Психофизика ощущений и измерение чувствительности. Сенсорные пороги.

Психофизика ощущений

Психофизикой называется раздел психологии, изучающий количественные отношения между силой раздражителя и величиной возникающего ощущения. Данный раздел был основан немецким психологом Густавом Фехнером. Он включает в себя две группы проблем: измерение порога ощущений и построение психофизических шкал. Порог ощущений – это величина раздражителя, которая вызывает ощущения либо изменяет их количественные характеристики. Минимальная величина раздражителя, вызывающая ощущение, называется абсолютным нижним порогом. Максимальная величина, превышение которой вызывает исчезновение ощущения, называется абсолютным верхним порогом. В качестве пояснения можно привести слуховые раздражители, находящиеся за пороговой зоной: инфразвуки (частота ниже 16 Гц) находятся ниже порога чувствительности и еще не слышны, ультразвуки (частота более 20 кГц) выходят за предел верхнего порога и уже не слышны.

Приспособление органов ощущений к действующим на них раздражителям называется адаптацией. Увеличение чувствительности при слабом действии раздражителя называется положительной адаптацией. Соответственно, отрицательной адаптацией называется уменьшение чувствительности при действии сильных раздражителей. Легче всего происходит зрительная адаптация (например, при переходе от света к темноте и наоборот). Значительно сложнее человек адаптируется к слуховым и болевым раздражителям.

Величина раздражителя, вызывающая минимальное поддающееся анализу изменение ощущения, называется дифференциальной. Зависимость силы ощущения от величины раздражителя описана в законе

Вебера—Фехнера. Согласно данному закону, зависимость является логарифмической. Но это не единственный психофизический взгляд на количественное соотношение раздражителя и ощущения.

На основе ощущений и восприятия в целом формируются образы. В психологии понятие образа неоднозначно и толкуется как в более широких, так и в более узких рамках. В контексте представлений об ощущениях и восприятии образ можно определить как продукт функционирования человеческого мозга, составляющего субъективную картину о том или ином объекте окружающего мира на основе объективных ощущений. Иными словами, ощущение есть объективная реакция организма, представляющая собой базовый элемент отражения. Восприятие не механическая сумма ощущений, но их совокупность, где целое больше, чем сумма составляющих. Ведь мы воспринимаем объект целиком, не препарируя его на отдельные свойства. Образ же – еще более сложный и субъективный. Он включает в себя не только целостное представление об объекте, но и всевозможные характеристики, которые зависят от индивидуального опыта каждого человека.

Способность создания образов обусловливает тот факт, что процесс восприятия лежит в основе формирования основных психических функций человека: мышления, памяти, внимания, эмоциональной сферы.

СЕНСОРНЫЕ ПОРОГИ

1. Абсолютная чувствительность сенсорной системы

2. Дифференциальная чувствительность сенсорной системы

3. Пространственное различие

1. Абсолютная чувствительность сенсорной системы основана на ее свой

стве обнаруживать слабые, короткие или маленькие по размеру раздра

жители.

Абсолютную чувствительность измеряют порогом той или иной реакции организма на сенсорное воздействие - минимальной интенсивностью, длительностью, энергией или площадью воздействия, которые вызывают данную реакцию.

Чувствительность системы и порог реакции - обратные понятия: чем выше порог, тем ниже чувствительность, и наоборот.

Более низкие значения интенсивности считаются подпороговыми, а бо-лее высокие - надпороговыми.

В подпороговом диапазоне реакция на сверхслабые раздражители возможна, но неосознаваема - не доходит до порога ощущения. Такие под-пороговые, или субсенсорные реакции впервые были описаны Г.В. Гер шуни, который обнаружил их у людей, контуженных на войне. Если снизить интенсивность света настолько, что человек уже не может сказать, видел ли он вспышку или нет, то от его руки можно зарегистрировать неощущаемую кожно-гальваническую реакцию на данный сигнал. На такой процедуре основано действие "детектора лжи".

Сенсорный порог - понятие конвенциональное, то есть зависит от его точного определения, или соглашения (конвенции) между людьми. Все-гда должно быть точно условлено, по какой именно реакции измеряет-ся порог, какая величина этой реакции или вероятность ее появления будут считаться пороговыми. Это означает, что должны быть четко оп ределены критерии порога.

На обнаружение сигнала существенное влияние оказывают процессе пространственной и временной суммации. Они сводятся к способностям сенсорной системы накапливать энергию сигнала, распределенную по некоторой зоне в пространстве рецепторов или во времени.

Увеличение до определенного предела размера сенсорного стимула и.и его длительности снижает порог. Этот предел называют критически' размером, или же критической длительностью стимула

2. Дифференциальная сенсорная чувствительность основана на способности сенсорной системы к различению сигналов. Важная характеристик каждой сенсорной системы - способность замечать различия в свойствах одновременно или последовательно действующих раздражителей.

Различение начинается в рецепторах, но в нем участвуют нейроны всех отделов сенсорной системы. Оно характеризует то минимальное разли-чие между стимулами, которое человек может заметить (дифференциальный, или разностный порог).

Порог различения интенсивности раздражителя практически всегда выше

ранее действовавшего раздражения на определенную долю (закон Вебера). Эта зависимость выражается следующей формулой:

dI/I = const,

где:

I - сила раздражения;

dI - ее едва ощущаемый прирост (порог различения);

const - постоянная величина (константа).

Зависимость силы ощущения от силы раздражения (закон Вебера-Фех-нера) выражается следующей формулой:

Е = a logI + b,

где:

Е - величина ощущения;

I - сила раздражения;

а и Ь - константы, различные для разных модальностей стимулов.

Современная психофизиология для оценки силы ощущения использует также методы сенсорного шкалирования, то есть субъективной оценки человеком силы своего ощущения путем его сравнения с ранее создан-ным эталоном или набором таких эталонов. Отношение между ощущением и стимулом в этом случае выражается степенной функцией (закон Стивенса).

Сравнение логарифмической функции закона Вебера-Фехнера и сте-пенной функции закона Стивенса показало, что в основной, рабочей части диапазона интенсивностей эти функции дают количественно близ-кие оценки.

3.Пространственное различение сигналов основано на характере распределения возбуждения в слое рецепторов и в нейронных слоях сенсорной системы. Так, если два раздражителя возбудили два соседних рецептора, то их различение невозможно: они сольются и будут восприняты как единое целое. Необходимо, чтобы между двумя возбужденными рецепторами находился хотя бы один невозбужденный.

Временное различение двух раздражений возможно, если вызванные ими нервные процессы не сливаются во времени, а сигнал, вызванный вторым стимулом, не попадает в рефракторный период от предыдущего Раздражения. Нейрофизиологической основой временного разрешения являются так называемые циклы возбудимости, или циклы восстановления ответов. О них судят по величине ответа на второй из двух последовательно предъявленных стимулов.

На временном взаимодействии между последовательными раздражителями основана так называемая "сенсорная маскировка". Она лежит в основе многих сенсорных эффектов и широко используется в психофизиологических экспериментах. Сама маскировка прямо связана с попаданием одного из стимулов в рефракторную фазу цикла возбудимости после первого раздражения.

Различают прямую маскировку, при которой тормозится ответ на второй стимул, и обратную маскировку, при которой второй стимул как бы прерывает или мешает обработке информации о первом сигнале.

 

5. Психофизические законы.

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.