Пороговая проблема

Фехнер поставил цель математически доказать единство физического и психического мира, установив закон, по которому при изменении интенсивности внешних раздражителей будет изменяться сила возникающих психических переживаний. Для доказательства Фехнер остановился на связи между физическими раздражителями и ощущениями, однако полагая, что установленный им закон будет универсален для связи всех физических и психических явлений. Ограничив круг психических явлений ощущениями, Фехнер столкнулся с проблемой их измерения. Ведь если интенсивность физического раздражителя можно измерить объективно и напрямую при помощи различных физических процедур, то ощущения, как считал Фехнер, как явления сугубо субъективные прямому измерению не поддаются. Поэтому Фехнер разработал косвенные методы измерения ощущений. Помимо методов для измерения ощущения необходимы нулевая точка и основная единица измерения. Например, если мы поставим цель измерить длину предмета, мы воспользуемся линейкой, у которой есть нулевая точка отсчета и единица измерения — сантиметр. Для измерения ощущений такого инструмента не было, что и привело Фехнера к разработке понятия порога ощущения. Для того чтобы определить нулевую точку для последующего измерения ощущений, Фехнер позаимствовал понятие порога у немецкого ученого Иоганна Фридриха Гербарта, который понимал порог как границу, отделяющую одно состояние сознания от другого. У Фехнера порог — это точка в интенсивности раздражителя, в которой и ниже которой ощущение является нулевым, т.е. отсутствует. Для определения единицы измерения ощущения Фехнер воспользовался понятием едва заметного различия, введенного ранее Э. Вебером.

Введение Фехнером понятия порога в круг психических явлений привело к формированию так называемой пороговой проблемы, или проблемы дискретности-непрерывности сенсорного ряда. В решении этой проблемы все взгляды разделились на два лагеря — приверженцев концепции дискретности и приверженцев концепции непрерывности соответственно.

Концепция дискретности^, начиная с работ Г. Фехнера, опирается на постулат, что возрастание интенсивности ощущения вследствие увеличения интенсивности раздражителя происходит скачкообразно, т.е. дискретно (рис. 3.5). На рис. 3.5, а на оси раздражителей показана точка абсолютного порога RL (от нем. Reiz Limen — абсолютный порог), все ощущения, вызванные раздражителями, лежащими ниже этой точки, равны нулю. Раздражители, лежащие выше точки абсолютного порога, уже вызывают разные по силе ощущения, однако, как видно из рис. 3.5, б, при непрерывном росте раздражителя сила ощущения нарастает дискретно: например, увеличение раздражителя на некоторую величину до значения R' 1 не привело к возникновению ощущения, ощущение возникает только тогда, когда раздражитель возрастет до точки R2 и т.д. Минимальная разница в раздражителях R1 и R2, приведшая к изменениям в ощущении, является дифференциальным порогом DL (от нем. Differenz Limen — дифференциальный порог). В свою очередь, минимальное изменение в интенсивности ощущений вследствие изменения раздражителей называется едва заметным различием в ощущениях и обозначается в науке в виде аббревиатуры ЕЗР.

Для определения значений порога Фехнер предложил три метода, которые получили название основных психофизических методов. К ним относятся метод минимальных изменений (иначе — метод границ), метод установки (иначе — метод подравнивания) и метод постоянных раздражителей (иначе — метод констант).

В методе минимальных раздражителей для определения значения абсолютного порога экспериментатор предъявляет испытуемому раздражитель, в каждой пробе пошагово изменяя его интенсивность до тех пор, пока у испытуемого не появится ощущение, а затем — пока оно не исчезнет. В результате у экспериментатора есть два значения — точка, где ощущение впервые появилось, и точка, где ощущение исчезло. Первое значение раздражителя получило название порога появления, второе — порога исчезновения. [1]

Изменение величины ощущения в зависимости от изменения величины раздражителя с позиции концепции дискретности

Рис. 3.5. Изменение величины ощущения в зависимости от изменения величины раздражителя с позиции концепции дискретности:

RL — абсолютный порог; DL — дифференциальный порог; ЕЗР — едва заметное различие в ощущениях; 5 — ощущение; R — раздражитель

При измерении дифференциального порога экспериментатор предъявляет два раздражителя, один является эталонным и не меняется от пробы к пробе, второй — переменным, он изменяется от пробы к пробе малыми шагами. Задача испытуемого сравнить оба раздражителя и сказать, был первый больше, меньше или равным второму. Постепенное изменение переменного раздражителя происходит в некотором диапазоне, в результате экспериментатор получает две точки — точку, где впервые возникло ощущение равенства, и точку, в которой это ощущение исчезло. На основе этих данных при помощи несложных математических вычислений можно вычислить значение дифференциального порога.

В методе установки испытуемый может непрерывно сам регулировать величину переменного раздражителя до тех пор, пока: а) в случае измерения абсолютного порога не появится ощущение; 6) в случае измерения дифференциального порога переменный раздражитель субъективно не уравняется с эталонным.

В методе констант экспериментатор формирует фиксированный набор в среднем из 5—9 раздражителей. При определении абсолютного порога в каждой пробе в случайном порядке предъявляется один из раздражителей, и испытуемый дает ответ по форме «Да, обнаруживаю / Нет, не обнаруживаю». При определении дифференциального порога экспериментатор предъявляет пары раздражителей — эталонный и один из фиксированного набора; задача испытуемого сравнить стимулы[2].

Концепция непрерывности опирается на положение, что при непрерывном росте интенсивности раздражителя сила ощущения также растет непрерывно. С позиции концепции дискретности при достижении раздражителем пороговой интенсивности происходит скачок в ощущении, однако многочисленные экспериментальные данные показывали, что при росте интенсивности раздражителя рост субъективной силы ощущения происходит постепенно (рис. 3.6, б сравните с рис. 3.6, а). В пользу существования концепции непрерывности служил тот факт, что значение абсолютного порога сильно варьировалось от опыта к опыту, что приводило к выводу, что постоянного значения порога нет. В каждом опыте величину порога приходилось вычислять при помощи статистических методов; сам Фсхнср объяснял эго тем, что значение порога колеблется во времени.

Понятие порога в соответствии с концепцией

Рис. 3.6. Понятие порога в соответствии с концепцией:

а — дискретности; б — непрерывности; Р — вероятность появления ощущения

Первые, кто подвергнул критике пороговую концепцию Фехнера, были его современники Георг Мюллер, Джозеф Петров, Жозеф Дельбеф. По словам Дж. Петрова, интенсивность ощущения возрастает непрерывно, и в ряду ощущений выделить одно, существенно отличающееся по свойствам от предыдущего, крайне сложно, следовательно, порога, как его описывал Фехнер, не существует[3]. А американский ученый Ф. М. Урбан в 1930 г. рассматривал сенсорный порог как избыточную гипотезу и предсказывал развитие психофизики, в которой порог не будет занимать центральное место[4].

Сторонники концепции непрерывности не отрицали полностью понятие порога, однако трактовали его иначе; так как точно определить порог трудно, за порог принималась та величина раздражителя, при которой возникновение ощущения происходит в 50% случаев (рис. 3.6, б). На значение порога оказывают влияние много факторов, которые получили название «несенсорных», так как они напрямую не связаны с сенсорной активностью индивида. История психофизики составляет большое число экспериментов, в которых предпринимались попытки устранить или научиться контролировать эти факторы. Было показано влияние установки испытуемого, его настроения, мотивации и многих других переменных. Многие эти факторы вели к ситуации ложной тревоги, когда испытуемый ошибался и говорил о возникновении ощущения, когда сигнала на самом деле не было. Поэтому сторонники концепции непрерывности полагали, что вариабельность значения порога во времени объясняется влиянием разного рода несенсорных факторов, которые могут быть как благоприятными, так и неблагоприятными. Поэтому возникновение ощущения в ответ на действующий раздражитель зависит не только от его интенсивности, как полагал Фехнер, но и от баланса этих факторов. Один и тот же раздражитель может как привести к ощущению, так и не привести, так как его действие зависит от того, какие факторы присутствуют в момент измерения. При этом, несмотря на критику в ряде случаев, особенно в прикладных исследованиях, модель, предлагаемая пороговой теорией Фехнера, используется до настоящего времени, например при измерении остроты слуха с помощью аудиометрии. Острота слуха определяется порогом ощущения, поэтому практически аудиометрия сводится в основном к определению порогов ощущения звуков разной частоты, т.е. к определению наименьшей силы звука, при которой они становятся слышимыми.

Проблема дискретности-непрерывности сенсорного ряда до сих пор остается нерешенной, хотя во второй половине XX в. в психофизике произошли серьезные качественные изменения. Это связано с развитием других наук — физиологии, неврологии, физики, кибернетики. И именно на этот период приходится пик исследований, направленных на решение проблемы дискретности-непрерывности. Во второй половине XX в. было предложено несколько альтернативных теорий, являющихся как развитием пороговой концепции, так и современным продолжением концепции

непрерывности, а также компромиссных теорий, пытающихся соединить данные, накопленные в рамках обоих подходов (например, нейроквантовая теория Стивенса[5], теория двух состояний Лыоса[6] и др.).

Наибольшее распространение в рамках концепции непрерывности сенсорного ряда получила психофизическая теория обнаружения сигнала, разработанная американскими учеными Дэвидом Грином, Джоном Свет- сом и Уилсоном Тэннером[7]. Психофизическая теория обнаружения сигнала опирается на теорию обнаружения сигнала, предложенную в области электроники для решения конкретной прикладной задачи. Инженеры, разрабатывающие коммуникационные сети, нуждались в способе определения чувствительности сигналов, которые передавались на фоне разного рода шумов, затрудняющих процесс распознавания данных. В 50-х гг. XX в. американские психологи Дэвид Грин и Джон Свете, объединившись с Тедом Бердсоллом, применили основные положения теории обнаружения сигнала (ТОС) к работе сенсорной системы наблюдателя[8].

ТОС в психофизике является альтернативой всем пороговым теориям, так как здесь подвергается пересмотру само понятие порога. ТОС своими корнями уходит в инженерную науку, поэтому и термин «раздражитель» здесь заменен понятием «сигнал». В отличие от классических психофизических теорий, которые рассматривают наблюдателя как простого сенсора, в ТОС наблюдатель не только воспринимающий; он активно участвует в процессе принятия решения. Авторы ТОС в сенсорном процессе обнаружения сигнала выделяют два компонента — собственно само обнаружение сигнала и принятие решения по его опознанию. Каждый компонент необходимо изучать самостоятельно, поэтому для их измерения предложены две переменные — чувствительность и критерий принятия решения.

В ТОС предпринята попытка смоделировать естественные условия, в которых происходит обнаружение значимых сигналов. Поэтому еще одним принципиальным отличием ТОС от пороговых теорий является постулат о наличии шума. В пороговых теориях раздражитель предъявлялся изолированно, и предполагалось, что на его обнаружение не влияет ничто, кроме чувствительности воспринимающего. В ТОС сигналы всегда предъявляются на фоне шума. Под шумом понимается любое воздействие, затрудняющее обнаружение сигнала. Шум является неотъемлемой частью как среды, так и самого наблюдателя; даже когда не предъявляется никаких сигналов, сенсорная система наблюдателя порождает сенсорный шум. Поэтому ТОС постулирует существование двух ситуаций, в которых может оказаться наблюдатель: это ситуация, когда есть сигнал на фоне шума (обо-

значаемый SN — от англ, signal — сигнал и noise — шум), и ситуация, когда сигнала нет, а присутствует только шум (обозначаемый N — от англ, noise).

Сенсорное воздействие шума может варьироваться во времени, это случайный процесс, поэтому авторы ТОС предположили, что изменение в сенсорном воздействии шума подчиняется закону нормального распределения. Сенсорное воздействие сигнала также не является постоянным, оно изменяется по закону нормального распределения. Таким образом, теория обнаружения сигнала имеет дело с двумя нормальными распределениями — распределением сенсорного воздействия шума и распределением сенсорного воздействия сигнала на фоне шума (рис. 3.7).

Распределение изменений в интенсивности шума и сигнала на фоне

Рис. 3.7. Распределение изменений в интенсивности шума и сигнала на фоне

шума в ТОС

Чувствительность в ТОС обозначается как d' и определяется как разность между средними арифметическими обоих распределений (рис. 3.8, а). Чем больше отличаются по интенсивности сигнал и шум, т.е. дальше друг от друга стоят на графике кривые их распределения, тем выше чувствительность наблюдателя: ведь легче обнаружить сигнал, если его интенсивность значительно превышает интенсивность шума. Если же, как показано на рис. 3.8, б, распределения изменений в интенсивности обеих ситуаций практически совпадают, то обнаружить сигнал будет очень трудно, поэтому и чувствительность приближена к нулю.

При принятии решения о том, что он воспринимал, наблюдатель руководствуется критерием принятия решения. Критерий принятия решения графически можно представить как точку на оси интенсивности; если интенсивность поступающей сенсорной информации выше значения критерия, наблюдатель принимает решение о наличии сигнала независимо от того, был ли он на самом деле (рис. 3.9). Постулируя существование критерия принятия решения, ТОС практически отрицает понятие порога, как оно существовало в классической психофизике. Мы писали уже, что одной из проблем, с которой столкнулись классические пороговые теории, было влияние несепсорных факторов на процесс обнаружения раздражителя. В ТОС постулируется, что несенсорные факторы в большей степени оказывают влияние именно на процесс принятия решения, поэтому преимуществом ТОС является то, что эта теория позволяет свести все факторы, влияющие на способность наблюдателя к обнаружению сигнала, к одной единственной переменной — критерию принятия решения. В зависимости от того, где установлен критерий принятия решения, будет сильно варьироваться эффективность обнаружения сигнала. На рис. 3.10 показаны три условных положения критерия, которые наглядно демонстрируют разные пропорции возможных ответов по обнаружению сигнала. Например, если критерий в положении К,, это означает, что ответы «Да» будут преобладать, если же критерий в позиции К3 значит, будут преобладать ответы «Нет».

Чувствительность как разность между средними двух

Рис. 3.8. Чувствительность как разность между средними двух

распределений

Классическая психофизика была направлена на изучение минимальной интенсивности сигнала, которую наблюдатель может обнаружить. Задача же испытуемого согласно ТОС состоит в том, чтобы воспринять слабый сигнал и принять решение, можно ли считать воспринятое им за сигнал или причислить его к шуму. Для реализации этой задачи в ТОС используется три метода[9]. Первый метод называется метод «Да-Hem» (yes-no task). В данном методе в каждой пробе испытуемому предъявляется либо сигнал на фоне шума, либо просто шум; задача испытуемого состоит в том, чтобы в каждой пробе определить, был ли сигнал. В силу этого в каждой пробе испытуемый может давать только один вариант ответа — «Да», если сигнал был, и «Нет», если сигнала не было.

Критерий принятия решения К

Рис. 3.9. Критерий принятия решения К.

критерий делит ось интенсивности на две группы ответов: «Да» — ответ, когда испытуемый принимает решение о наличии сигнала, и «Нет» — ответ, когда испытуемый принимает решение об отсутствии сигнала

Различные положения критерия принятия решения

Рис. 3.10. Различные положения критерия принятия решения

Второй метод, используемый ТОС для изучения процесса обнаружения сигнала, называется методом оценки (rating task). В этом методе испытуемому также в каждой пробе предъявляется либо сигнал на фоне шума, либо просто шум, однако в отличие от метода «Да-Нет», где испытуемый дает только один из двух вариантов ответа, в методе оценки предлагается сколько угодно вариантов. Например, испытуемому предлагается давать ответ об обнаружении сигнала, используя шесть категорий ответов: первая категория соответствует полной уверенности, что сигнал был, последняя - полной уверенности, что сигнала не было, а был только шум. Промежуточные категории отражают разные степени уверенности в присутствии сигнала.

Третий метод называется методом вынужденного выбора. В этом методе сигнал предъявляется в одном из двух или больше интервалов (как временных, так и пространственных). Задача испытуемого — определить, в каком из интервалов присутствовал сигнал. Наибольшее распространение получил метод двухальтернативного вынужденного выбора {two-alternative forced-choice (2AFC) method). Здесь сигнал на фоне шума и просто шум всегда предъявляются парами либо через временной или пространственный интервал. Испытуемый должен определить, где или когда был сигнал.

Использование критерия принятия решения позволило объяснить все возможные ответы испытуемого при обнаружении сигнала. Сочетания исходных ситуаций присутствия или отсутствия сигнала с критерием принятия решения дают четыре варианта обнаружения сигнала (рис. 3.11, табл. 3.1).

  • 1. Ответ, когда сигнал был на самом деле (SN) и испытуемый его обнаружил (т.е. ответил «Да»), называется попаданием и обозначается буквой Я (от англ. hit).
  • 2. Ответ, когда на самом деле сигнал был (SN), а испытуемый его не обнаружил (г.е. ответил «Нет») — пропуск, обозначается буквой О (от англ, omission).
  • 3. Ответ, когда сигнала не было (JV), и испытуемый на него не отреагировал (т.е. ответил «Нет») — правильное отрицание, обозначается CR (от англ, correct rejection).
  • 4. Ответ, когда сигнала не было (N), а у испытуемого возникло ощущение, что сигнал был (т.е. он ответил «Да») — это ложная тревога, обозначается FA (от англ, false alarm).

Таблица 3.1

Варианты ответов при обнаружении сигнала

Ответ

Сигнал присутствовал (SN)

Сигнал отсутствовал (ЛГ)

«Да»

Попадание

Ложная тревога

«Нет»

Пропуск

Правильное отрицание

Варианты по обнаружению сигнала в зависимости от критерия принятия решения и нрисутсгвия/отсутствия сигнала

Рис. 3.11. Варианты по обнаружению сигнала в зависимости от критерия принятия решения и нрисутсгвия/отсутствия сигнала

Пропорции каждого из вариантов ответов напрямую зависят от положения критерия принятия решения. На рис. 3.10 показано, что положение критерия принятия решения, устанавливаемого наблюдателем, может быть различным, и в связи с его позицией меняются все пропорции возможных исходов по обнаружению сигнала. Например, при положении критерия в позиции К3 среди всех ответов испытуемого будут преобладать правильные отрицания и пропуски (так как доминируют ответы «Нет»), а при положении критерия принятия решения в позиции К{ испытуемые дают преимущественно положительные ответы «Да», следовательно, среди исходов по обнаружению сигнала будут преобладать ложные тревоги и попадания. Таким образом, имея пропорции ответов наблюдателя, можно выносить суждения о критерии, которым он пользовался в процессе обнаружения сигнала.

Анализ результатов по обнаружению сигнала проводится путем построения рабочей характеристики наблюдателя — РХН. РХН представляет собой график, где на оси абсцисс отложены значения вероятности ложной тревоги, полученные в каждой серии эксперимента по обнаружению сигнала, а на оси ординат — значения вероятности попаданий. Каждая точка на кривой РХН сформирована тем критерием принятия решения К, которым пользовался наблюдатель в момент обнаружения. При условии выполнения предположения о нормальности распределения сенсорных воздействий сигнала и шума рабочая характеристика наблюдателя принимает вид кривой, как показано на рис. 3.12, а. Чувствительность наблюдателя, обозначаемая в ТОС как d определяется как расстояние между РХН и диагональю единичного квадрата. Очевидно, что чем выше чувствительность наблюдателя, тем больше будет попаданий и меньше ложных тревог, и тогда РХН будет стремиться к оси ординат.

Рабочие характеристики наблюдателя

Рис. 3.12. Рабочие характеристики наблюдателя:

а — теоретический вид РХН; б — РХН, соответствующие различному уровню чувствительности d'; Р(П) — вероятность попаданий; P(FA) — вероятность ложных

тревог

  • [1] Дискретный (от лат. discretus) — прерывистый, дробный, состоящий из отдельныхчастей.
  • [2] Подробнее о классических психофизических методах см.: Gescheider G. A. Psychophysics:Method, theory and application, а также: Гусев A. H., Измайлов Ч. А., Михалевская M. Б. Измерение в психологии. Общий психологический практикум. М.: Смысл, 1998.
  • [3] Peirce С. S.,Jastrow J. On Small Differences in Sensation // Memoirs of the NationalAcademy of Sciences. 1885. № 3. P. 73—83.
  • [4] Цит. no: Green D. M., SwetsJ. A. Signal detection theory and psychophysics, reprint edition.Los Altos, CA : Peninsula Publishing, 1966.
  • [5] См.: Stevens S. S. Psychophysics: introduction to its perceptual, neural, and social prospects.N. Y.: Wiley, 1975.
  • [6] Cm.: Luce R. I)., Krumhansl C. Measurement, scaling, and psychophysics // Atkinson R. C.,Hermstein R.J. etal. (Eds.) Stevens’ Handbook of Experimental Psychology. N. Y.: Wiley, 1988.P. 1-74.
  • [7] Green D. M., Swets J. A. Signal detection theory and psychophysics, reprint edition. LosAltos, CA : Peninsula Publishing, 1966.
  • [8] Swets J. A., Tanner W. P.,Jr., Birdsall T. G. Decision processes in perception // Psychol Rev.1955. Vol. 68 (5). P. 301-340.'
  • [9] Green D. М., SwetsJ. A. Signal detection theory and psychophysics, reprint edition.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >