Психофизика ощущений

ПСИХОФИЗИКА ОЩУЩЕНИЙ
Поскольку первичным, элементарным психическим опытом можно считать ощущение, психологически мыслящим представителям науки прежде всего хотелось понять, каким образом физическая стимуляция преобразуется в ощущение. Философ Демокрит, например, считал, что мы ощущаем внешний мир посредством маленьких, слабых копий объектов, которые входят в тело через органы чувств и переносятся духами по неким полым трубкам в чувствительную часть мозга, где они каким-то образом вызывают ощущение.
Основоположником экспериментальных исследований соотношения физического и психического стал Густав Теодор Фехнер (1801-1887). В 1860 г. Фехнер опубликовал труд по названием «Элементы психофизики». Основными задачами психофизики он считал изучение соотношения физического и психического мира и количественное описание этого соотношения. Первый вопрос, который интересовал Фехнера, — это проблема порогов чувствительности.
Выделяют два типа порогов чувствительности: абсолютный и дифференциальный, или разностный. Оба понятия отражают убеждение в существовании пределов сенсорной системы.
Обратимся к рис. 1. Все стимулы, которые больше (сильнее, громче, ярче) определенной интенсивности раздражителя, вызывают ощущения (правая часть диапазона). Стоит же нам несколько уменьшить величину стимула (сдвинуть его в левую часть диапазона), как мы перестаем его ощущать.
Несмотря на то, что абсолютный и дифференциальный пороги представляют собой явно различные характеристики сенсорной системы, за тем и за другим понятием стоит общий методологический принцип или одно и то же допущение. Предполагается, что сенсорный ряд — диапазон наших ощущений — прерывен (дискретен): ощущение может исчезнуть даже при наличии физического воздействия. До определенных пределов ощущение есть, а потом пропадает, как свет, когда щелкнули выключателем. Эта точка зрения распространяется как на абсолютный порог, так и на дифференциальный.
Представление о том, что наша сенсорная система устроена по пороговому, прерывному принципу, называется концепцией дискретности (прерывности) сенсорного ряда. Сотни экспериментов проведенных психофизиками в надежде найти и раз и навсегда определить пороги чувствительности не дали положительных результатов. Оказалось, что порог как бы плавает.
Каждый раз они получали несколько различные значения. Иными словами, даже для очень слабых раздражителей существует некоторая (ненулевая) вероятность их обнаружения, а для относительно сильных — ненулевая вероятность их необнаружения. Зависимость вероятности обнаружения (различения) стимулов от их интенсивности называется психометрической функцией. Как должна выглядеть психометрическая функция, если сенсорная система работает по дискретному принципу? До определенного уровня интенсивности стимула вероятность обнаружения равна нулю, потом — единице. А как она выглядит в действительности? Вероятность обнаружения сигнала по мере роста его интенсивности не изменяется скачкообразно, а растет постепенно.
Основываясь на результатах психофизических исследований, Мюллер высказал идею о непрерывности сенсорного ряда, суть которой состоит в том, что не существует порога как такового: любой стимул может в принципе вызвать ощущение. Мюллер утверждал, что на возможность обнаружения стимула влияет не только его физическая интенсивность, но и расположенность сенсорной системы к ощущению. Эта расположенность зависит от множества случайных, плохо контролируемых факторов: усталости наблюдателя, степени его внимательности, мотивации, опыта и т. п. Одни факторы благоприятно действуют на способность наблюдателя к обнаружению сигнала (например, большой опыт), а другие — неблагоприятно (например, усталость). Соответственно, неблагоприятные факторы уменьшают способность к обнаружению, а благоприятные — увеличивают. Но в целом, по мнению Мюллера, нет оснований говорить о существовании какой-то особой точки на оси ощущений, где они прерываются, исчезают. Сенсорный ряд непрерывен. Если бы мы могли создать идеальные условия наблюдения, то сенсорная система восприняла бы сколь угодно малый сигнал.
Исходные психофизические идеи вдохновили многих исследователей и позволили им создать множество психофизических концепций.
Стивенс, Морган и Фолькман в 1941 г. сформулировали нейроквантовую теорию, основное допущение которой состоит в том, что единицами нервной системы являются нервные кванты, каждый квант срабатывает по принципу «все или ничего», т.е. срабатывает, когда достигнут его порог, и не срабатывает, когда величина возбуждения ниже порогового уровня. Однако для возникновения ощущения, по мнению авторов теории, недостаточно возбуждения одного кванта. Ощущение возникает только при возбуждении двух нервных квантов. Кроме того, чувствительность организма флуктуирует (изменяется во времени, колеблется) совершенно случайным образом. Эти и другие (достаточно произвольные, впрочем) допущения позволили объяснить некоторые особенности психометрических функций и защитить идею дискретности сенсорного ряда, невзирая на отсутствие в экспериментальных данных психофизиков скачкообразного перехода от необнаружения к обнаружению или от неразличения к различению. Следует, однако, отметить, что введение понятия «нервный квант» было малообоснованным: за ним не стояло четких эмпирических данных, оно не имело ясного психофизиологического значения, и поэтому само допущение о существовании нервных квантов воспринимается не без сомнений.
Весьма продуктивной оказалась концепция, получившая название теории обнаружения сигнала, которая была предложена Грином и Светсом в 1966 г. Суть теории сводится к следующему. Любой сигнал воспринимается на фоне шума. Даже если полностью отсутствуют внешние помехи, то сама сенсорная система (просто за счет своей работы) создает некоторый шум: в нас бьется сердце, по жилам течет кровь, мы дышим и т. д. Этот шум при жизни наблюдателя нельзя отключить. Поэтому, хотя, по-видимому, сенсорная система работает по непрерывному принципу, все равно обнаружение сигнала — вероятностный процесс. Сигнал сливается с шумом, он становится плохо отличимым от него, особенно, когда физическая интенсивность самого сигнала очень мала. Наблюдатель, по сути дела, выполняет задачу отличения сигнала от шума. Шум, как ветер, колеблется вокруг некоторого среднего значения: он может быть совсем слабым (и тут можно с высокой степенью уверенности сказать, что сигнала не было), а может усиливаться, и в этом случае шум легко перепутать с сигналом.
С одной стороны, на правильность ответа о наличии сигнала влияют собственно сенсорные способности ваших анализаторов (слуха, зрения и т.д.), с другой — существует и несенсорный компонент, компонент принятия решения. Основными факторами принятия решения являются вероятности сигналов и то значение, которое имеют для вас правильные ответы и ошибки обнаружения.
Возьмем в качестве примера контроль за качеством продукции. Сигналом для контролера является бракованное изделие. Не сигналом (шумом) — качественное изделие. Изделий много. Контролер один. Он может ошибаться. Посмотрим, какие возможны варианты сочетаний ответов наблюдателя и истинного положения вещей. Эти сочетания называются исходами процесса обнаружения. Контролер может в принципе дать два типа правильных ответов: оценить качественное изделие как качественное, бракованное — как бракованное; а также два типа неправильных: посчитать бракованное качественным и, наоборот, качественное бракованным. Возможные исходы показаны в табл. 1.
Таблица 1.
Исходы процесса обнаружения сигнала

Бракованное изделие (сигнал)	Ответ «Брак»	Ответ «Нет брака»
	Правильное обнаружение (попадание)	Ложная тревога
Качественное изделие (шум)	Пропуск сигнала	Правильное отрицание (покой)

Если отличить бракованное изделие от качественного не просто, если брак плохо отличим от качественных изделий в силу, например, погрешностей измерительной аппаратуры, дефицита времени или усталости контролера, то задача становится пороговой. Другими словами, различие между физическими событиями настолько незначительно, что это создает проблемы для сенсорной системы: сигнал сливается с шумом, и для того, чтобы отличить одно от другого приходится привлекать некоторые дополнительные (помимо сенсорных) механизмы. Это, как указывалось выше, механизмы принятия решения. Если при прочих равных условиях вероятность брака велика (цех имеет плохую репутацию), то наблюдатель при возникновении сомнений будет относительно более склонен отвечать «сигнал». И наоборот, если вероятность брака мала (исполнители исключительно добросовестны), то предпочитаемым ответом будет «нет брака». Сходным образом обстоит дело со значимостями, или ценностями исходов. Если, например, за обнаруженный после контроля брак с контролера снимают премию (и приличную), то он будет очень придирчив. Если же начальник внушает контролеру, что главное количество, пусть даже изделия будут слегка некондиционными, то контролер будет выносить вердикт «брак» с очень большой осторожностью. Соответственно уменьшится процент правильных обнаружений и ложных тревог.
Одной из главных заслуг авторов теории обнаружения сигнала является введение в структуру сенсорного процесса составляющей принятия решения. Это, с одной стороны, позволило взглянуть на проблемы ощущений с более высоких системных позиций, а с другой — выработать подход к решению многих прикладных проблем — первоначально чисто военной тематики (работа на радарах и сонарах), а потом и гражданской (контроль качества продукции, процессы восприятия человека человеком и др.).
Исходной позицией теории двух состояний Люса (1963) является допущение о дискретности сенсорного ряда. И в этом ее отличие от теории обнаружения сигнала. Роднит же две теории признание наличия вне-сенсорных факторов обнаружения и различения сигналов, а также признание существования неопределенности, связанной с работой самой сенсорной системы.
Люс полагал, что существует некоторое критическое значение раздражителя, ниже которого ощущение не возникает. Однако даже при отсутствии раздражителя вероятность превышения порога выше нуля. Верно и обратное: при наличии раздражителя итоговое влияние может не достигнуть порога. Таким образом, действие раздражителя может вызвать одно из двух состояний: либо обнаружение, либо необнаружение. Как видно, эти последние допущения весьма сходны с основными допущениями теории обнаружения. Но это еще не все. Ответ наблюдателя определяется не только этими двумя состояниями. Существует независимый механизм угадывания как выход из ситуации неопределенности, связанной с наличием двух возможных состояний. За счет механизма угадывания человек может дать положительный ответ на допороговый сигнал, т.е. в состоянии необнаружения. И наоборот, за счет того же механизма наблюдатель может дать отрицательный ответ в случае состояния обнаружения.
Люс считал, что человек при обнаружении сигнала следует одной из трех основных стратегий:

•