Познавательные психические процессы: Хрестоматия

Два столетия назад, в 1760 г., Бугер исследовал свою способность различать тень, отбрасываемую свечой, если экран, на который падает тень, одновременно освещается другой свечой. Его измерения довольно точно установили, что отношение DI/I (DI – минимальный воспринимаемый прирост освещения, I — исходное освещение) – величина сравнительно постоянная, в отличие от абсолютных величин. В 1834 г. Вебер повторил забытые к тому времени опыты Бугера. Изучая различение веса, он показал, что минимально воспринимаемая разница в весе представляет собой постоянную величину, равную приблизительно

/

, т. е. груз в 31 г различается от груза в 30 г; груз в 62 г от груза в 60 г; 124 г от 120 г и т. д. Такое же постоянство в отношении минимального воспринимаемого прироста раздражения к его исходной величине Вебер установил для зрения (различение длины линий) и слуха (различение высоты тона). Вебер предполагал, что им обнаружен важный общий принцип, однако специального закона он не сформулировал.

Выражение «закон Вебера» принадлежит Фехнеру, но впоследствии укоренилось выражение «закон Вебера – Фехнера», так как роль Фехнера в разработке проблемы измерения ощущений исключительно велика. Фехнер рассуждал следующим образом. Мы не можем измерить ощущение. Мы можем только удостоверить, если одно ощущение больше, меньше или равно другому ощущению. Но поскольку мы можем измерять стимулы, мы можем измерить и минимальный стимул, необходимый для вызова ощущения или для того, чтобы минимально усилить или минимально ослабить имеющееся в наличии ощущение. Поступая таким образом, мы измеряем чувствительность как величину, обратную порогу. Фехнер ввел понятие об абсолютной и различительной (или дифференциальной, или разностной) чувствительности: абсолютная чувствительность измеряется абсолютным порогом, т. е. минимальной интенсивностью раздражения, вызывающей ощущение, различительная чувствительность измеряется разностным порогом, т. е. минимальным ростом интенсивности раздражения, вызывающим усиление или ослабление ощущения, по отношению к исходной интенсивности раздражения. Так, если груз в 60 г (R) оценивается как равный по весу в 61 г и чуть более легкий, чем груз в 62 г (R

), минимальный воспринимаемый прирост веса будет равен:

?R =R

?R = 62 ? 60 = 2r,

а разностный порог (отношение Вебера) будет равен

Закон Вебера выражается, таким образом, формулой

?R/R = константа (1)

для едва воспринимаемого прироста величины раздражения R.

Фехнер предположил, что если ?R/R = константа, то и минимальный прирост ощущения (?S) относительно исходного уровня ощущения (S) тоже константа, т. е.

?S = c(?R/R), (2)

где с – константа пропорциональности. Формула (2) – это «основная формула Фехнера». Введение ?S в уравнение (2) следует рассматривать как заключение Фехнера о равенстве между собой всех ?S, всех минимальных приростов ощущения. Таким образом, приросты ощущения ?S рассматриваются Фехнером как единицы измерения. Интегрируя уравнение (2), Фехнер получил

S = c log

R + C, (3)

где С – константа интегрирования, а е – основание натуральных логарифмов. С помощью этой формулы, зная обе константы с и С, можно вычислить величину ощущения для стимула любой интенсивности. Однако поскольку константы неизвестны, эта формула неудовлетворительна, и Фехнер заменил С, сделав допущение о нулевой величине S при пороговой величине R. При R = r, т. е. при величине раздражения, равной абсолютному порогу, S = 0.

Подставляя значения R и S при R = r в формулу (3), получаем

0 = c log

r + C,

C = – c log

r.

Теперь мы можем заменить С в формуле (3):

S = c log

R – c log

r = c (log

R – log

r) = c log

(R/r).

Путем соответствующего изменения константы c на k переходят от натуральных логарифмов к десятичным, тогда

S=k lg (R/r). (4)

Это и есть Massformel Фехнера – формула для измерения ощущений. Шкала S – это шкала едва различимых приростов ощущения над нулем, т. е. над ощущением при абсолютном пороге. Затем Фехнер сделал еще одно допущение. Он предположил, что мы можем измерять R, любой надпороговый стимул, его отношением к r, пороговому стимулу. Если, таким образом, принять r за единицу измерения, r = 1, то

S = k Ig R. (5)

Этой последней формуле (5) Фехнер и дал название «закон Вебера». Выраженная словами, она гласит: величина ощущения пропорциональна логарифму величины раздражения. Разумеется, закон Вебера выражается формулой (1), а не формулой (5). Формула (5) выведена, как мы видели, при ряде условных допущений: во-первых, что единицей R является пороговая величина стимула г, во-вторых, что S = 0 при пороге, т. е. при R = г, в-третьих, что все ?S, все минимальные воспринимаемые приросты величины раздражения, равны между собой. Прежде всего формула (5) требует соблюдения формулы (1), а между тем последующие эксперименты показали, что отношение Вебера постоянно не во всем диапазоне интенсивностей раздражения. Тем не менее, несмотря на бесчисленную критику и все ограничения, закон Бугера – Вебера – Фехнера имеет достаточно широкую зону приложения. Существенно, что формула Фехнера (5) приложима к деятельности некоторых изолированных рецепторов. В определенном диапазоне интенсивностей частота токов действия есть линейная функция логарифма интенсивности. Это показано на мышечном веретене Мэтьюсом (1931) и на глазу Limulus Хартлайном и Грэмом (1932). Разумеется, здесь приходится говорить не об S-ощущении, а об E-возбуждении:

E = k lg R.

Фехнер соединял в себе физика, психофизиолога и философа-идеалиста. Отвергая его идеалистические построения, мы должны признать, что, как физик, он внес в физиологию органов чувств человека новые точнейшие методы количественного измерения отношения стимул – ответ. Это, во-первых, уже описанный нами метод измерения едва различимых приростов величины раздражения, позже названный методом пределов, во-вторых, метод проб и ошибок, позже названный методом постоянного стимула (исследуемый сравнивает целый ряд стимулов с одним и тем же постоянным стимулом по какому-нибудь признаку – больше или меньше, темнее или светлее, длиннее или короче и т. д.), и в-третьих, метод средней ошибки (исследуемый сам подбирает стимул, равный заданному или в то или иное число раз больший или меньший заданного). Фехнер установил значение изменчивости при «психофизических», как он выражался, измерениях, необходимость определения средних и крайних величин и законы изменчивости средних величин, т. е. установил необходимость статистических методов.

Фехнер считается одним из основателей экспериментальной психологии, а физиологи вправе сказать, что он развил открытие Бугера – Вебера в закон, разработал метод измерения различительной чувствительности органов чувств и, таким образом, заложил основы измерения нервных процессов у человека. <…>

С. С. Стивенс

Психофизика сенсорной функции[6 - Sensory communication/W. A. Rosenblith (ed.). – N. Y.: J. Wiley and Sons, Inc., 1961.]

<…> С самого начала необходимо признать, что психофизике зачастую не удавалось выполнить стоящую перед ней задачу на должном уровне. Ее задача не из легких. Прежде всего всякий раз, когда выдвигались предположения о возможности подвергнуть ощущение упорядоченному количественному исследованию, старые предрассудки, унаследованные в основном от дуалистической метафизики, порождали целый ряд упорных возражений. Вы не можете, говорили критики, измерить внутреннюю, индивидуальную, субъективную силу того или иного ощущения. Может быть, это и так, говорим мы, в том смысле, в каком это понимают те, кто нам возражает. Однако в другом и весьма полезном смысле сила ощущения может быть, как мы увидим далее, с успехом определена количественно. Нам нужно оставить в стороне споры о внутренней жизни разума. Мы должны задать себе разумные объективные вопросы об отношениях между входом и выходом сенсорных преобразователей, учитывая при этом то, как эти отношения раскрываются в поведении организмов, будь то животные или люди. Другая трудность состоит в том, что у психофизики было несчастливое детство. Хотя еще в пятидесятых годах XIX века Плато сделал нерешительную попытку правильно определить форму функции путем соотнесения воспринимаемой интенсивности с интенсивностью раздражителя, тем не менее его голос был заглушен Фехнером, который сковал развитие только что зародившейся дисциплины, обременив ее глубоко ошибочным «законом», носящим его имя (Стивенс, 1957). Быть может, самой трудной задачей, стоящей перед нами, является освобождение науки от господства столетней догмы, утверждающей, что интенсивность ощущения возрастает как логарифм интенсивности раздражителя (закон Фехнера). На самом деле данное отношение вовсе не выражается логарифмической функцией. К настоящему времени на примере более чем двадцати сенсорных континуумов показано, что кажущаяся или субъективная величина возрастает как степенная функция от интенсивности раздражителя и что показатели степенной функции лежат в пределах от 0,33 для яркости до 3,5 для электрического раздражения (60 герц) для пальцев руки. Иными словами, по-видимому, существует простой и повсеместно действующий психофизический закон – закон, о котором одно время догадывался Плато и от которого он впоследствии отказался <…>.

<… > Выводя свой логарифмический закон, Фехнер ошибочно предполагал, что минимальный прирост ощущения (?S) будто бы есть постоянная величина на всем протяжении психологической шкалы. Хотя он хотел предположить, что постоянным является отношение едва заметного изменения раздражителя (?R)

к его исходной величине (R), т. е.

?R/R = k (закон Вебера),

у него получилось, что постоянно ?S. Из этих двух предположений он вывел отношение:

S = k log R

и тем самым нанес большой вред всему делу.

<… > Предположим, что Фехнер принял бы положение о постоянстве отношения не только для е. з. р. стимуляции ?R, также и для субъективного коррелята е. з. р. – ?S. Тогда он смог бы написать:

откуда следовало бы, что психическая величина S является степенной функцией физической величины R. Однако он отбросил это предположение, когда оно впервые было сделано Брентано. В результате временной победы Фехнера в психофизике открылся период бесплодных исследований, когда казалось, что нет более интересной работы, чем измерение е. з. р. Так логарифмический закон стал «пещерным идолом».

<….> Начиная с 30-х годов XX века значение психофизики стало восстанавливаться. Новый интерес к очень старой проблеме сенсорного ответа возник благодаря изобретению методов, описывающих соотношение входа и выхода сенсорных систем. Эти методы показывают, что сенсорные ответы возрастают по степенному закону. При изучении поведения так редко удается показать, что простое отношение сохраняется при самых различных видах стимуляции, что широкое распространение и постоянство степенного закона действительно приобретают большое значение.

Конечно, можно себе представить, что ощущения всех модальностей возрастают одинаково с увеличением интенсивности стимуляции. На самом деле это совсем не так, и это легко доказать при помощи элементарного сравнения. Заметьте, что, например, происходит при удвоении освещенности пятна света и, с другой стороны, силы тока (частота 60 Гц), пропускаемого через палец. Удвоение освещенности пятна на темном фоне удивительно мало влияет на его видимую яркость. По оценке типичного наблюдателя, кажущееся увеличение составляет всего лишь 25 %. При удвоении же силы тока ощущение удара увеличивается в десять раз.