куриная слепота»).
Ощущениями с малой адаптацией являются, как мы уже знаем, слуховые и болевые ощущения. Звук, неизменно продолжающийся несколько минут, не перестаёт ощущаться, подобно тому как перестаёт ощущаться запах. Не перестаёт ощущаться и боль, продолжающаяся несколько времени без изменения. Небольшое уменьшение чувствительности при этом происходит, но очень медленно, так что заметить его трудно. Не бывает в слуховых ощущениях и чего-либо похожего на адаптацию к темноте. Попадая в тишину, мы не испытываем такого увеличения чувствительности, которое позволило бы нам через некоторое время начать слышать звуки, в тысячу раз более слабые, чем те, которые мы слышим в обычных условиях.
Правда, по отношению к звукам и боли иногда происходит нечто, на первый взгляд похожее на адаптацию. Мы настолько привыкаем к непрерывному тиканью часов в комнате, что в конце концов совсем его не замечаем. В таком же смысле можно привыкнуть к боли и перестать обращать на неё внимание. Но эти случаи имеют лишь внешнее сходство с адаптацией. Моя слуховая чувствительность вовсе не ослабевает от того, что в комнате тикают часы. Достаточно мне вспомнить про них, например заинтересовавшись тем, не забыл ли я их завести, чтобы с полной ясностью услышать тиканье. В результате адаптации ослабевают или усиливаются самые ощущения, тогда как привыкание к тиканью часов означает не ослабление ощущений, а лишь другое направление внимания. Я перестаю замечать однообразный шум или боль только потому, что перестаю обращать на них внимание, но в любую минуту, как только захочу этого, могу снова заметить их. При подлинной адаптации дело обстоит иначе: сколько бы я ни хотел этого, я не могу увидеть слабый свет в первые мгновенья после прихода в тёмную комнату. Адаптация зависит от изменения в работе анализаторов, и её нельзя произвольно уничтожить, обратив внимание на соответствующие ощущения.