Психофизические законы (psychophysical laws)

Термин «психофизика» относится к области функциональных отношений между заданными на физ. континууме переменными и соотв. сенсорными реакциями. Количественное описание таких отношений называют П. з. Предназначение этих законов — объяснять функционирование сенсорных систем и предсказывать сенсорное поведение. П. з. были установлены для двух важных классов событий: а) пороговых событий, или феноменов обнаружения, и б) надпороговых событий, или феноменов различения.

Для мн. психол. явлений время — критическая переменная, а временная суммация — фундаментальный закон, действующий, по крайней мере, во всех сенсорных модальностях. Временная суммация подразумевает, что интенсивность и длительность определенного стимула взаимодействуют т. о., чтобы поддерживать определенную сенсорную реакцию, такую как абсолютный порог.

Зрение. В тех случаях, когда длительность светового раздражителя очень мала, для его обнаружения необходим высокий уровень интенсивности стимуляции; однако по мере увеличения длительности световой вспышки снижается и необходимый для ее обнаружения уровень интенсивности. Такое взаимодействие между временем (t) и интенсивностью (I) служит доказательством временной суммации и называется законом Блоха: It = constant. Этот закон строго соблюдается только в области абсолютного зрительного порога и при длительности вспышек примерно до 0,1 с — величины, часто называемой критической длительностью. Временная суммация происходит и при большей длительности раздражителя, но полной реципрокности между временем и интенсивностью стимуляции в этих случаях не наблюдается.

Слух. В определенных временных границах слуховой энергетический порог снижается по мере увеличения длительности звукового раздражителя. Однако здесь отношения между временем и интенсивностью стимуляции даже в области абсолютного порога сложнее тех, что выражены формулой It = с, и зависят от частоты звука и возраста испытуемых. Хотя реципрокность имеет место для нек-рых частот и длительностей стимуляции, она не сохраняется за пределами 100 мс временного интервала.

Другие сенсорные модальности. Критические длительности в сфере действия базисного принципа реципрокности были установлены тж и для неосновных чувств. При пробах на вкус критическое время стимуляции меняется в зависимости от качества вкусового раздражителя: раздражителям, вызывающим ощущение сладкого, требуется примерно 2 с, ощущение соленого — 3 с, а ощущения горького и кислого — по 3,5 с. Для обоняния время перестает быть значимым фактором в пороговых феноменах при длительностях стимуляции свыше 5 с. Что касается тепловых раздражителей, то здесь верхняя граница их длительности, вплоть до к-рой происходит временная суммация, составляет 10 с; в ощущениях холода, вызываемых направленной в лоб воздушной струей, реципрокность имеет место при длительностях стимуляции примерно до 1,5 с.

Надпороговые феномены

Как и в случае пороговых феноменов, измерение надпороговых феноменов связано с поведенческими реакциями. Соответственно, психофизические теории пытаются объяснить отношения между переменными стимулами и связываемыми с ними реакциями как опосредованные соотв. сенсорными модальностями. Основополагающей для этих теорий является концепция трех отдельных, хотя и связанных измерений или континуумов: а) физ. континуума (стимула), б) предполагаемого субъективного или сенсорного континуума и в) континуума суждений или поведенческих реакций.

Дифференциальный порог. Дифференциальный порог — это мера способности наблюдателя отмечать надпороговые различия между раздражителями. В 1834 г. была опубликована работа Э. Г. Вебера De pulsu, resorptione, auditu et tactu, где сообщалось об относительном характере сенсорного различения. Вебер утверждал, что величина, на к-рую нужно увеличить или уменьшить интенсивность раздражителя (∆ф) с тем, чтобы вызвать заметное изменение ощущения, есть нек-рая постоянная часть интенсивности исходного раздражителя (ф). В математической форме это утверждение имеет вид ∆ф = кф (где к — коэффициент пропорциональности) и называется законом Вебера. По мысли самого Вебера, его закон различимости раздражителей имел статус общего закона, соблюдавшегося во всех сенсорных модальностях, что было подтверждено мн. исследователями. Однако отношение Вебера не выполняется при низких уровнях интенсивности стимуляции и, в зависимости от эксперим. ситуации, может нарушаться тж при использовании сильных раздражителей. В связи с этим предлагались его различные модификации, в к-рых ∆ф принималась пропорциональной ф с прибавлением некрой постоянной поправки, а не одному ф.

Классические психофизические шкалы. В 1860 г. Густав Т. Фехнер предложил неск. психофизических методов, посредством к-рых, по его утверждению, можно определять величину ощущения как функцию величины раздражителя. Опираясь на закон Вебера и ряд собственных допущений, Фехнер воспользовался понятием минимального обнаружимого изменения (названного «едва заметным различием» или, сокращенно, ЕЗР), чтобы сформулировать свой осн. логарифмический закон: ψ = к log фb, где ψ — психол. величина, ф — физ. величина раздражителя, b — величина раздражителя, равная значению абсолютного порога, а к — коэффициент пропорциональности. Закон Фехнера гласит, что возрастанию силы раздражителя в геометрической прогрессии соответствует рост величины ощущения в арифметической прогрессии, и поэтому равные отношения раздражителей дают равные интервалы ощущений.

За 100 с лишним лет, прошедших с того времени, как Фехнер сформулировал свой закон, против него выдвигались многочисленные возражения. Все они сводятся к трем главным аргументам: а) ощущения не имеют размерной характеристики и, следовательно, не м. б. измерены; б) закон Вебера — это всего лишь аппроксимация, и он не соблюдается во всем стимульном диапазоне; в) все ЕЗР не равны по своему субъективному значению. В связи с этим предлагалось множество различных модификаций закона Фехнера.

Модифицированные психофизические шкалы

Если допустить, что закон Фехнера справедлив, и разметить два смежных сенсорных интервала тремя консекутивными (последовательно возрастающими или убывающими) раздражителями, сила среднего раздражителя (точка деления пополам) должна бы равняться среднему геометрическому двух крайних раздражителей. Однако данные многочисленных исслед. показывают, что значение центральной точки ближе к среднему арифметическому, чем к среднему геометрическому. Тем самым фехнерово измерение сенсорных реакций на основе непрямой оценки способности к различению раздражителей не получило подтверждения в исслед. по прямому определению равных сенсорных интервалов.

Сравнение психофизических шкал

Психофизические шкалы можно строить эксперим. методами, распадающимися на 2 осн. класса: а) прямые методы, предполагающие изоморфное соответствие между суждениями наблюдателя и задаваемыми экспериментатором значениями шкалы, как в методе оценок величины (magnitude estimation); б) непрямые методы, в к-рых нет однозначного соответствия между суждениями и задаваемыми значениями шкалы, как в методе категориальных оценок (category estimation). Если выбрать по одному методу из этих двух классов и применить к одинаковому набору стимулов, казалось бы, можно ожидать линейной связи между полученными в рез-те шкалами, так что график зависимости одной шкалы от др. должен давать прямую линию.

Тем не менее для континуумов интенсивности обычно редко удается получить такую связь. Построение графика зависимости шкалы разбиения (partition scale) (полученной непрямым методом продуцирования категорий) от соотв. ей шкалы пропорциональности (полученной прямым методом продуцирования величин) почти всегда дает вогнутую вниз кривую, лежащую между логарифмической и степенной функцией. Неспособность обнаружить предсказанную линейную связь указывает на рост вариабельности суждений по мере перехода от малых к большим величинам стимула в исследуемом континууме. Возможно тж, отсутствие линейности связано с различиями методов шкалирования по диапазону доступных реакций или действию каких-то др. факторов, что сказывается на уровне приспособления.

Интерпретация психофизических законов

Когда наблюдателю предъявляют два стимула и требуют от него поделить пополам сенсорное расстояние между ними, подбирая значение третьего (переменного) стимула на том же континууме, подобранное значение будет зависеть от того, в каком порядке предъявляются два постоянных стимула — восходящем или нисходящем. Центральная точка будет размещаться выше для упорядоченной по возрастанию пары стимулов, чем для пары стимулов, предъявляемых в порядке убывания.

Коль скоро на значения шкалы могут влиять различные несенсорные факторы, такие как порядок предъявления стимулов, стимульный диапазон, диапазон реакций, величина стандартного стимула и прочие условия, то, вероятно, закономерен вопрос об интерпретации психофизических шкал и выведенных П. з. Строго говоря, П. з. непосредственно включают в себя не сенсорные величины, а отношения между стимулами и соотв. оценочными суждениями, из к-рых и выводятся постулированные сенсорные величины.

Нек-рые исследователи считают психофизические шкалы специфическими отображениями заданного аспекта активности сенсорных нейронов и рассматривают психофизические функции как функции «преобразователя», описывающие то, каким образом сенсорные механизмы преобразуют энергию раздражителя в нервную деятельность. С теорет. т. зр., постулирование преобразователя усложняет формулировку П. з., поскольку теперь в ситуации шкалирования подразумевается не 3, а 4 континуума: а) физ., б) физиолог., в) сенсуальный и г) поведенческих реакций (суждений и оценок). Но если бы третий (сенсуальный) континуум сочли теоретически несущественным, то П з. уже не имели бы никакого касательства к субъективным величинам.

Независимо от того, охватывает ли психофизическая теория 3 или 4 континуума, нелинейность эмпирических психофизических шкал (логарифмических или экспоненциальных) может возникать между любыми двумя смежными континуумами.

Возможно тж, что эта нелинейность возникает не только на уровне периферических функций сенсорных систем, но на уровне центральных механизмов обработки информ. в головном мозге. В соответствии с этим на суждения испытуемых в экспериментах по сенсорному шкалированию, вероятно, могут влиять предшествующий опыт, научение и контекстуальные факторы, к-рые связаны со слишком высокими требованиями эксперим. ситуации, касающимися стимулов, реакций и процедур.

См. также Слуховая различительная способность, Методы эмпирического исследования, Слух, Закон Фехнера, Психофизические методы, Зрительное восприятие, Закон Вебера

Дж. Ф. Корсо