11.1. Чувствительность и её изучение. Психофизические законы.

Психофизика – наука об измерении ощущений человека.

Основоположник – немецкий физик Г. Фехнер (1801-1887).

Предмет: зависимость между величинами физических раздражителей и интенсивностью вызываемых ими ощущений, ее основновные закономерности.

Объект: сенсорно-перцептивная организация человека.

Основная проблема – изучение порогов чувствительности, шкалирование психических процессов, разработка теории эксперимента.

Физическим сигналам соответствуют определенные психические образы. Такие пары (физический раздражитель - психический образ) называются психофизическими коррелятами.

Основные характеристики физического мира: энергия, информация, психический образ, пространство, время.

Физические характеристики сигналов определяют характеристики соответствующих анализаторов и свойства психических коррелятов. Самые общие из них:

• энергия - определяет интенсивность сигнала, которой соответствует интенсивность ощущения (яркость света, громкость звука, сила запаха);

• частота - комбинация временных и пространственных характеристик сигнала. В ощущениях она представлена как высота звука или цвет,

• мощность - количество энергии в единицу времени. Дня света или звука она может быть представлена в виде вспышек или хлопков;

• концентрация — сочетание энергии и пространства. Значима для анализаторов, работа которых основана на химических процессах, опре­деляет запах, вкус;

• модуляция - изменение во времени или пространстве характеристик сигнала (например, частотная, амплитудная, фазовая).

Восприятие модуляции сигнала определяет его информативность. Именно изменение (в частном случае - движение) воспринимается нами в первую очередь. Более того, среда без изменении (если такой случай можно представить) вообще перестает восприниматься.

Влияние работ Г. Фехнера на развитие экспериментальной психологии.

В 1860 г. была опубликована работа немецкого ученого - физика, математика, психолога и философа - Густава Теодора Фехнера «Основы психофизики». Этой публикацией было положено начало психологии как науки со своим предметом исследования и методами, среди которых главным является эксперимент. До Фехнера психология была набором умозрительных суждений. Фехнер, будучи пантеистом, считал, что материальное и идеальное – две стороны единого целого. Он задался целью выяснить, где проходит граница между материальным и идеальным. Фехнер подошел к этой проблеме, как естествоиспытатель, (процесс создания психического образа он представил схемой:

Раздражение => Возбуждение -> Ощущение => Суждение

(физика) (физиология) (психология) (логика)

Самым главным в идее Фехнера было то, что он впервые включил элементарные ощущения в круг интересов психологии. Искомая граница проходит там, где начинается ощущение, т.е. возникает первый психический процесс. Величину стимула, при которой начинается ощущение, Фехнер назвал нижним абсолютным порогом. Для определения этого порога Фехнером были разработаны методы до сих нор активно используемые в психологических экспериментах. В методологическую основу своих исследований Фехнер положил два утверждения, называемые первой и второй парадигмой классической психофизики.

1. Сенсорная система человека - это измерительный прибор, который соответствующим образом реагирует на воздействующие физические стимулы. Отсюда следует требование организовывать психофизический эксперимент таким образом, чтобы исключить влияние на его результаты всех психических систем, кроме сенсорной.

2. Психофизические характеристики у людей распределены по нормальному закону, т.е. случайным образом отличаются от какой-то средней величины, аналогично антропометрическим характеристикам. Второе утверждение позволяет проводить исследования на небольшом количестве испытуемых и распространять выводы на всю генеральную совокупность - все население Земли.

Эти два постулата очень упрощенно представляли изучаемую проблему, но это упрощение помогло начать экспериментальные исследования и получить значительные результаты. Сегодня мы понимаем, что обе эти парадигмы уже устарели.

Первая противоречит принципу активности целостной психики, кроме того, оказалось, что невозможно выделить и исследовать в эксперименте одну, даже самую примитивную, психическую систему из целостной структуры человеческой психики.

Несостоятельность второй парадигмы частично следует из несостоятельности первой - активизация в психофизическом эксперименте всех психических систем от самых низших до самых высших приводит к очень большому разнообразию реакций испытуемых, следовательно, к разнообразию их психофизических характеристик, что позволяет сегодня говорить о необходимости создания дифференциальной психофизики, т.е. психофизики, в которой декларируется индивидуальный подход к каждому испытуемому в эксперименте.

Чувствительность и пороговая зона

Чувствительность – это способность организмов отражать воздействия, биологически нейтральные, но объективно связанные с биотическими свойствами. Это способность к ощущению, обеспечивающая биологический результат, когда условия не приводят к результату сразу, и способствующая активному приспособлению.

Раздражимость – общее свойство всех живых организмов реагировать на биологически значимые воздействия.

Когда речь идет о чувствительности, "отражение", согласно гипотезе А. Н. Леонтьева, имеет два аспекта: объективный и субъективный. В объективном смысле "отражать" - значит реагировать, прежде всего двигательно, на данный агент. Субъективный аспект выражается во внутреннем переживании, ощущении, данного агента. Раздражимость же субъективного аспекта не имеет. Леонтьев считает, что чувствительность появилась на базе раздражимости при переходе от гомогенной среды к среде дискретных, вещно-оформленных объектов. Вместе с ней впервые появилась способность организма отражать объективные связи между свойствами среды.

Ощущение – психический процесс отражения отдельных свойств предметов и явлений окружающего мира при их непосредственном воздействии на органы чувств. Это первая форма психического. Это всегда единство чувственного содержания и процесса деятельности. Результатом ощущения является парциальный образ.

Физиологической основой ощущения является анализатор.

Типы ощущений по модальности анализатора:

• зрительные,

• слуховые,

• вкусовые,

• обонятельные,

• температурные,

• тактильные,

• болевые,

• вибрационные,

• статико-динамические,

• кинестезические,

• органические.

По генетическому критерию выделяют чувствительность:

• протопатическую ( или примитивную, аффективную, недифференцированную)

• эпикритическую (более тонкую, дифференцированную).

Развитие и дифференцировка чувствительности зависит от биологической значимости раздражителя.

По критерию характеристик раздражителя:

• механическую,

• аккустическую,

• химическую,

• термическую

• оптическую.

Порог изначально рассматривался как точка в последовательности стимулов возрастающей интенсивности, делящая эту последовательность на две части: вызывающую ощущение и не вызывающую его. В современной прикладной психофизике порог рассматривается как «пороговая зона», в пределах которой вероятность ответной реакции изменяется от 0 до 1, т.е. это область адекватного отражения (сенсорного поля).

Виды порогов чувствительности

• Абсолютные (пороги ощущения):

• нижний

• верхний

• Дифференциальные (пороги различения):

• разностный (ΔR=R1-R2, где R1 и R2 – первый и второй стимулы соответственно)

• относительный (Rотн.=R2/R1)

• относительного приращения (Rотн.прир.= ΔR/R1)

• Оперативный порог (наименьшая величина различения между сигналами, при которой достигаются максимальные скорость и величина различения).

Нижний абсолютный порог чувствительности – минимальная величина раздражителя, вызывающая едва различимые ощущения.

Раздражители меньшей силы назвают подпороговыми.

Нижний порог ощущений определяет уровень абсолютной чувствительности данного анализатора. Между абсолютной чувствительностью и величиной порога существует обратная зависимость: чем меньше величина порога, тем выше чувствительность данного анализатора, т.е. Е = 1/Р

где Е - чувствительность, а Р - пороговая величина раздражителя.

Наши анализаторы обладают различной чувствительностью. Традиционно считается, что через зрение человек получает примерно 80% информации о внешнем мире, а через слух - примерно 15%. На долю остальных модальностей приходятся оставшиеся 5%.

Существует более “низкий” порог – физиологический, который отражает предел чувствительности каждого рецептора, за которым уже не может наступить возбуждение.

Верхний абсолютный порог чувствительности – максимальная величина раздражителя, еще вызывающая ощущения данной модальности.

Величина абсолютных порогов, как нижнего, так и верхнего, изменяется в зависимости от различных условий: характера дея­тельности и возраста человека, функционального состояния ре­цептора, силы и длительности раздражения и т.п.

Диапазон чувствительности – это значения, лежащие между нижним и верним порогами.

Разностный порог чувствительности – это минимальное изменение силы раздражителя, которая вызывает едва заметное различение ощущений данной модальности.

По закону Вебера – Бугера разностная чувствительность относительна, а не абсолютна, т.е. отношение добавочного раздражителя к основному должно быть величиной постоянной. ΔR / R = К

где:  R - исходная величина раздражителя, ΔR — его приращение, К - константа.

Различение давления – 1/30, звука – 1/10, света – 1/100 и т.д.

Закон действует только для средних величин раздражителя.

Различия между ощущениями кажутся равными, если геометрические соотношения соответствующих раздражителей равны. Например, 25 –> 50 свечей = 50 –> 100свечей.

Субсенсорная зона

Зона чувствительности человека к подпороговым раздражениям (советский физиолог Г. В. Гершуни.)  При воздействии недостаточных или чрезмерных раздражителей, когда ощущения отсутствуют, возникают такие ответные реакции организма, как изменение спонтанной электрической активности коры головного мозга — появление ритмов более высоких частот, чем до звука, изменение разности потенциалов кожи (кожно-гальваническая реакция) и улитко-зрачковый рефлекс — изменение диаметра зрачка при действии звука. Это происходит, по-видимому, потому, что мозговые структуры, ответственные за появление рефлекса, раньше выходят из тормозного состояния, чем отделы коры, определяющие возникновение ощущения. Пределы субсенсорной области сильно зависят от функционального состояния человека. Т.о. полная и точная характеристика сенсорных возможностей человека может быть получена только с помощью непроизвольных реакций. Наиболее низкий порог имеют непроизвольные реакции, являющиеся компонентами ориентировочного рефлекса. Т.е. раздражители субсенсорной зоны вызывают непроизвольные реакции, но при этом не фиксируются сознанием человека.

Основной психофизический закон Вебера – Фехнера

Основываясь на экспериментальных данных Э. Вебера, Г. Фехнер выразил зависимость интенсивности ощущений от силы раздражителя следующей формулой: S = K lgR + C

где: S - интенсивность ощущения, R - сила раздражителя, K и С - константы.

Согласно этому положению интенсивность ощущения пропорциональна логарифму силы раздражителя.

При возрастании силы раздражителя в геометрической прогрессии интенсивность ощущения возрастает в арифметической прогрессии.

Фехнер стремился выделить в эксперименте работу сенсорной системы в "чистом" ви­де, исключив влияние других психических систем.

Закон Вебера — Фехнера основывается в рамках концепции дискретности сенсорного ряда.

Степенной закон Стивенса

Это один из вариантов основного психофизического закона, предполагающий наличие не логарифмической, а степенной функциональной зависимости между величиной стимула и силой ощущения: S = KRⁿ

где: S — сила ощущения,  R — величина действующего стимула, К и n — константы.

Согласно этому закону, для того чтобы сила ощущения, имеющего условную исходную величину 0, стала равной 1, необходимо, чтобы величина первоначально вызвавшего его раздражителя возросла в 10 раз. Далее, для того чтобы ощущение, имеющее величину 1 возросло в три раза, нужно, чтобы исходный раздражитель, составляющий 10 единиц, стал равным 1000 единицам и т.д., т.е. каждое последующее увеличение силы ощущения на единицу требует усиления раздражителя в десять раз.

Стивенса интересо­вало, как воспринимает сенсорный сигнал человек в реальной жизни, а не абстрактные проблемы работы сенсорной системы. Он доказывал возможность прямых оценок величины ощущений, точность которых увеличивается при надлежащей тренировке испытуемых.

Данный закон удовлетворяет условиям концепции непрерывности сенсорного ряда.

«Обобщенный психофизический закон» Ю.Забродина

Ю.М.Забродин предложил свое объяснение психофизического соотношения. Мир стимулов представляет опять закон Бугера - Вебера, а структуру сенсорного пространства Забродин предложил в следующем виде S/S^z ,т.е. добавил константу. Отсюда обобщенный психофизический закон записывается: ΔS/S^z = K(ΔR/R)

где z – параметр в значении от 0 до 1.

Очевидно, при z = 0 формула обобщенного закона переходит в логарифмический закон Фехнера, а при z = 1 - в степенной закон Стивенса. Величина этой константы определяет степень осведомленности испы­туемого о целях, задачах и ходе проведения эксперимента. Т.о. в законе Фехнера z = 0, что означает полную неосведомленность испы­туемых, а в законе Стивенса z = 1, что показывает полную осведомленность испытуемого. Т.о. он объединяет закон Вебера – Фехнера и Стивенса. Очевидно, что понятия "осведомленность", "неосведомленность" относятся к работе интегральных психических образований, включающих сенсорную сис­тему только как канал получения информации о внешнем мире.

Смысл всех законов состоит в следующем:

• ощущения меняются непропорционально силе физических стимулов, действующих на органы чувств;

• сила этих ощущений растет гораздо медленнее, чем величина физических стимулов.