на элементарные события, происходящие в физической и психической ре- альности: это были соответственно простой физический раздражитель и ощущение. Первый вопрос, который интересовал Фехнера, — это пробле- ма порогов чувствительности. Возможности наших органов чувств ограни- чены: мы можем разговаривать на расстоянии 5, 10, 20 метров, но если наш собеседник удалится от нас на расстояние 5 километров, то разговор без применения специальных средств усиления звука станет невозможным. Значит (разумно предположить), как считали Фехнер и его последовате- ли, весь диапазон физической интенсивности стимулов любого типа (будь то свет, звук, вкус, запах, прикосновение) можно разделить на те, которые ощущаются, и те, которые не ощущаются.
Выделяют два типа порогов чувствительности: абсолютный и дифферен- циальный, или разностный. Между ними есть различия, но оба понятия отражают убеждение в существовании пределов сенсорной системы.
Абсолютный порог чувствительности — это такая величина стимула (физического раздражителя), ниже которой ощущения от стимула не воз- никает, а выше — возникает. Обратимся к рис. 2.1. Все стимулы, которые больше (сильнее, громче, ярче) определенной интенсивности раздражите- ля, вызывают ощущения (правая часть диапазона). Стоит же нам несколько уменьшить величину стимула (сдвинуть его в левую часть диапазона), как мы перестаем его ощущать.
Дети похожи на родителей. Иногда мы не можем отличить голос сына от голоса отца, во всяком случае, в первые секунды телефонного разгово- ра. Нам трудно настроить гитару: подстраивая одну струну к другой, мы не слышим разницы в звучании. Но наш товарищ с консерваторским обра- зованием говорит, что нужно еще подтянуть на четверть тона. Следователь- но, есть такая величина физического различия между стимулами, больше которой мы их различаем, а меньше которой — нет. Эта величина носит название дифференциального порога, или порога дифференциальной чув- ствительности.
Рис. 2.2. Дифференциальный порог.
Обратимся к рис. 2.2. Если мы уменьшим физическую разницу между стимулами, то различие между ними перестанет ощущаться. Стоит слегка
Психофизика ощущений
«развести» стимулы по физической интенсивности, как ощущение разли- чия появится.
Несмотря на то, что абсолютный и дифференциальный пороги пред- ставляют собой явно различные характеристики сенсорной системы, затем 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 дифферен- циальный: уменьшаем-уменьшаем интенсивность— «шелк», и ощущения нет (абсолютный порог), уменьшаем-уменьшаем разницу между стимула- ми — «щелк», и ощущение различия исчезло (дифференциальный порог), хотя физически стимулы не идентичны.
Представление о том, что наша сенсорная система устроена по поро- говому, прерывному принципу, называется концепцией дискретности (прерывности) сенсорного ряда. Казалось бы, вполне разумная идея. О чем тут спорить?! Оказывается, есть о чем. Психофизики, воодушевленные иде- ей «абсолютного нуля», или точки исчезновения ощущений, провели сот- ни экспериментов в надежде найти и рази навсегда определить пороги чув- ствительности. Не тут-то было. Помещают испытуемого в специальную, изолированную от всяческих шумов экспериментальную комнату, измеря- ют его пороги и в первый раз получают одно значение, а во второй — дру- гое. Это похоже на ситуацию, когда дверь в квартире открывается то с двух с половиной оборотов, то с двух, то с полутора, то вообще с одного, а за- мок тот же, и закрываете вы его все время ровно на два оборота. Нам ка- залось, что вероятность открыть дверь с одного и полутора оборотов рав- на нулю, а открыть с двух — единице.
Порог как бы плавает. Каждый раз мы получаем несколько различные значения. Иными словами, даже для очень слабых раздражителей суще- ствует некоторая (ненулевая) вероятность их обнаружения, а для относи- тельно сильных — ненулевая вероятность их необнаружения. Зависи- мость вероятности обнаружения (различения) стимулов от их интенсив- ности называется психометрической функцией. Как должна выглядеть психометрическая функция, если сенсорная система работает по дискрет- ному принципу? До определенного уровня интенсивности стимула веро- ятность 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. Осно- вываясь на результатах психофизических исследований, один из оппонен- тов Фехнера 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. Почему же мы не обнару- живаем некоторые слабые сигналы? Потому, утверждал Мюллер, что на возможность обнаружения стимула влияет не только его физическая ин- тенсивность, но и расположенность сенсорной системы к ощущению. Эта
Глава 2. Ощущение
расположенность зависит от множества случайных, плохо контролируемых факторов: усталости наблюдателя, степени его внимательности, мотивации, опыта и т. п. Одни факторы благоприятно действуют на способность наблю- дателя к обнаружению сигнала (например, большой опыт), а другие — не- благоприятно (например, усталость). Соответственно, неблагоприятные факторы уменьшают способность к обнаружению, а благоприятные — уве- личивают. Но в целом, по мнению Мюллера, нет оснований говорить о существовании какой-то особой точки на оси ощущений, где они пре- рываются, исчезают. Сенсорный ряд непрерывен. Если бы мы могли со- здать идеальные условия наблюдения, то сенсорная система восприняла бы сколь угодно малый сигнал.
Со времени этой научной дискуссии между Фехнером и Мюллером про- шло уже более ста лет, но проблема дискретности-непрерывности сенсор- ного ряда до сих пор не получила окончательного решения. Видимо, это один из тех вечных споров, который сродни спору о бессмертии души.
Дело не столько в результатах спора, сколько в его побочных продук- тах. Исходные психофизические идеи вдохновили многих исследователей и позволили им создать множество психофизических концепций, интерес- ных в теоретическом плане и полезных в практическом. Ниже мы корот- ко рассмотрим наиболее характерные из них.
Стивене, Морган и Фолькман (цит. по: [Бардин, 1976]) в 1941 г. сформу- лировали 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 до- стигнут его порог, и не срабатывает, когда величина возбуждения ниже по- рогового уровня. Однако для возникновения ощущения, по мнению авторов теории, недостаточно возбуждения одного кванта. Ощущение возникает толь- ко при возбуждении двух нервных квантов. Кроме того, чувствительность организма флуктуирует (изменяется во времени, колеблется) совершенно слу- чайным образом. Эти и другие (достаточно произвольные, впрочем) допуще- ния позволили объяснить некоторые особенности психометрических функ- ций и защитить идею дискретности сенсорного ряда, невзирая на отсутствие в экспериментальных данных психофизиков скачкообразного перехода от не- обнаружения к обнаружению или от неразличения к различению. Следует, однако, отметить, что введение понятия «нервный квант» было малообосно- ванным: за ним не стояло четких эмпирических данных, оно не имело ясно- го психофизиологического значения, и поэтому само допущение о существо- вании нервных квантов воспринимается не без сомнений.
Весьма продуктивной оказалась концепция, получившая название тео- рии обнаружения сигнала, которая была предложена Грином и Светсом в 1966 г. Суть теории сводится к следующему. Любой сигнал воспринимает- ся 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 (во всяком случае, он вряд ли на это согласится). Поэтому, хотя, по-видимому, сенсорная система рабо-
Психофизика ощущений
тает по непрерывному принципу, все равно обнаружение сигнала — веро- ятностный процесс. Сигнал сливается с шумом, он становится плохо от- личимым от него, особенно, когда физическая интенсивность самого сиг- нала 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. Представьте себе, что вы видите человека идущего по палубе теплохода во время сильной бортовой качки. Ваша задача, не подходя к нему на близкое расстояние, определить, трезв он или пьян. Человек качается. Это заметно. Но отчего? От качки или от того, что он не очень трезв? Чем лучше ваши зрение и наблюдательность, тем быстрее вы придете к правильному ответу, сравнив, например его ам- плитуду колебаний с вашей собственной, выделив его колебания из пока- чиваний судна и т.д. Но есть еще другие факторы, которые вы невольно используете при обнаружении пьяного на судне: вы знаете, например, на- сколько часто бывают такие случаи среди экипажей судов, насколько строг запрет на употребление спиртного в море и серьезна кара за его наруше- ние. При одной и той же сенсорной информации можно сделать противо- положные выводы. Предположим, что запреты строги и судно на хорошем счету. Вывод: «Да нет, вряд ли пьяный. Здесь с этим строго». Противопо- ложная ситуация: вы знаете, что в последнее время дисциплина хромает, начальство смотрит на нарушение правил сквозь пальцы. Вывод: «Пьяный, что ли. Наверно, пьяный. Распустились в последнее время!»
Нечто подобное происходит и при обнаружении самых простых сигна- лов. 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 при- нятия решения. Основными факторами принятия решения являются ве- роятности сигналов и то значение, которое имеют для вас правильные от- веты и ошибки обнаружения. Если вы знаете, что в этом водоеме много рыбы (высокая вероятность сигнала), то будете хвататься за удочку при любом движении поплавка. Если вы летчик, на экране вам привиделось нечто подозрительное, а боеприпасы на исходе, то вы будете очень осто- рожны с признанием непонятного объекта вражеским самолетом, посколь- ку цена ошибки ложной тревоги очень высока.
Рассмотрим ситуацию в более полном виде. Возьмем в качестве примера контроль за качеством продукции. Сигналом для контролера является бра- кованное изделие. Не сигналом (шумом) — качественное изделие. Изделий много. Контролер один. Он может ошибаться. Посмотрим, какие возмож- ны 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, каче- ственное бракованным. Возможные исходы показаны рис. 2.3.
Глава 2. Ощущение
Ответ «Брак»
Ответ «Нет брака»
Бракованное изделие (сигнал)
Правильное обнаружение (попадание)
Пропуск сигнала
Качественное изделие (шум)
Ложная тревога
Правильное отрицание (покой)
Рис. 2.3. Исходы процесса обнаружения сигнала.
Если отличить бракованное изделие от качественного не просто, если брак плохо отличим от качественных изделий в силу, например, погреш- ностей измерительной аппаратуры, дефицита времени или усталости контролера, то задача становится пороговой. Другими словами, разли- чие 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 не- которые дополнительные (помимо сенсорных) механизмы. Это, как ука- зывалось выше, механизмы принятия решения. Если при прочих рав- ных условиях вероятность брака велика (цех имеет плохую репутацию), то наблюдатель при возникновении сомнений будет относительно бо- лее склонен отвечать «сигнал». И наоборот, если вероятность брака мала (исполнители исключительно добросовестны), то предпочитаемым от- ветом будет «нет брака». Сходным образом обстоит дело со значимос- тями, или ценностями исходов. Если, например, за обнаруженный после контроля брак с контролера снимают премию (и приличную), то он бу- дет очень придирчив. Если же начальник внушает контролеру, что глав- ное количество, пусть даже изделия будут слегка некондиционными, то контролер будет выносить вердикт «брак» с очень большой осторожно- стью. Соответственно уменьшится процент правильных обнаружений и ложных тревог.
Одной из главных заслуг авторов теории обнаружения сигнала являет- ся введение в структуру сенсорного процесса составляющей принятия ре- шения. Это, с одной стороны, позволило взглянуть на проблемы ощуще- ний 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 (1960, 1963) является допущение о дискретности сенсорного ряда. И в этом ее отличие от тео- рии обнаружения сигнала. Роднит же две теории признание наличия вне- сенсорных факторов обнаружения и различения сигналов, а также призна- ние существования неопределенности, связанной с работой самой сенсор- ной системы.
Люс полагал, что существует некоторое критическое значение раздра- жителя, ниже которого ощущение не возникает. Однако даже при отсут-
Психофизика ощущений
ствии раздражителя вероятность превышения порога выше нуля. Верно и обратное: при наличии раздражителя итоговое влияние может не дос- тигнуть порога. Таким образом, действие раздражителя может вызвать одно из двух состояний: либо обнаружение, либо необнаружение. Как видно, эти последние допущения весьма сходны с основными допуще- ниями теории обнаружения. Но это еще не все. Ответ наблюдателя оп- ределяется не только этими двумя состояниями. Существует независимый механизм угадывания как выход из ситуации неопределенности, связан- ной с наличием двух возможных состояний. За счет механизма угадыва- ния человек может дать положительный ответ на допороговый сигнал, т.е. в состоянии необнаружения. И наоборот, за счет того же механизма на- блюдатель может дать отрицательный ответ в случае состояния обна- ружения.
Л юс считал, что человек при обнаружении сигнала следует одной из трех основных стратегий:
• Стратегии риска, которая вызвана стремлением увеличить число об- наружений (например, когда важно не пропустить сигнал). Такая стра- тегия, естественно, приводит к тому, что наблюдатель (например, опе- ратор радарной установки) обнаруживает относительно больше целей, но в то же время в его ответах растет количество ложных тревог. Эта стратегия хороша только тогда, когда нас не смущают затраты, связан- ные с ложными тревогами (например, напрасный расход боеприпа- сов, топлива и т. п.), и цена пропуска цели очень велика (например, когда противник представляет собой большую опасность).
• Стратегии осторожности, связанной со стремлением наблюдателя «напрасно не беспокоиться», что выражается в полном или частичном отказе от угадывания, в избегании ложных тревог. Это иногда приво- дит даже к отрицательным ответам в состоянии обнаружения.
• Стратегии следования сенсорным впечатлениям, суть которой состоит в том, что наблюдатель пытается не принимать во внимание ничего, кроме самих сенсорных впечатлений, быть, что называется, непред- взятым.
Таким образом, Люс лишь несколько иначе описывает сенсорную со- ставляющую процесса обнаружения. В остальном же (в плане подхода к вненсенсорпым составляющим) его взгляд сродни взглядам авторов тео- рии обнаружения.
