Глава 5. ПСИХОФИЗИКА

Глава 5. ПСИХОФИЗИКА

§ 5.1. ПСИХОФИЗИКА И ПСИХОФИЗИОЛОГИЯ

Психика возникла и развивается в непрерывном взаимодействии с окружающим физическим миром. Характер и результаты этого взаимодействия определяются конкретными условиями нашей планеты. Достаточно устойчивые периодические изменения физических условий, связанные с переходами от дня к ночи, от зимы к лету, сила тяжести, определяющая точку отсчета в трехмерном пространстве, участок спектра солнечного излучения, вызывающий фотохимические реакции, – эти и другие специфические свойства Земли выдвинули требования, которым должны были удовлетворять все организмы, населяющие эту планету. Этим же требованиям соответственно должна удовлетворять наша психика как, по меньшей мере, регулятор активного поведения организма.

Мы, по сути, частицы материального мира, в этом мире существуем, с ним взаимодействуем – мы адаптированы к этому миру. То, что мы как-то воспринимаем этот мир и общество себе подобных и, более того, в какой-то мере понимаем друг друга – эти и многие другие реалии нашей действительности не вызывают у нас удивления, они обыденны, мы к ним привыкли и принимаем как данное, само собой разумеющееся. Но при более детальном рассмотрении самые обыденные привычные факты часто оказываются самыми непонятными. Так, например, на вопрос: «Почему вы видите дерево?» вы отвечаете: «Потому что мне дерево показывают». Вы будете абсолютно правы, но при этом остается открытой одна из самых интересных и сложных проблем психологии – почему мы видим мир таким, каким мы его видим, а не как комбинацию электромагнитных полей, которые физика достаточно уже изучила, и не как ряд электрических импульсов в нейронных цепях или распределение электрических потенциалов в различных частях коры головного мозга, изучением чего занимается физиология? Из первого вопроса следует второй, более частный, но звучащий несколько парадоксально: «Почему для описания результата восприятия окружающего мира мы используем глагол “видеть”»?

На эти и другие подобные вопросы пытается ответить психофизика. Гравитационное поле Земли, вне которого еще недавно (до появления космонавтики и, следовательно, проблемы невесомости) не мыслилось наше существование, определяет систему координат в трехмерном эвклидовом физическом пространстве, относительно которой мы строим психическую картину мира. С детства мы знаем о существовании 5 основных чувств: зрения, слуха, осязания, обоняния, вкуса. На самом деле «чувств» гораздо больше. По всему телу размешены рецепторы, с помощью которых мы получаем информацию о состоянии внешней среды и внутреннем состоянии организма. Эта информация поступает к нам непрерывно с момента рождения до смерти. Медики исследовали самочувствие человека в условиях сенсорной депривации, т. е. когда контакты с окружающим миром сведены к минимуму. Это достигалось с помощью повязки на глазах, наушников, специальных перчаток, ванны, наполненной водой определенной температуры, и других доступных средств. Оказалось, что сенсорная депривация переживается очень болезненно. У человека появляются галлюцинации, чувство страха, неуверенности, потеря ориентации, некоторые из испытуемых нуждались после эксперимента в длительном лечении. Таким образом, сенсорные процессы (иногда их называют элементарными ощущениями) нам необходимы не столько для построения осознанной картины мира, сколько для непрерывной неосознаваемой адаптации к изменениям во внешней (и внутренней) среде.

Одной из главных качественных характеристик ощущения является его модальность. Модальность ощущения определяется анализатором (нейрофизиологической системой: рецепторы – нейронные пути – соответствующие участки мозга), который возбуждается сигналами определенной физической природы. Например, системы зрительной и слуховой модальностей возбуждаются соответственно электромагнитными и акустическими волнами.

Мы существуем в непрерывно меняющейся физической среде. Наши анализаторы созданы природой, чтобы оптимальным образом получать информацию об этих изменениях. Физическим сигналам соответствуют определенные психические образы. Такие пары (физический раздражитель – психический образ) называются психофизическими коррелятами. Рассмотрим самые основные характеристики физического мира, указанные на рис. 13.

Рис. 13. Основные характеристики физического мира

То, что мы рассматриваем взаимодействие психики и физического мира, заставляет нас добавить к привычной тройке понятий «энергия, время, пространство» понятие информации, как характеристики этого взаимодействия. 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. Для 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 изменений (если такой случай можно представить) вообще перестает восприниматься. В классических экспериментах Ярбуса по исследованию движения глаз с помощью специальных приспособлений добивались того, чтобы изображение предмета фиксировалось на определенном месте сетчатки, а не перемещалось вместе с ним. Оказалось, что через достаточно короткое время предмет перестает восприниматься.

Анализаторы разных модальностей отличаются не только по принципу действия – давление звуковой волны, химические реакции в рецепторах сетчатки под действием фотонов, механическое давление при ощупывании (тактильная модальность), концентрация химических веществ и т. д.,– но и по объему воспринимаемой информации. 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 %. Такая доминирующая роль зрения дает основание считать его интегратором сигналов всех модальностей в единый сенсорный образ, поэтому мы чаще всего описываем воспринимаемый мир в терминах зрительной модальности. Приведенные процентные соотношения нисколько не умаляют роль остальных модальностей в нашей жизни. Все ощущения – тепла, боли, запаха и т. п. – жизненно необходимы, кроме того, без них наша жизнь была бы не такой яркой и, по крайней мере, менее комфортной. Но даже при повреждении или потере какого-либо анализатора его функции берут на себя другие модальности, причем успешность их работы повышается (эффект компенсации).

Но при всех очевидных различиях в работе сенсорных анализаторов разных модальностей имеются некоторые общие закономерности, которые позволяют выделить сенсорные процессы в один класс психических явлений. Эти общие закономерности в первую очередь рассматриваются психофизикой. Схема построения сенсорного образа выглядит следующим образом (рис. 14).

Рис. 14. Построение сенсорного образа

Дистантный стимул – это физический источник сигнала, например источник света или звука; поверхность, отражающая свет или звук, и т. д.

Проксимальный стимул – это сигнал, непосредственно вызывающий раздражение анализатора. В случае слуховой модальности – это звуковая волна, прошедшая предварительную обработку в ушной раковине и попавшая на мембрану. При зрительной модальности – это изображение предмета, спроецированное линзой зрачка на сетчатку глаза, причем это изображение перевернутое, двумерное и искажено формой глазного яблока.

Эти два примера показывают, насколько характеристики дистантного стимула отличаются от характеристик проксимального. После попадания сигнала на анализатор в последнем возникает и некоторое время сохраняется остаточное возбуждение – последовательный образ. Например, на сетчатке глаза сохраняется изображение в течение примерно 120 мс – это время, необходимое для прекращения вызванных химических реакций в зрительных рецепторах – палочках и колбочках. В этом случае последовательный образ называется «иконическая память». Поэтому при предъявлении изображения на время меньше, чем 120 мс, мы не знаем, как долго в действительности испытуемый «видел» изображение. Чтобы снять эту неопределенность, используют «маскирующее» изображение, которое предъявляется сразу после «рабочего» и стирает иконическую память. Вне стен психофизической лаборатории, в условиях повседневной жизни, эта инерция в работе анализаторов помогает созданию непрерывного психического образа, переводу процесса восприятия в режим реального психологического времени.

Раздражение анализатора вызывает физиологический процесс перекодировки информации в коды нервных сигналов, в результате чего возбуждаются соответствующие части коры головного мозга. Формируется чувственная ткань образа. Соотношение между работой нейронной системы анализатора и возникающим в результате психическим (сенсорным) образом представляет психофизиологическую проблему, над которой трудятся биологи и нейропсихологи.

Далее в работу включается вся целостная структура нашей психики. Единичный процесс восприятия заканчивается вычленением предметного содержания образа. Между начальной фазой процесса – дистантным стимулом – и завершающей – предметным содержанием образа – устанавливается тождество непосредственной данности. Именно в вопросе «почему мы воспринимаем мир, таким, каким мы его воспринимаем» заключается суть психофизической проблемы.

Три свойства, характеризующие действия анализаторов любой модальности, наглядно демонстрируют гибкость сенсорной системы и ее неотъемлемое включение в работу всей психики в целом – это адаптация, сенсибилизация и синестезия. Когда летним утром мы, решив искупаться, прыгаем в озеро, вода сначала кажется нам очень холодной, но вскоре она нас уже даже греет и не хочется вылезать на прохладный берег. В кинотеатре, после того как погас свет, вы не видите ничего, кроме экрана, но через некоторое время начинаете различать фигуры и даже лица соседей по ряду. Это примеры адаптации наших ощущений к средней фоновой величине внешних раздражителей. Понижая или повышая свою чувствительность, приноравливаясь к внешним условиям, сенсорная система «выбирает» исходный уровень, относительно которого будет восприниматься интенсивность воздействия среды.

Механизм сенсибилизации в отличие от адаптации работает только в сторону повышения чувствительности. В одних случаях эффект сенсибилизации проявляется при определенной комбинации двух сигналов одной модальности – у одного из них повышается чувствительность (эффект маскировки). В других случаях сенсибилизацию вызывает общая окружающая обстановка и наше к ней отношение – на охоте, в разведке, просто на темной улице мы гораздо чувствительнее к звукам, запахам и прочим внешним сигналам, чем в спокойной домашней обстановке.

Синестезия – самое интересное свойство сенсорной системы – проявляется в возникновении ощущений, присущих одной модальности, при воздействии раздражителей другой. «Искры» в глазах от боли, эффект цветомузыки – примеры синестезии разной степени приятности.

Психофизическая проблема представляет собой предмет интереса психофизики – одного из разделов науки экспериментальной психологии. Кроме этой глобальной проблемы, психофизика занимается более частными задачами, имеющими конкретное практическое приложение, а именно установлением количественных и качественных соотношений между параметрами физических раздражителей (стимулов) и характеристиками вызываемых ими ощущений.

§ 5.2. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ И ПОРОГИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

Решение психофизической проблемы – отношения психики и физического мира – начинается с определения границы между психическими и физическими явлениями, т. е. в какой момент в структуре мира происходит качественный скачок и возникает то, что мы называем психикой. С постановкой этого вопроса связано возникновение научной психологии и ее основополагающего раздела – психофизики.

В 1860 г. была опубликована работа немецкого ученого – физика, математика, психолога и философа – Густава Теодора Фехнера «Основы психофизики». Этой публикацией было положено начало науке психологии, науке со своим предметом исследования и методами, среди которых главным является эксперимент. До Фехнера психология была набором умозрительных спекуляций. В конце XVIII в. Кант утверждал, что невозможно построить науку психологию, такую же точную, как физика или химия, во-первых, потому, что в психологии принципиально неприменима математика, во-вторых, потому, что никогда невозможно будет заставить человека вести себя так, как нужно психологу (т. е. невозможно применять в психологии эксперимент как метод исследования). Такое положение дел можно объяснить тем, что психология не могла найти свой предмет. Пытаясь заниматься тем, что мы сегодня называем высшими психическими процессами и функциями, психологи того времени не могли найти основу своих исследований, нащупать научную почву под ногами и поэтому вынужденно вязли в трясине квазинаучных спекуляций. Кроме того, здоровую конкуренцию создавало бурное развитие естественных наук. Казалось, еще немного – и очередной Базаров разрежет очередную лягушку и наконец обнаружит душу (что психология, по определению, пытается исследовать душу, признавали почти все). Это по меньшей мере лишало психологию социального заказа.

Фехнер, будучи пантеистом, считал, что материальное и идеальное – это 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, изображенной на рис. 15.

Рис. 15. Процесс создания психического образа

Схема, предложенная Фехнером, почти повторяет рассмотренную выше схему процесса восприятия, которую используют современные психофизики. Самым главным в идее Фехнера было то, что он впервые включил элементарные ощущения в круг интересов психологии. До Фехнера считали, что исследованием ощущений, если это кому-нибудь интересно, должны заниматься физиологи, врачи, даже физики, но только не психологи. Для психологов это слишком примитивно. 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 им были разработаны методы, до сих пор 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.

2. Психофизические характеристики у людей распределены по нормальному закону, т. е. случайным образом отличаются от какой-то средней величины, аналогично антропометрическим характеристикам.

Из первого утверждения вытекает требование организовывать психофизический эксперимент таким образом, чтобы исключить влияние на его результаты всех психических систем, кроме сенсорной. 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.

Кроме того, Фехнер считал, что человек не может непосредственно оценивать свои ощущения количественно, поэтому он разработал «косвенные» методы, с помощью которых можно количественно представить отношения между величиной раздражителя (стимула) и интенсивностью вызванного им ощущения. Рассмотрим измерение психофизических порогов на примере метода минимальных изменений (см. рис. 16).

Предположим, нас интересует величина звукового сигнала, начиная с которой испытуемый может его слышать, т. е. мы должны определить нижний абсолютный порог громкости. Измерение методом минимальных изменений проводится следующим образом. Испытуемому дается инструкция говорить «да», если он сигнал слышит, и «нет», – если не слышит. Сначала испытуемому предъявляется стимул, который он явно может расслышать (St₁). Затем при каждом предъявлении, при использовании схемы нисходящей стимуляции, величина стимула уменьшается.

Рис. 16. Измерение психофизических порогов:

а – нисходящая стимуляция; б– восходящая стимуляция

Эта процедура проводится до тех пор, пока не изменятся ответы испытуемого. Например, вместо «да» он может сказать «нет» или «вроде бы нет» и т. д. Величина стимула, при которой изменяются ответы испытуемого, соответствует порогу исчезновения ощущения (Р₁). На втором этапе измерения в первом предъявлении испытуемому предлагается стимул, который он никак не может слышать (St₂). Затем на каждом шаге величина стимула возрастает до тех пор, пока ответы испытуемого перейдут от «нет» к «да» или «может быть, да». Это значение стимула соответствует порогу появления ощущения (Р₂). Но порог исчезновения ощущения редко бывает равен порогу появления. Причем возможны два случая:

1. Р₁»Р₂ (рис. 16, а).

2. P₁«P₂ (рис. 16, б).

Абсолютный порог равен среднеарифметическому порогов появления и исчезновения: S_tp = (P₁ + P₂) / 2

Аналогичным способом определяется верхний абсолютный порог – значение стимула, при котором он перестает восприниматься адекватно. Верхний абсолютный порог иногда называют болевым порогом, потому что при соответствующих ему величинах стимулов мы испытываем боль – резь в глазах при слишком ярком свете, боль в ушах при слишком громком звуке.

Неравенство порогов исчезновения и появления можно объяснить «ошибкой ожидания» (см. рис. 16, а) или «ошибкой привыкания» (см. рис. 16, б). «Ошибка ожидания» заключается в том, что испытуемый, догадываясь о предстоящем появлении (исчезновении) ощущения, меняет характер ответов, не дождавшись подлинного появления (исчезновения). При «ошибке привыкания» испытуемый «привыкает» давать ответ определенного типа и не изменяет характер ответа даже при явном появлении (исчезновении) ощущения. Оба случая не могут быть объяснены в рамках парадигм классической психофизики, и поэтому они считались артефактами эксперимента, т. е. следствием неконтролируемых факторов, не имеющих отношения к решаемой задаче.

Абсолютные пороги – верхний и нижний – определяют границы доступного нашему восприятию окружающего мира. По аналогии с измерительным прибором абсолютные пороги определяют диапазон измерений сенсорной системы, но, кроме доступного диапазона измерений, работу прибора характеризует его точность, или чувствительность. Аналогом чувствительности прибора в сенсорной системе служит разностный порог. Этот порог равен величине, на которую нужно изменить значение стимула, чтобы испытуемый заметил изменение в своих ощущениях.

Для определения разностного порога можно применить метод минимальных изменений, но при этом в эксперимент вводится эталонный стимул. Испытуемому дается инструкция говорить «да», если он ощущает различие между эталонным и переменным стимулами, и говорить «нет», если ощущение различия пропадает. Введение эталонного стимула делает процедуру измерения разностного порога более громоздкой по сравнению с измерением абсолютного порога. На первом этапе устанавливают значение переменного стимула заведомо больше эталонного. Описанным выше способом определяют верхний порог исчезновения различия Р_1в и верхний порог появления различия Р_2в. Затем вычисляют верхний дифференциальный порог – значение стимула, при котором появляется изменение в ощущении эталонного стимула: Р_в = (Р_1в + Р_2в) / 2, и верхний разностный порог: р_в = Р_в – S, где S – значение эталонного стимула.

Смысл разностного порога понятен из его названия. Затем устанавливают значение переменного стимула заведомо ниже эталонного и аналогичным образом определяют нижний дифференциальный порог Р_н и нижний разностный порог р_н. Разность между верхним и нижним дифференциальными порогами определяет интервал неопределенности (Р_в – Р_н), т. е. область изменений величины стимула, которые не замечаются испытуемым. Половина интервала неопределенности: р = (Р_в – Р_н) / 2, называется средним разностным порогом. Средний разностный порог характеризует разрешающую способность сенсорной системы. Далее вычисляют точку субъективного равенства: р = (Р_в – Р_н) / 2.

Точка субъективного равенства является образом эталонного стимула в сенсорном пространстве, ее значение показывает, насколько точно испытуемый оценивает эталонный стимул. Если верхний и нижний разностные пороги равны, что соответствует симметричному относительно эталонного стимула интервалу неопределенности, то точка субъективного равенства совпадает с величиной эталонного стимула. Если значение точки субъективного равенства больше значения эталонного стимула, значит, испытуемый переоценивает эталонный стимул, если меньше – недооценивает.

Введение понятия порога и разработка методов его количественной оценки было очень продуктивным и в построении теоретических моделей психики, и в практических приложениях. Например, выяснили, что высоту звука мы воспринимаем в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Значения порогов определены для всех модальностей. Это позволяет, например, конструировать аудио-, видеоаппаратуру с характеристиками, оптимальными для использования потребителями, диагностировать многие заболевания (болезни вызывают резкие изменения пороговых величин ощущений различных модальностей) и т. д. Но, несмотря на эти и другие успехи, со времен Фехнера и до настоящего времени оспаривается само существование порога как психологического явления.

Существует так называемая пороговая проблема. Порог складывается из двух составляющих. Первая, физиологическая, часть порога возражений не вызывает. Действительно, для возбуждения нервного процесса необходима вполне определенная величина раздражителя, которая зависит от свойств нервной системы. Следовательно, ее вариации такие же, как и у других физиологических характеристик. Но вторая, психологическая, составляющая порождает пороговую проблему. Ее величина (а значит, и общее значение порога) настолько изменчива даже у одного и того же испытуемого, что это вызывает сомнения в целесообразности использования понятия порога в психологических построениях. Кроме того, существует много экспериментальных фактов, которые невозможно объяснить в рамках пороговых теорий. Самым известным из них является «ложная тревога» – случай, когда испытуемый дает положительную реакцию на «пустую пробу», т. е. при отсутствии стимула. Одной из попыток решить проблему «ложной тревоги» была высокопороговая теория Блэквела.

Блэквел постулировал наличие высокого порога. Явление «ложной тревоги» он объяснял попытками испытуемых угадывать, т. е. поведенческими, а не сенсорными факторами. Он рассуждал так. Испытуемый дает положительный ответ или когда у него действительно появилось ощущение от воздействия стимула (согласно постулату Блэквела в этом случае величина стимула должна превышать пороговое значение), или когда он пытается угадать правильный ответ. Следовательно, вероятность положительного ответа (Р) будет равна сумме вероятности истинного обнаружения стимула (Р_и) и вероятности угадывания (Р_уг): Р = Р_и + Р_уг.

Вероятность того, что величина предъявленного стимула была ниже пороговой, равна (1 – Р_и), так как, по Блэквелу, вероятность появления стимула, величина которого выше порогового значения, совпадает с вероятностью истинного обнаружения Р_и. Угадывание происходит в случае, когда одновременно проявляется эффект «ложной тревоги» и появляется нижепороговый стимул, следовательно,

Р_уг = Р_лт (1 – Р_и),

где Р_лт – вероятность «ложной тревоги».

Подставив Р_уг в исходную формулу, получим: Р = Р_и + Р_лт (1 – Р_и).

Из этого соотношения определяем истинную вероятность правильного ответа: Р_и = (Р – Р_лт) / (1 – Р_лт)

Эта формула называется формулой поправки на случайный успех, при этом значения Р и Р_лт оцениваются непосредственно в эксперименте.

Примером объяснения работы сенсорной системы без использования понятия порогов может служить применение в психофизике разработанной в радиотехнике теории обнаружения сигналов. Сторонники этого подхода считают, что в околопороговой области возбуждения, вызванные сигналом, пересекаются с внутренним шумом нервной системы. Если уровень сигнала ниже уровня шума, то не воспринимается ощущение, вызванное именно сигналом. Если же сигнал сравним по величине с шумом или превышает его, то появление ощущения определяется степенью перекрытия распределений вероятностей сигнала и шума, в связи с чем меняется стратегия поведения испытуемого. Если испытуемый выбирает стратегию риска, то возрастают и вероятность обнаружения стимула, и вероятность «ложной тревоги». Если испытуемый предпочитает работать осторожно, то вместе с уменьшением вероятности «ложной тревоги» уменьшается вероятность обнаружения. Таким образом, в теории обнаружения сигналов «ложная тревога» из досадной помехи превращается в одну из основных характеристик работы испытуемого. Функциональная связь между вероятностью «ложной тревоги» и вероятностью обнаружения сигнала (эта связь называется рабочей характеристикой приемника – РХП) полностью описывает работу испытуемого в психофизическом эксперименте.

И противники, и сторонники пороговых теорий сходятся в том, что независимо от теоретической целесообразности понятия порога его можно использовать в практических приложениях. Поэтому в качестве компромисса было принято операциональное определение порога: «Порогом называется величина стимула, при которой испытуемый начинает действовать согласно инструкции с заданной вероятностью». Поясним это определение на примере применения метода постоянных раздражителей (метода констант) для оценки величин абсолютного и разностного порогов.

Диапазон изменений величины стимула, перекрывающий пороговую область (оценить примерно пороговую область можно в предварительном исследовании), разбивают на несколько частей, как правило, на 7 или 8. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 – значения стимулов, которые соответствуют границам поддиапазонов. Для каждого такого значения оценивают экспериментальным путем вероятности положительных ответов. Очевидно, что чем больше величина стимула, тем выше вероятность его обнаружения. В околопороговой области эта вероятность подчиняется нормальному закону распределения. Строят кривую распределения вероятностей. На рис. 17 приведен такой график.

Рис. 17. Зависимость вероятности обнаружения от величины стимула в околопороговой области

По оси абсцисс отложены значения используемых стимулов, по оси ординат – соответствующие вероятности положительных ответов. Чтобы оценить величину абсолютного операционального порога, необходимо задать требуемую вероятность положительных ответов испытуемых. Чаще всего используют 50 %-ный и 75 %-ный пороги, т. е. значения стимулов, при которых испытуемые его обнаруживают в 50 % или 75 % случаев соответственно. Для оценки величины разностного порога используют среднеквадратичное отклонение полученного распределения или иногда просто разность между 75 %-ным и 50 %-ным порогами.

Психофизика как наука получила свое начало с определения понятия и оценки величин сенсорных порогов. Сегодня та часть психофизики, которая занимается исследованиями в этой области, называется психофизика-1 или пороговая психофизика.

§ 5.3. ПСИХОЛОГИЧЕСКИЙ СМЫСЛ ПСИХОФИЗИЧЕСКИХ ЗАКОНОВ

Порогу чувствительности соответствует точка в сенсорном пространстве. В этой точке отражается значение стимула, при котором сенсорная система переходит из одного состояния в другое. В случае абсолютного порога она переходит от отсутствия ощущения к появлению едва заметного ощущения. В случае разностного порога – от отсутствия ощущения разницы к появлению ощущения различия. Таким образом, пороговые измерения – измерения точечные. Их результаты могут очертить границы (диапазон изменений величины стимулов), в которых действует сенсорная система, но они ничего не говорят о ее структуре. Следующим шагом в решении психофизической проблемы было построение функциональных зависимостей между психофизическими коррелятами, другими словами, построение психофизических шкал. Раздел психофизики, который занимается задачами построения психофизических шкал (психофизическим шкалированием), получил название психофизика-2. Решение этих задач нашло отражение в формулировке психофизических законов.

Три самых известных психофизических закона представляют собой теоретические модели структуры сенсорного пространства. В основе этих моделей лежит эмпирический закон Бугера – Вебера. На границе XVIII–XIX вв. французский физик Бугер открыл некий эффект для зрительной модальности, а немецкий физиолог Вебер проверил его действие для других модальностей. Этот эффект заключается в том, что отношение величины едва заметного увеличения стимула к исходному его значению остается постоянным в весьма широком диапазоне значений величины стимула, т. е. ?R / R = k.

Это соотношение получило название закона Бугера – Вебера.

Закон Фехнера. Решая свою задачу о взаимоотношении субъективного и объективного, Фехнер рассуждал примерно следующим образом. Предположим, что наше сенсорное пространство состоит из очень маленьких дискретных элементов е – едва заметных различений. Эти элементы равны между собой, т. е. постоянны: e = k, где k – константа.

С учетом коэффициента пропорциональности две константы можно приравнять друг к другу. Таким образом, постоянное отношение закона Бугера – Вебера можно приравнять к константе, связанной с едва заметным различением: ?R / R = Ke, где K – коэффициент пропорциональности.

Далее Фехнер сделал шаг, за который его до сих пор ругают математики (Фехнер сам был прекрасным математиком, следовательно, сознательно пошел на это «преступление»). От этого уравнения, связывающего малые величины е и R, он перешел к дифференциальному уравнению: dR / R = KxdE, где dE – дифференциал, соответствующий очень маленькой величине е.

Решением этого уравнения будет соотношение: E = C₁ x InR + C₂, где C₁ и С₂ – константы интегрирования.

Определим С₂. Ощущение начинается с какого-то значения стимула, соответствующего пороговому (R₁). При R = R₁ ощущение отсутствует и появляется только при малейшем превышении R над R_1, т. е. в этом случае Е = 0. Подставим в полученное решение: 0 = C₁ x InR + C₂. Отсюда С₂ = – C₁ х InR₁, следо вательно: E = C₁ x InR₁ = C₁ x In(R / R₁).

Соотношение: E = C₁ x In(R / R₁) – называется законом Фехнера или иногда законом Вебера – Фехнера.

Отметим, что закон Фехнера активно использует понятие порога. R₁ – это, очевидно, абсолютный порог; е – элементарные ощущения, аналог порога различения.

Закон Стивенса. Американский психофизик Стивенс предложил свое решение задачи. Исходным пунктом для него был также закон Бугера – Вебера. Но модель сенсорного пространства он представлял себе иначе. Стивене предположил, что в сенсорном пространстве действует отношение, аналогичное закону Бугера – Вебера в пространстве стимулов: ?E / E = k, т. е. отношение едва заметного приращения ощущения к его исходной величине является постоянной величиной. Опять же с точностью до коэффициента пропорциональности мы можем приравнять две постоянные величины: (?E / E) = K(?R / R).

Так как Стивене не постулировал дискретность сенсорного пространства, он вполне корректно мог перейти к дифференциальному уравнению: dE / E = dR / R, решение этого уравнения Е = k х Rⁿ получило название закона Стивенса. Показатель степени n для каждой модальности имеет свое значение, но, как правило, меньше единицы.

Американские ученые Р. и Б. Тетсунян предложили объяснение смысла показателя степени п. Составим систему уравнений для двух крайних случаев – минимального и максимального ощущения: E_min = k x Rⁿ_min x E_max = K x Rⁿ_max.

Прологарифмируем обе части уравнения и получим: InE_min = n x InR_min + Ink, InE_max = n x InR_max + Ink.

Решив систему уравнений относительно n, получаем: n = (InE_max – InE_min) / (InR_max – InR_min) или n = In(E_max – E_min) / In(R_max – R_min)

Таким образом, по мнению Тетсунян, значение n для каждой модальности определяет соотношение между диапазоном ощущений и диапазоном воспринимаемых стимулов.

Сто с лишним лет не прекращаются споры между сторонниками логарифмической зависимости силы ощущения от величины стимула (закон Фехнера) и степенной (закон Стивенса). Результаты экспериментов с одними модальностями лучше аппроксимируются логарифмом, с другими – степенной функцией.

Рассмотрим один из подходов, примиряющих эти две крайности.

Обобщенный психофизический закон. Ю. М. Забродин предложил свое объяснение психофизического соотношения. Мир стимулов представляет опять закон Бугера – Вебера, а структуру сенсорного пространства Забродин предложил в следующем виде: ?E / E^z, т. е. добавил константу. Отсюда обобщенный психофизический закон записывается: dE^z/ E = dR / R.

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. В экспериментах Фехнера принимали участие «наивные» испытуемые, которые попали в абсолютно незнакомую экспериментальную ситуацию и ничего, кроме инструкции, не знали о предстоящем эксперименте. Это требование работы с «наивными» испытуемыми следует, во-первых, из постулирования Фехнером невозможности проведения человеком прямых количественных оценок величины ощущения, во-вторых, из его надежды выделить в эксперименте работу сенсорной системы в «чистом» виде, исключив влияние других психических систем. Таким образом, в законе Фехнера z = 0, что означает полную неосведомленность испытуемых.

Стивенс решал более прагматические задачи. Его скорее 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. В его экспериментах принимали участие испытуемые, прошедшие предварительную подготовку, обученные действовать в ситуации психофизического эксперимента. Поэтому в законе Стивенса z = 1, что показывает полную осведомленность испытуемого.

Обобщенный психофизический закон Забродина снимает противоречие между законами Стивенса и Фехнера, но для этого он вынужден выйти за рамки парадигм классической психофизики. Очевидно, что понятия «осведомленность», «неосведомленность» относятся к работе интегральных психических образований, включающих сенсорную систему только как канал получения информации о внешнем мире.

Психофизические законы устанавливают связь между психофизическими коррелятами. При этом ощущение измеряется в физических величинах, т. е. в значениях вызывающего это ощущение стимула. Например, значению высоты звука в один сон (субъективная величина) соответствует частота звука в 1000 Гц при силе звука в 40 дБ (объективная величина). Психофизические законы показывают, как пространство стимулов (внешних раздражителей) преобразуется в сенсорное пространство. При этом благодаря виду функции преобразования (психофизическому закону) происходит «сжатие» диапазона изменений значений стимулов.

Но в реальной жизни почти не встречаются в чистом виде пары психофизических коррелятов. Даже сигналы одной модальности представляют собой весьма сложную совокупность физических характеристик, результирующая величина которых не аддитивна относительно своих составляющих. Это хорошо видно на примере тембра звука, физическим коррелятом которого служит совокупность гармоник, составляющих звуковой сигнал, причем эту характеристику невозможно измерить в простой физической шкале. Не имея физической шкалы, измерения психических величин теряют основу, «повисают в воздухе». Как быть в этом случае? Классическая психофизика, ограниченная рамками своих двух основных парадигм, не смогла ответить на этот вопрос.

§ 5.4. ОТ ПСИХОФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ДО ОБЩИХ ИЗМЕРЕНИЙ В ПСИХОЛОГИИ

Самая развитая сегодня наука – физика – почти 300 лет своего существования понимала под измерением простое сравнение с каким-либо эталоном (например, эталонный метр или эталонный килограмм, которые, как мы помним из школьного курса физики, хранятся в Севре близ Парижа). И только приступив к исследованию микромира, развивая квантовую механику, физики по-настоящему столкнулись с проблемой измерения: что мы измеряем (предмет измерения), в какой степени измерительный прибор влияет на предмет измерения и, следовательно, на результат. В психологии эта проблема возникла изначально. Попыткой ее решения было введение двух парадигм классической психофизики. Но простой перенос из физики или физиологии моделей, отражающих представления о мире ученых своего времени, в психологию себя не оправдал. Эти парадигмы оказались со временем несостоятельны.

Проблема измерения – общая для всех наук, но в психологии она проступает наиболее наглядно. Если в физике взаимодействие исследователя и предмета измерения опосредовано измерительным прибором, то в психологии таким «прибором» является вся организация психологического эксперимента. В психологическом эксперименте человек (испытуемый) отнюдь не «измерительный прибор», которым измеряются раздражители (стимулы), как считали создатели психофизики. Стимулы отражаются человеческой психикой, и задача психологического измерения заключается в том, чтобы получить количественные соотношения между этими психическими образами. Предметом психологического измерения можно считать часть «образа мира» (результата индивидуального психического отражения действительности), актуализированную набором стимулов (или ситуацией эксперимента), согласно предложенному критерию оценки (инструкцией испытуемому).

В современной теории измерения вводится понятие эмпирической системы с отношениями S, числовой системы с отношениями R и оператора g, который гомоморфно отражает первую систему во вторую. Измерением называется тройка элементов (S, g, R), причем все они одинаково важны, пренебрежение любым из них делает измерение невозможным.

Построив шкалу, мы должны установить ее тип. Тип шкалы определяется допустимым преобразованием, т. е. преобразованием элементов шкалы, которое не изменяет ее структуру. В психологии чаще всего используют четыре типа шкал.

1. Шкалы наименований. В этом случае стимулам приписываются какие-либо идентификаторы, которые позволяют отличать их друг от друга, или стимулы относятся к каким-либо различным классам. Допустимым преобразованием при этом будет тождественное преобразование. Например, если в группе присвоить каждому студенту номер по алфавитному списку, а затем провести перекличку и различать студентов по именам, то структура шкалы наименований не изменится.

2. Шкалы порядка. При измерении в этих шкалах объекты упорядочиваются по степени выраженности измеряемого свойства. Мы можем утверждать, что a» d, но насколько больше, мы не знаем. Допустимым для шкал порядка является любое монотонное преобразование.

3. Шкалы интервалов. Эти шкалы дают нам информацию не только о том, что a» d, a d «h, но и насколько больше, т. е. в шкалах интервалов содержится информация о расстояниях между объектами. Допустимое преобразование для шкал интервалов линейное: у = ах + b, следовательно, шкалы интервалов задаются с точностью до масштаба (а) и точки отсчета или сдвига (b).

4. Шкалы отношений. Допустимое преобразование в этом случае у = ах, т. е. нулевая точка фиксирована.

Шкалы интервалов и отношений называются метрическими шкалами, так как в них вводится единица измерения расстояний между объектами.

Тип шкалы определяет вид операций, которые можно применять к шкальным значениям. Например, если к футболисту N₁ прибавить футболиста N₄, то в ответе получим двух футболистов, а не 5, так как номера спортсменов представляют шкалу наименований, в которой недопустимы арифметические операции, хотя при виде чисел почти всегда возникает сильный соблазн использовать такую привычную для нас арифметику. Статистические методы, в основе которых лежит вычисление средних значений, допустимы только в метрических шкалах, а в шкале порядка можно использовать непараметрические методы статистики (например, коэффициент порядковой корреляции Спирмена).

Рассмотрим эти формальные положения общей теории измерений применительно к психологии. Эмпирическая система с отношениями S в этом случае – это множество психических образов с отношениями между ними как результат отражения множества стимулов с соответствующими отношениями. Формальное множество с отношениями (не обязательно числовое) R – это результат психологического измерения, который получается применением выбранной психолого-математической модели к множеству «сырых оценок», полученных после эмпирической части эксперимента.

Гомоморфизм g – оператор, устанавливающий однозначное соответствие между этими двумя множествами (и между элементами множеств, и между отношениями на этих множествах). При правильной организации процедуры эксперимента нам удается гомоморфно отразить психические образы в формальное множество, и по структуре последнего можно судить о структуре эмпирической системы (системы психических образов), в чем и заключается цель измерения.

Измерение интенсивности ощущений позволяет установить количественное соотношение между психофизическими коррелятами, т. е. получить психофизический закон. Но в психологии редко можно установить такие простые психофизические корреляты, как, например, частота сигнала – высота звука. Даже простые звуковые сигналы мы воспринимаем не просто как громкие и высокие, они нам кажутся приятными или неприятными, грубыми или нежными, бархатистыми или жесткими, для подобных характеристик не существует физически измеренных характеристик стимулов. Но мы чувствуем, что в разных сигналах такие психологические характеристики выражены в разной степени. Сегодня мы уже умеем их измерять. Количественные соотношения между психическими переменными в отсутствии «опорной» физической шкалы называются психометрическими законами.

Самые известные из них закон сравнительных суждений Терстоуна и закон категориальных суждений Торгерсона. Первый строит шкалу по данным, полученным методом парных сравнений. Испытуемым попарно предлагаются все стимулы из исследуемого набора. Один из них должен указать, в каком члене пары сильнее выражен указанный критерий оценки. Эта процедура проводится с группой испытуемых или несколько раз с одним испытуемым. Затем оценивается средняя вероятность предпочтения каждого стимула, т. е. подсчитывается, сколько раз стимулу отдавалось предпочтение в парах, и полученное число делится на количество испытуемых. Полученные числа представляют шкалу порядка. Очевидно, чем чаще стимул предпочитался в сравнении с другими стимулами, тем более выражен в нем критерий оценки. Но Терстоун пошел дальше. Он предположил, что образы стимулов представляют собой тоже случайные величины, причем они независимы и имеют равные дисперсии. Используя известное линейное преобразование, с помощью которого любую случайную величину можно перевести в случайную величину с математическим ожиданием, равным 0, и дисперсией, равной 1 (нормированная и центрированная величина): z = (x – m) / (S).

Терстоун предложил в качестве субъективной оценки использовать квантиль нормального распределения, который соответствует найденной в эксперименте вероятности предпочтения. Так он получил шкалу интервалов.

Подобным образом Торгерсон построил шкалу интервалов по данным метода категорий. В этом методе стимулы распределяются по некоторому количеству заданных категорий (например, следующие 4 категории: «плохо», «удовлетворительно», «хорошо», «отлично»). Сложность в этом случае в том, что в психическом пространстве отражаются не только стимулы, но и границы категорий. Исходной вероятностью для получения субъективной оценки в законе Торгерсона служит частота попадания в категорию.