15.Психофизика ощущений
Психофизика – наука об измерении ощущений, изучающая количественные отношения между интенсивностью раздражителя и силой ощущения.
Основной психофизический закон. Густав Фехнер предпринял попытку разработать точный количественный метод измерения ощущений (душевных явлений). То, что сильные раздражители вызывают сильные ощущения, а слабые раздражители – слабые ощущения, было известно давно. Задача состояла в том, чтобы определить величину ощущения для каждого предъявляемого раздражителя. Попытка сделать это в количественной форме восходит к исследованиям греческого астронома Гиппарха (160 – 120 гг. до н.э.). Он разработал шкалу звездных величин, распределяющую видимые невооруженным глазом звезды по шести категориям: от самых слабых (шестой величины) до самых ярких (первой величины).
Эрнст Генрих Вебер на основе экспериментов по различению силы давления на кожу, веса поднимаемых на ладони грузов установил, что вместо того, чтобы просто воспринимать разницу между раздражителями, мы воспринимаем отношение этой разницы к величине исходного раздражителя. До него аналогичный вывод уже был сделан в середине XIX в. французским физиком и математиком Пьером Бугером в отношении яркости зрительных ощущений. Г. Фехнер выразил сформулированную Э. Вебером закономерность в математической форме:
где ΔR – изменение раздражителя, необходимое для обнаружения едва заметного различия в стимуляции; R – величина раздражителя и k – константа, значение которой зависит от вида ощущений. Конкретное числовое значение k называют отношением Э. Вебера. В последующем было обнаружено, что величина k не остается постоянной во всем диапазоне интенсивности раздражителя, а увеличивается в области низких и высоких значений. Тем не менее, отношение приращения величины раздражителя и силы ощущения, или отношение увеличения стимула к исходному его значению остается постоянным для средней области диапазона интенсивности раздражителей, вызывающих практически все виды ощущений (Закон Бугера-Вебера).
В дальнейшем измерение ощущений стало предметом исследований Г. Фехнера. Опираясь на закон Бугера-Вебера и на собственное допущение о том, что ощущение раздражителя представляет собой накопленную сумму равных приращений ощущения, Г. Фехнер сначала выразил все это в дифференциальной форме как dR = adI / I, затем проинтегрировал (принимая R = 0 при интенсивности раздражителя, равной абсолютному порогу (I0)) и получил следующее уравнение:
где R – величина ощущения; с – константа, величина которой зависит от основания логарифма и от отношения Вебера; I – интенсивность раздражителя; I0 – абсолютный порог интенсивности.
Названное выше уравнение получило название основного психофизического закона, или закона Вебера-Фехнера, согласно которому ощущения описываются кривой уменьшающегося прироста (или логарифмической кривой). Например, увеличение яркости, ощущаемое при замене одной лампочки десятью, будет таким же, как и в случае замены десяти лампочек сотней. Иначе говоря, возрастанию величины раздражителя в геометрической прогрессии соответствует прирост ощущения в арифметической прогрессии.
Позже были сделаны попытки уточнить основной закон психофизики. Так, американский психофизик С. Стивенс установил степенной, а не логарифмический, характер зависимости между силой ощущения и интенсивностью раздражителя:
где R – сила ощущения; I – интенсивность раздражителя; I0 – величина абсолютного порога ощущения; с – константа; n – показатель степени, зависящей от модальности ощущений (значения приводятся в справочниках).
Обобщенный психофизический закон, предложенный Ю. Забродиным, учитывал тот факт, что характер зависимости между ощущениями и воздействующими раздражителями обусловлен осведомленностью человека о процессах ощущения. Исходя из этого, Ю. Забродин ввел в формулу закона С. Ственса показатель z, характеризующий степень осведомленности:
Из формулы видно, что при z = 0 формула обобщенного закона Ю. Забродина принимает вид закона Вебера-Фехнера, а при z = 1 – закона Стивенса.
Современные исследования шкалирования указывают, что уравнение Ю. Забродина не является обобщенным «в последней инстанции» психофизическим законом, т.е. оно не может охватить все существующее многообразие психофизических функций. В целом же Ю.М. Забродиным разработан системно-динамический подход к анализу сенсорных процессов.
Поставив задачу измерения ощущений, Г. Фехнер предполагал, что человек не способен непосредственно количественно оценить 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 Г. Фехнер ввел понятие порога ощущений, измеряемого в единицах стимула. Он различал абсолютный порог чувствительности и различительный (дифференциальный) порог.
Количественные характеристики ощущений. Кроме качественных характеристик ощущений в психологии сенсорных процессов значительное внимание уделяется их количественным характеристикам: порогам, или лименам (лат. limen – порог), и чувствительности. Измерить ощущения – значит найти количественное соотношение между интенсивностью раздражителя, воздействующего на рецептор, и силой ощущения.
Однако не всякий раздражитель вызывает ощущение. Как правило, пороговые значения раздражителей должны соответствовать примерному предельному уровню абсолютной чувствительности организма. Если стимул слишком слаб и не вызывает ответной реакции, то такое воздействие называют подпороговым, или субпороговым. Стимул, интенсивность которого превосходит пороговые значения, называется надпороговым. Границы между адекватными раздражителю ощущениями и субпороговыми и надпороговыми определяются как абсолютный порог чувствительности (Рис. 1.3.).
Ощущения |
|||||
субпороговые |
|
адекватные |
|
надпороговые |
|
|
|
|
|||
|
НАПО ВАПО |
|
|||
Рис. 1.3. Абсолютный порог ощущений
Нижний (минимальный) абсолютный порог ощущений – это та минимальная интенсивность раздражителя, необходимая для возникновения едва заметного различия в силе ощущений. Величина нижнего абсолютного порога ощущений специфична для каждой модальности ощущений. Так, ощущения света от пламени свечи, горящей в темноте в ясную погоду, возникает у человека на расстоянии примерно 48 метров. Ощущение звука от тиканья ручных механических часов – на расстоянии 6 метров. Ощущение вкуса сахара в воде появляется, когда одну чайную ложку сахара растворить в 8 литрах воды.
Верхний (максимальный) абсолютный порог ощущений – это та максимальная величина раздражителя, после которой возникают неадекватные или даже болевые ощущения. Например, на расстоянии 100 м от самолета звук его турбин, работающих на полную мощность, воспринимается как боль в ушах.
Методы, которые традиционно используются для определения абсолютного порога, были разработаны Г. Фехнером. К ним относятся: метод границ, метод постоянных раздражителей и метод средней ошибки.
Метод границ, или минимального измерения, представляет собой серию опытов по увеличению и уменьшению интенсивности раздражителя до тех пор, пока испытуемый не зафиксирует исчезновение ощущений, и в последующем подсчете среднего показателя фиксаций всех участников исследования. Его вариантом является метод лестницы. Экспериментатор сначала предъявляет стимул, интенсивность которого ниже предполагаемого порога чувствительности. Получив ответ – «нет» ощущения, он увеличивает интенсивность до тех пор, пока наблюдатель не обнаружит ощущения стимула, то есть до получения ответа «да». Затем экспериментатор меняет направление воздействия: уменьшает интенсивность раздражителя до исчезновения ощущения. Показателем порога является расчет средних значений двух показателей.
Метод постоянных раздражителей предполагает воздействие стимулами в широком диапазоне и в случайном порядке. Испытуемый каждый раз фиксирует присутствие стимула (наличие ощущений). Для стимулов разной интенсивности рассчитывается процент случаев, в которых ощущения имели место. Интенсивность стимула, обнаруженного более, чем в 50 %, принимается в качестве меры абсолютного порога.
Метод средней ошибки, или процедура уравнивания стимулов, предусматривает непосредственный контроль интенсивности стимула наблюдателем, то есть интенсивность раздражителя доводится до едва распознаваемого уровня, который и признается пороговым.
Порог различения, или дифференциальный порог, – это минимальное различие в силе двух однотипных раздражителей, необходимое для ощущения изменения силы ощущения. Другими словами, какую «часть» первоначальной силы раздражителя нужно добавить, чтобы получить едва заметное различие. Этот порог различен для каждой модальности ощущений:
для зрительных ощущений – 0,01, то есть, чтобы ощутить изменение яркости света, необходимо к 100 свечам (лампочкам) добавить, как минимум, 1;
для слуховых ощущений – 0,1, то есть, чтобы получить едва заметное усиление звука хора, нужно добавить к 100 певцам еще 10;
для вкусовых ощущений – 0,2, то есть, 20 % от исходного.
Все эти данные являются следствием закона Бугера-Вебера.
14.экстероцептивные ощущения, отражающие свойства предметов и явления окружающего мира и возникающие при воздействии раздражителя на рецепторы, расположенные на поверхности тела.
Проприоцептивные (лат. proprius – собственный) ощущения – это ощущения, отражающие движения и расположение тела в пространстве, благодаря рецепторам, расположенным в мышцах, связках и вестибулярном аппарате.
Интероцептивные (органические) ощущения – это ощущения, возникающие при воздействии раздражителя на рецепторы во внутренних органах и тканях, и отражающие внутренние состояния организма.
Слуховые ощущения возникают под воздействием раздражителя – звуковой волны – на орган слуха. Физический раздражитель, воспринимаемый человеком как звук, состоит из изменений давления воздуха.
Зрительные ощущения возникают при воздействии электромагнитных волн на зрительный рецептор – сетчатку глаза.
Вкусовые ощущения вызываются химическими веществами, растворенными в слюне или в воде. В этом легко убедиться, проделав несложный опыт. Вытрите насухо язык, а затем потрите его леденцом или крупным кристаллом соли. Вы не будете ощущать никакого вкуса до тех пор, пока слюна не растворит эти химические стимулы. Как показали исследования, человек способен различать четыре первичных вкуса: сладкий, соленый, горький и кислый.
Обонятельные ощущения, как и вкусовые, возникают на основе химической стимуляции. Летучие химические вещества вызывают ощущения запаха двумя способами: или вызывая реакцию отторжения, или в зависимости от физиологического состояния организма – приятное или неприятное ощущение. Различие кроется не в процессах обнаружения химических веществ, а в контексте этого обнаружения на дальнейших этапах переработки информации в нервной системе.
Кожные ощущения являются результатом воздействия раздражителя на рецепторы, расположенные на поверхности нашей кожи. Кожные рецепторы реагируют на стимуляцию трех видов: давление, или прикосновение, температуру и боль. В соответствии с этим к кожным ощущениям относят тактильные, температурные и болевые. Отдельные участки кожного покрова обнаруживают неодинаковую чувствительность к различным видам стимуляции. Нарисуем на коже человека, глаза которого завязаны, квадрат площадью 4 мм2, разделим его на четыре равные части и будем последовательно прикасаться к ним холодной палочкой, теплой палочкой, тонкой негнущейся проволокой и кончиком иглы. Говоря о свих ощущения, человек, скорее всего, ответит, что последовательно чувствовал холод, тепло, давление и боль.
13. Ощущение как физический процесс. Ощущение – это чувствительность организма к сенсорному воздействию среды. С помощью рецепторов мы получаем информацию о состоянии внешней среды и внутреннем состоянии организма.
Физические ощущения связаны с воздействием раздражителя, физического сигнала, который становится стимулом, то есть воздействием, способным возбудить рецептор. Стимул воздействует на определенный орган чувств, анатомо-физиологический аппарат, расположенный на периферии тела или на внутренних органах, и специализированный на определенных воздействиях внешней или внутренней среды.
Основной функциональной частью каждого органа чувств являются окончания чувствительного нерва, которые называются рецептором. Воздействие на рецептор и его раздражение и есть ощущение как физический процесс.
Ощущение как физиологический процесс. В дальнейшем раздражение рецептора приводит к возникновению нервного импульса, который по чувствительному нерву (по афферентным, центростремительным проводящим путям) передается в соответствующие участки коры больших полушарий головного мозга.
Рецептор, проводящие пути и адекватные участки коры головного мозга представляют собой единую функциональную систему, которую И.П. Павлов назвал анализатором. Именно анализатор осуществляет прием и анализ воздействий раздражителя.
Итак, физический сигнал становится стимулом и, воздействуя на адекватный анализатор, порождает ощущения определенной модальности. Например, электромагнитные и акустические волны вызывают зрительные и слуховые ощущения в мозгу человека на уровне образа. Образы ощущений не осознаются, а интерпретируются как свойства определенного объекта (объективируются).
Пары психический образ и физиологический раздражитель называются психофизическими коррелятами. Психический образ всегда взаимодействует с такими характеристиками физического мира как энергия, пространство, время и информация. Так, энергия определяет интенсивность физического сигнала, который, в свою очередь, соответствует интенсивности ощущения (например, громкости звука).
Рис. 1.2. Психофизические корреляты, по А.А. Крылову
Однако сенсорные признаки, входящие в психофизические корреляты, взаимосвязаны и относительно независимы. По мнению В.В. Нурковой и Н.Б. Березанской, живые существа отличаются по тем стимулам, на которые они реагируют, и по тем ощущениям, которые у них возникают. Птицы ориентируются по магнитному полю земли и поэтому должны обладать какими-то недоступными для человека «магическими ощущениями». Летучие мыши имеют особый ультразвуковой анализатор, а насекомые видят в недоступной нам части цветового спектра. Собака способна различать звуки большей частоты, чем человеческое ухо. На этом основан известный цирковой номер «передачи приказа на расстоянии». Собаку обучают реагировать на свисток частотой около 35 000 Гц. Зрители не могут слышать условного сигнала, и им кажется, что собака выполняет трюки, читая мысли своего хозяина.
Ощущение как психический процесс. Возбуждение, переданное по проводящим путям, вызывает возникновение в коре больших полушарий психического образа, то есть ощущения как психического процесса. С точки зрения психологии, по утверждению С.Л. Рубинштейна, возникновение ощущений происходит не на кончике пальцев, а в голове.