Тема 2. Психофизические законы. Измерение ощущений и порогов. 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Тема 2. Психофизические законы. Измерение ощущений и порогов.



Методы определения порогов.

Для определения порогов немецкий философ Г.Т. Фехнер в 1860 году предложил три метода.

1. Метод границ. Экспериментатор постепенно увеличивают величину раздражителя, начиная с подпороговых значений, до тех пор, пока испытуемый не сообщит о появлении сигнала. Затем процедура повторяется, но раздражитель изменяется в сторону уменьшения до тех пор, пока испытуемый не сообщит об исчезновении сингала. Таким образом чередуются восходящие и нисходящие серии предъявления раздражителя и фиксируются границы появления и исчезновения раздражителя. Порог определяется как среднее арифметическое всех границ.

2. Метод установки. Отличается от первого метода тем, что испытуемый сам изменяет величину раздражителя, добиваясь то появления раздражителя, то его исчезновения. Величина порога рассчитывается, как и в первом случае.

3. Метод постоянных стимулов – вокруг предполагаемого значения порога в диапазоне от «очень редко» до «почти всегда» обнаруживаемых величин раздражителя, экспериментатор выбирает от пяти до десяти равноотстоящих раздражителей. Эти раздражители предъявляются испытуемому в случайном порядке. При каждом предъявлении испытуемый дает ответ о наличии или отсутствии сигнала. Затем для каждого значения величины раздражителя вычисляется вероятность его обнаружения. За порог принимается такое значение величины раздражителя, которое соответствует 50% или 75 % вероятности обнаружения сигнала.

Каждый из этих методов имеет свои достоинства и недостатки.

При использовании метода границ и метода установок испытуемый осведомлен о характере изменений раздражителя. В результате у него возникает ожидание появления или исчезновения сигналов, что может повлиять на результаты опыта.

В методе постоянных раздражителей такое ожидание отсутствует, так как стимулы предъявляются в случайном порядке. Поэтому этот метод позволяет более точно определить пороги, но он достаточно громоздкий. Так как значение порога невозможно определить до конца опыта, приходится делать слишком много предъявлений раздражителя.

 

Психофизика Фехнера.

 

Методы шкалирования ощущений, предложенные Густавом Фехнером, представляют собой косвенные методы измерения ощущений. Г. Фехнер опирается на закон Бугера–Вебера. Он сделал три важных предположения, получивших название постулатов Фехнера. 1. Интенсивности раздражителя и интенсивности ощущений можно выразить количественно с помощью чисел. Соответственно, психофизический закон представляет собой функцию, выражающую зависимость между интенсивностью раздражителя и интенсивностью ощущения. 2. Нулевая интенсивность ощущения соответствует нижнему абсолютному порогу чувствительности. 3. Едва заметное изменение ощущения, равное разностному порогу, представляет собой постоянное единичное ощущение, которое не зависит от абсолютной величины раздражения. Таким образом, Фехнер принял за единицу ощущения едва заметные различия ощущений (сокращенно - езр). Отсюда величина ощущения равна числу едва заметных различий ощущений, находящихся между нулевым ощущением и ощущением, вызываемым данной интенсивностью раздражителя.. Эта величина равна числу разностных порогов от нижнего абсолютного порога до величины раздражителя, вызывающего данное ощущение.

Рассмотрим вывод формулы, связывающей силу ощущения с интенсивностью раздражителя. Пусть величина действующего раздражителя равна I, нижний абсолютный порог чувствительности - I0, относительный разностный порог – k, число едва заметных различий ощущений равно S.

Из рисунка 3 видно, что

I 1 = I0 + D I 1 (2)

Из закона Бугера – Вебера можно следует, что

DI 1 = I 0 • k

 

Подставим D I 1 в выражение(2): I 1 = I0 + I0k = I0 (1 + k) = I0 (1 + k)1.

Далем определим, чему равен I 2.

I 2= I1 + D I 2

D I 2 = I1k = I0 (1 + k).

На втором шаге: I 2= I1 + I1k = I1 (1 + k) = I0 (1 + k)(1 + k) = I0 (1 + k)2

 

На третьем шаге получим:

I3 = I0 (1 + k)3 и т.д..

Если число таких шагов n, то на последнем шаге получим выражение:

In = I = I0 (1 + k) n.

Прологарифмируем обе части этого уравнения и получим: lg I = lg I0 + n lg (1 + k).

Отсюда: n = lg Ilg I0 / log (1 + k).

Обозначим через K = 1/ log (1 + k), следовательно:

 

S = Klg (I / I0)(3)

 

Полученная формула выражает закон Фехнера, который гласит, что сила ощущения пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя. Справедливость этого закона была эмпирически показана для целого ряда ощущений. Правомерность закона Фехнера определяется постоянством относительного разностного порога k. Так как это постоянство соблюдается только в средней области зоны подлинных ощущений, закон Фехнера в области абсолютных порогов нарушается.

 

Закон С.С. Стивенса

 

Г. Фехнер использовал косвенный метод шкалирования ощущений. После него был предложен и прямой метод шкалирования. Впервые его применил бельгийский психолог Плато (1872). Он просил испытуемых расположить между черным и белым цветами серию серых тонов так, чтобы они были разделены субъективно равными интервалами. Оказалось, что величина каждого последующего интервала равна величине предыдущего, возведенной в некоторую степень. Отсюда был сделан вывод, величина ощущений представляет собой степенную функцию от величины раздражителя.

Американский ученый С. Стивенс в 1956 году использовал другую разновидность этого метода. Он исходил из предположения о том, что для ощущений, или сенсорного пространства, характерно то же отношение, что и для пространства стимулов. Данная закономерность может быть представлена следующим математическим выражением:

где Е — первичное ощущения, А£ — минимальное изменение ощущения, которое возникает при изменении воздействующего стимула на минимальную величину, заметную для человека. Таким образом, из данного математического выражения следует, что соотношение между минимально возможном изменение наших ощущений и первичным ощущением есть величина постоянная — К. А если это так, то соотношение между пространством стимулов и сенсорным пространством (нашими ощущениями) может быть представлено следующим уравнением:

Данное уравнение получило название закона Стивенса. Решение этого уравнения выражается следующей формулой:

S = KxRn,

где S — сила ощущений, К — константа, определяемая избранной единицей измерения, п — показатель, зависящий от модальности ощущений и изменяющийся в пределах от 0,3 для ощущения громкости до 3,5 для ощущения, получаемого от удара электрическим током, R — значение воздействующего раздражителя.

Американские ученые Р. и Б. Тетсунян попытались математически объяснить смысл степени п. В результате они пришли к выводу, что значение степени п для каждой модальности (т. е. для каждого органа чувств) определяет соотношение между диапазоном ощущений и диапазоном воспринимаемых стимулов. Наблюдатель должен был изменять параметры раздражителя таким образом, чтобы получить 1/2, 1/5 или какую – либо другую часть яркости, громкости, насыщенности и т.п. эталона. Исследования в этом направлении привели к построению степенных психофизиологических шкал для десятков модальностей и качеств ощущений.

Зависимость степенного вида между силой ощущения и силой раздражителя получило название «закон Стивенса»:

 

S = К • (I – I0)n,

где: S - сила ощущения

I – интенсивность раздражителя

I0 – нижний абсолютный порог чувствительности

К и n – константы

n зависит от модальности и качества ощущений. n < 1 при восприятии яркости, n = 1 при восприятии длины прямых отрезков, n > 1 при восприятии силы электрического удара.

 

Теория обнаружения сигналов

 

Классическая психофизика столкнулась с феноменом, который она не могла объяснить – феноменом ложной тревоги. Он состоит в том, что испытуемый дает ответ, что есть сигнал, когда после предупредительного сигнала раздражитель не подается. Исследователи не знали, что делать с этими ложными тревогами. Они пытались использовать испытуемых, дающих мало ложных тревог, просто исключали их из обработки.

Однако развитие радиолокации потребовало созданияе такой теории, которая учитывала бы ложные тревоги. Одна из таких теорий – теория обнаружения сигналов. Она была разработана в статистической радиотехнике и теории связи. Ее применили также и в области психологии, благодаря исследованиям целого ряда ученых, прежде всего, американских психологов — Таннера и Светса(W. Tanner, J. Swets). В соответствии с этой теорией сигнал всегда наблюдается на фоне шума. Шум возникает внутри самой сенсорной системы и создается внешними источниками. В зрительной системе шум возникает из–за собственного свечения сетчатки, в слуховой – из–за движении мышц при дыхании. Таким образом, сенсорная система вынуждена выделять сигнал из сенсорного шума. Величина шума воспринимаемая сенсорной системой, постоянно меняется, вызывая изменения сенсорного эффекта.

Обозначим зависимость плотности вероятности того или иного сенсорного эффекта (p), вызываемого шумом, от величины шума как функцию f (xn). Эта функция имеет нормальный вид (см. рис. 1).

 

Рис. 1. Зависимость плотности вероятности сенсорного эффекта (p) от величины сенсорного эффекта (x), вызванного только шумом f (xn) и вызванного совместным действием сигнала и шума f (xs).

 

 

Если испытуемому предъявлять сигнал постоянной интенсивности, то вызванный им сенсорный эффект будет суммироваться с сенсорным эффектом от шума. Соответственно, функция плотности вероятности появления сенсорного эффекта той или иной величины от этого сигнала будет описываться той же функцией f (xn), но смещенной по оси «х» вправо на величину сигнала. Обозначим эту функцию как f (xs). Из рисунка видно, что кривые этих двух функций перекрываются. На этом участке сенсорный эффект одной и той же величины может быть вызван в результате действия как сигнала вместе с шумом, так и одного только шума. Наблюдатель должен решить, результатом чего является наблюдаемый сенсорный эффект – результатом действия сигнала вместе с шумом или результатом действие одного только шума. Для решения этой задачи он выбирает для себя критерий – некоторое значение сенсорного эффекта (xс). Если наблюдаемый эффект выше критерия, он решает, что сигнал есть, а если ниже критерия – что сигнала нет, есть только шум. Возможны четыре варианта сочетания ситуации наличия или отсутствия сигнала с ответами наблюдателя:

1. Y/s – испытуемый говорит «да», когда есть сигнал (попадание, обнаружение).

2. N/s – испытуемый говорит «нет», когда есть сигнал (пропуск сигнала).

3. Y/n – испытуемый говорит «да», когда нет сигнала (ложная тревога).

4. Nn – испытуемый говорит «нет», когда нет сигнала (покой).

Каждый из вариантов характеризуется своей условной вероятностью Р:

1. Ys – P (Ys), 2. Ns – P (Ns), 3. Y nP (Yn), 4. Nn – P (Nn).

Эти условные вероятности зависят от положения критерия xс на оси абсцисс. При стремлении снизить количество ложных тревог необходимо сместить xс вправо по оси абсцисс. Одновременно это приведет к увеличению числа пропусков и уменьшению числа обнаружений. Стремление к полному обнаружению сигнала приведет к увеличению ложных тревог.

Выбор критерия xс зависит от субъективной значимости каждого из четырех исходов. Если ни один из исходов не важнее, чем остальные исходы, то xс будет соответствовать точке пересечения кривых f (xn) и f (xs). Если наблюдателю надо избежать пропусков, то надо уменьшить xс, если нежелательны ложные тревоги, то надо увеличить xс. Оптимальное значение xс определяется из следующей формулы:

 

b = f (xs) | xc = P (n) V (Nn) – C (Yn) ,
f (xn) | xc P (s) V (Ys) – C (Ns)

 

Здесь: b - соотношение между уровнем сигнала и уровнем шума,

P (n) – априорные вероятности появления шума,

P (s) – априорные вероятности появления сигнала в смеси с шумом,

V (Nn) –премия за покой,

V (Ys) – премия за обнаружение сигнала,

C (Yn) – штраф за ложную тревогу,

C (Ns) – штраф за пропуск сигнала.

Критерии определенные по данной формуле обеспечивают наблюдателю величину наибольшего выигрыша. Американские психологи Таннер и Светс провели опыты в области слухового и зрительного обнаружения сигнала. До начала опыта испытуемым сообщались значения P (N) и P (S). Начисление премий и штрафов производилось с помощью платежной матрицы, которую показывали испытуемым:

    Ответ испытуемого
    Да Нет
Сигнал был? Да V (Ys) C (Ns)
Нет C (Yn) V (Nn)

 

Штрафы и премии оплачивались реальными деньгами. Эти опыты подтвердили теоретически предсказанные результаты.

Критерий напоминает сенсорный порог, но отличается от порога тем, что наблюдатель может изменять его произвольно, а порог изменять нельзя. Следовательно, критерий нельзя использовать для характеристики чувствительности сенсорной системы.

Из рисунка видно, чем меньше перекрываются кривые, тем меньше вероятность ошибки. А перекрытие кривых зависит от соответствующих средних значений mn и ms и размаха изменчивости величины сенсорного эффекта вокруг этих средних. Изменчивость сенсорных эффектов характеризуется дисперсией s2. Отсюда показателем возможности обнаружения может служить величина d’, которая вычисляется по формуле:

d’ = (ms - mn)/ s,

где: ms – математическое ожидание сенсорных эффектов, вызываемых действием сигнала + шум;

mn – математическое ожидание сенсорных эффектов, вызываемых шумом:

s - стандартное отклонение;

s2 - дисперсия.

 

Рис. 4. Зависимость области перекрытия кривых распределения от интенсивности сигнала (А) и дисперсии (Б)

 

Таким образом, возможность обнаружения сигнала на фоне шума зависит не только от принятого критерия, но и от свойств шума и сигнала.

Зависимость результатов наблюдения от этих свойств выражается с помощью кривых рабочей характеристики приемника (РХП).

РХП отражает зависимость вероятности обнаружения сигнала от вероятности ложных тревог.

Рис. 6. Кривые РХП при разных значениях d' (по Светсу, Таннеру, Бердсоллу, 1964)

 

Кривая РХП получается изменением величины критерия xс. При уменьшении величины xс вероятности P (Yn) и P (Ys) увеличиваются приближаясь к 1. Когда значения xс очень маленькие любой сенсорный эффект принимается как сигнал. При больших значениях критерия вероятности P (Yn) и P (Ys) стремятся к нулю и почти каждый сенсорный эффект принимается за шум. Кривая РХП отражает изменение критерия при постоянной величине d'. Но при изменении свойств сигнала и шума величина d' меняется и получается семейство РХП.

 

Тема. 2. ВОСПРИЯТИЕ



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; просмотров: 417; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.206.3.58 (0.052 с.)