Вебер Фехнер

Закон фехнером закон, согласно коему величина ощущения прямопропорциональна логарифму интенсивности раздражителя — то есть возрастание силы раздражения вгеометрической прогрессии соответствует росту ощущения в арифметической прогрессии. Эта формулаизмерения ощущений была выведена на основе исследований Вебера, где было показано постоянствоотносительной величины приращения раздражителя, вызывающего ощущение едва заметного различия.При этом был введен его собственный постулат о том, что едва заметный прирост ощущения являетсявеличиной постоянной и его можно применять использовать как единицу измерения ощущения.

Ключевую роль в точной формулировке второй интересующей нас закономерности сыграл тот самый Густав Фехнер, основатель психофизиологии, об опытах которого мы говорили в предыдущем Прологе. Эта закономерность - её сегодня называют законом Вебера-Фехнера - связывает физическую интенсивность какого-либо стимула с субъективной реакцией на этот стимул. Например, стимулом может быть громкий звук или вспышка света меняющейся интенсивности. Реакция на стимул - субъективная оценка его интенсивности или сила реакции организма на него.

Закон Вебера-Фехнера записывается так:

тут S - физическая или объективная интенсивность стимула, S_min - пороговая интенсивность, обозначающая нижний предел чувствительности органов чувств, R - интенсивность субъективной или органической реакции на стимул (о том, как она измеряется, чуть дальше), k - некоторый коэффициент, величина которого зависит от индивидуума и канала восприятия. Отметим, что интенсивность реакции зависит от отношения S/S_min, которое можно понимать как интенсивность стимула, рассчитанная в минимальных значимых единицах.

Легко заметить, что по своей форме этот закон в точности соответствует уравнению субъективной ценности Бернулли. На это сходство обратил внимание ещё сам Фехнер, цитируя Бернулли. Сегодня принято считать, что это не просто сходство, а выражение одной и той же закономерности человеческого восприятия - ведь количество товара в уравнении Бернулли можно трактовать как интенсивность стимула, а его субъективную ценность - как интенсивность реакции на стимул.

Любопытно, что Фехнер вывел своё уравнение отнюдь не исходя из общих соображений, как Бернулли (хотя, в принципе, мог бы). Он проанализировал результаты, полученные другим немецким физиологом, Эрнстом Вебером. В середине 19-го века этот ученый изучал особенности человеческого восприятия веса различных грузов, и обнаружил интересную закономерность. Отвлекаясь от конкретных цифр Вебера, она такова: если испытуемый держал в руке груз весом в 100 гр., он не замечал прибавки в 5 гр., но замечал прибавку в 10 гр. Однако, если испытуемый держал в руке груз весом в 200 гр., он не замечал прибавки в 10 гр., а лишь прибавку в 20 гр. Иными словами, минимальная заметная прибавка к весу груза оказалась прямо пропорциональной его исходному весу. Вебер выяснил, что эта закономерность действует довольно в широких пределах в восприятии веса, силы звука, яркости и т.д. Серьезные отклонения от неё наблюдались лишь при очень слабых и очень сильных интенсивностях стимулов. Математический анализ результатов Вебера и привёл Фехнера к выражению, один-в-один похожему на уравнение Бернулли.

Обратим внимание, что Вебер не просил своих испытуемых как-то субъективно оценивать вес грузов, он просил лишь отмечать тот момент, когда они фиксируют изменение веса. Это значит, что выделенная закономерность относится не к каким-то высокоуровневым психологическим особенностям восприятия и мышления - как это можно счесть исходя из закона Бернулли - а характеризует довольно низкоуровневые, первичные процессы восприятия. Более того, закон Вебера-Фехнера действует даже там, где наше восприятие, вроде бы, вообще ни причем. В частности, если в качестве стимула используется инъекция гормона, то интенсивность физиологической реакции организма на инъекцию также подчиняется этому закону. То есть, возможно, что закон Вебера-Фехнера относится не к особенностям восприятия органами чувств, а вообщеописывает реакцию человека и его организма на любого рода внешние воздействия.

Но закон Вебера-Фехнера действует не только на человека. Ещё в 20-х годах прошлого века были получены свидетельства , что ему подчиняются и насекомые. В частности, двигательная активность жуков Popillia Japonica увеличивается с увеличением интенсивности светового стимула в соответствии с законом Вебера-Фехнера.

У нас достаточно оснований, чтобы выдвинуть довольно смелую гипотезу:закономерность вида закона Вебера-Фехнера описывает интенсивность реакции любой сложной когнитивной системы на внешние стимулы - будь это организм человека или любая другая органическая или социальная система.

Может быть, этому закону подчиняются не только когнитивные или органические системы. Характеризуя интенсивность землятресений, обычно используют не линейную, а логарифмическую шкалу, шкалу Рихтера. Если интенсивность землетрясения сопоставлять с амплитудой максимальных колебаний поверхности земли A_max, то магнитуда землетрясения по Рихтеру вычисляется так:

Как минимум, шкала Рихтера гораздо лучше отражает субъективную силу землетрясений, лучше описывая масштаб разрушений и другие последствия стихии. Но причина может заключаться не столько в нашем восприятии, сколько в объективной мере масштаба разрушений, которая зависит не от интенсивности толчков, а от логарифма их интенсивности. В этом случае среда реагирует на толчки точно также, как и человек на внешние стимулы - в соответствии с законом Вебера-Фехнера.

+

7.1.2. Проблема измерения ощущений. Психофизика

Каждое ощущение независимо от его принадлежности к

определенной сенсорной системе, например зрению, слуху, осязанию и т.д.,

обладает свойствами интенсивности, длительности и

пространственной локализации.

Проблеме измерения соотношения объективной и субъективной

интенсивности стимула посвящен особый раздел психологии —

психофизика. Основателем психофизики считается Г.Т. Фехнер A801—

1887), опубликовавший в 1860 г. фундаментальный труд

«Элементы психофизики». В дальнейшем установлением количественной

меры ощущений занимались многие ученые.

Психофизика основывается на ряде эмпирических фактов. Во-

первых, легко видеть, что не всякий объективно воздействующий

физический раздражитель вызывает у нас ощущение. Во-вторых, мы

обладаем очень ограниченной способностью различать ощущения,

в то время как технический прибор точно показывает, что их

источники по физическим характеристикам отличаются. Например,

неподготовленному слушателю ноты «си» и «до» могут показаться

одинаковыми, хотя на самом деле они отличаются на целый тон. В-

третьих, даже в том случае, когда мы способны сказать, что одно

ощущение отличается по интенсивности от другого (свет свечи мы

видим как более слабый, чем свет настольной лампы), нам трудно

судить о конкретной величине этого различия. Так, мы не можем

сказать, что звук громкостью в 10 Дб (шорох листьев) в два раза

тише, чем звук громкостью в 20 Дб (шепот), а тот, в свою очередь, в

три раза тише, чем звук громкостью в 60 Дб (нормальный разговор).

Другими словами, объективная (физическая) шкала изменения

раздражителя не совпадает с субъективной шкалой изменения

ощущения. Поэтому возникает вопрос о психологических правилах

(законах) приведения в соответствие шкалы изменения раздражителя и

шкалы изменения ощущения. Фехнер и его последователи были

уверены, что данные соотношения носят не случайный характер, и

попытались описать эти закономерности математически.

Первая проблема, с которой приходится сталкиваться

исследователям, связана с фактом существования порога ощущений.

Выделяют абсолютный нижний и абсолютный верхний пороги

ощущений. Абсолютный нижний порог ощущения определяется

минимальной интенсивностью раздражителя, при котором возникает

соответствующее ощущение. Для установления значения нижнего

абсолютного порога (который различен для каждой модальности,

зависим от свойств анализатора и психологического состояния

человека) пользуются следующими приемами:

246 Глава 7. Познавательные процессы. Ощущение и восприятие

• постепенно увеличивая интенсивность стимула (например

громкость звука) от неощущаемой зоны до момента возникновения

ощущения (испытуемый сообщает, что «появился чуть слышный

звук»), экспериментатор фиксирует эту критическую точку, замеры

производятся несколько раз и вычисляется среднее значение;

• постепенно уменьшая интенсивность стимула (например,

громкость звука), двигаясь из отчетливо ощущаемой зоны к моменту

исчезновения ощущения (испытуемый сообщает «звук пропал»),

экспериментатор фиксирует это критическое значение, замеры

также производятся несколько раз и вычисляется среднее;

• вычисляют среднюю интенсивность раздражителя, в ответ на

который в 50% случаев фиксируется наличие ощущения, при этом

предъявление дискретных стимулов разной интенсивности

(близкой к зоне порога) осуществляется в случайном порядке с разными

интервалами, а испытуемый должен сообщать о каждом замеченным

им раздражителе.

Данные замеров, полученных разными методами, как правило,

несколько отличаются, что объясняется явлением адаптации и

эффектом ожидания.

Абсолютный верхний порог ощущения — это максимальная

интенсивность раздражителя, при котором ощущение теряет свою

модальную специфичность (часто переходя в боль). Так, для

слуховой чувствительности нижним абсолютным порогом будет

громкость примерно в 0,3 Дб (тиканье ручных часов в полной тишине на

расстоянии 6 м), а верхним абсолютным порогом — громкость в

150 Дб (шум взлетающего самолета). Следует заметить, что даже

для одного и того же человека величина абсолютного порога носит

непостоянный характер: он оказывается то выше, то ниже. Еще

И. Мюллер в середине XIX в. отмечал, что по мере накопления

опыта (тренировки) величина нижнего абсолютного порога

понижается, а по мере утомления — повышается. Влияние фактора

«тренированности» испытуемого на порог чувствительности его

сенсорных систем связано с тем, что человек начинает предвосхищать

нужные стимулы и поэтому легче находит их (в процесс ощущения

включаются механизмы восприятия).

Еще в большей степени эта неразрывность процессов ощущения

и восприятия проявилась в концепции «обнаружения сигнала»

Д. Грина и Дж. Светса A966). Они предположили, что вероятность

обнаружения слабого раздражителя, близкого по своему значению

к пороговому, зависит от «цены» ответа. Грин и Свете разделили два

типа ошибок — «ошибки пропуска» и «ложные тревоги». Первый

тип ошибки означает, что слабое ощущение присутствует в сознании

7.1. Ощущение

247

субъекта, но он не обнаруживает его и не дает реакции. Второй тип

ошибки проявляется в том, что субъект реагирует на ощущение,

которого объективно нет. Для иллюстрации концепции Грина и

Светса представим себе врача-диагноста. Он рассматривает

рентгенограмму больного и должен определить, свидетельствует ли она о

наличии опухоли. Если он пропустит тревожный сигнал, расплатой

может стать жизнь пациента. А если поднимет ложную тревогу,

пациенту придется всего лишь пройти процедуру повторного

обследования. Очевидно, что в такой ситуации врач скорее будет «замечать»

признаки опухоли в недостаточно определенном изображении, чем

игнорировать их (Дж. Лофтус (G. Loftus), 2002). Аналогичный

пример можно привести из области обоняния. Например, запах какого-

то блюда кажется вам немного подозрительным. Если вы заботитесь

о своем здоровье, вы не станете есть такое блюдо: лучше остаться

голодным (ошибка ложной тревоги), чем отравиться (ошибка

пропуска). Обратная тенденция будет наблюдаться, если цена ложной

тревоги высока. Например, влюбленный упорно не хочет замечать

недостатки характера предмета своего обожания, которые

очевидны для всех окружающих. Ведь в противном случае он рискует

потерять прекрасное чувство.

Другим понятием, связанным с проблемой порогов, является

дифференциальный порог, или порог различения.

Дифференциальный порог — это минимальное различие в интенсивности двух

раздражителей, при которой возникают отличные друг от друга

ощущения. Измерение дифференциального порога связано с

упомянутым уже нами эмпирическим фактом — нашей ограниченной

способностью к различению стимулов. Изучение

дифференциальных порогов оказывается очень важным для решения широкого

круга практических задач. Насколько автомобилист может превысить

допустимую скорость, чтобы его нарушение визуально не было

замечено регулировщиком движения? Не покажется ли вам, что

чемодан стал намного тяжелее, если положить в него еще одно платье?

Почувствуют ли гости, что блюдо пересолено, если хозяйка

положила в кастрюлю на 1 г больше соли, чем было указано в рецепте?

Ответ на эти вопросы дает психофизический закон Э. Вебера A795—

1878). Вебер поставил перед собой цель установить величину едва

заметного различия, т.е. наименьшего различия между двумя

физическими раздражителями, которое может определить человек. Он

экспериментировал со способностью различения веса. Оказалось,

что различительная способность зависит не от абсолютной, а от

относительной величины изменения. Так, испытуемому казались

разными грузы весом 40 г и 41 г, но грузы весом 80 г и 81 г оценивались

248 Глава 7 Познавательные процессы Ощущение и восприятие

как равные. Таким образом, Вебер установил, что величина едва

заметного различия составляет 1/40 от первоначального веса и

является константой. Одновременно с Вебером вел исследования и дру.

гой ученый — П. Бугер, поэтому этот психофизический закон

получил название по именам обоих авторов. Закон Вебера — Бугера

выражается формулой

AI/1= const., где I — интенсивность стимула, Д/ — приращение

стимула.

Впоследствии были получены данные о величине едва

заметного различия относительно других модальностей (табл. 14)

Таблица 14

Дифференциальные пороги для ощущений различных модальностей

Вид ощущения

Ощущение изменения высоты звука 0,3

Ощущение изменения яркости света 1,7

Ощущение изменения веса предметов 2,5

Ощущение изменения громкости звука 1

Ощущения изменения давления на поверхность кожи 3,4

Ощущение изменения вкуса соляного раствора 20

Величина едва

заметного различия

(константа Вебера —

Бугера), %

Последующие исследования, правда, показали, что закон

Вебера — Бугера действителен только для средней части диапазона

чувствительности сенсорной системы. При приближении к пороговым

величинам в закон должна быть внесена поправка, отражающая

величину ощущения от деятельности самой системы (например,

биения сердца в слуховой модальности или собственного свечения

сетчатки в зрительной модальности).

Таким образом, в окончательном виде этот закон имеет

следующий вид. А//1' + Р= const., где Р — поправка на «шум» от работы

сенсорной системы.

Эмпирический факт несовпадения объективной шкалы

изменения раздражителя и субъективной шкалы изменения ощущения был

описан основным психофизическим законом, установленным Фех-

нером и впоследствии модифицированным Стивенсом. Фехнер,

используя математические преобразования соотношения Вебера —

Бугера, пришел к выводу, что изменение силы ощущения

пропорционально десятичному логарифму изменения силы воздействующего

раздражителя. Другими словами, когда раздражитель растет в гео-

метрической прогрессии (увеличивается в N раз), ощущение

вырастает лишь в арифметической прогрессии (увеличивается на N).

Основной психофизический закон Фехнера выражается формулой

R = С (lg I — lg /о), где R — интенсивность ощущения, / —

интенсивность действующего стимула, /0 — интенсивность стимула,

соответствующая нижнему абсолютному порогу, а С — константа Вебе-

па — Бугера, специфичная для каждой модальности.

форма психофизической кривой для ощущения громкости

звука условно отражена на рис. 41.

Рис. 41. Логарифмическая кривая зависимости интенсивности

ощущения громкости от силы звука

При выведении этого закона Фехнер исходил из

невозможности непосредственной оценки испытуемым интенсивности

возникающего у него ощущения. Поэтому в его формуле единицами

измерения выступают физические величины. В 1941 г. С. Стивене из

Гарвардского университета выдвинул идею о возможности прямой

оценки человеком своих ощущений.