Статистическая природа сенсорных явлений



Как мы уже неоднократно отметили, величина порога, устанавливаемая в ходе психофизических измерений, является результатом статистических расчетов. Различные замеры значения порога, как правило, дают хоть и сходные, но все же слегка различающиеся результаты. Именно поэтому форма психофизической функции отличается от теоретически предполагаемой ступенчатой формы, представляя собой выраженную S-образную зависимость.

По мнению Г. Т. Фехнера, неоднозначность величины порога, оцениваемого в ходе эксперимента, связана с тем, что сам порог находится в постоянном изменении. Такие изменения носят случайный (стохастический, или статистический) характер и называются случайными флуктуациями порога.

Фехнер полагал, что флуктуации не связаны с самой организацией сенсорных систем, но, напротив, вызваны факторами несенсорного характера. К таким несенсорным, или внесенсорным, факторам среди прочего относят факторы мотивации, научения, изменения функционального состояния организма в ходе эксперимента. Очевидно, что научение, например, может вести к постепенному снижению порогов, т.е. повышению чувствительности, а утомление, накапливающееся в ходе довольно монотонных психофизических экспериментов, напротив, будет вести к повышению порогов и снижению чувствительности. Динамика интереса испытуемого к процедуре эксперимента также будет сказываться на величине измеряемого порога. Говорят, что еще супруги Кюри, проводя первые опыты с радиоактивными химическими элементами, обнаружили, что процессы радиоактивного распада могут усиливаться или ослабляться в зависимости от их желания. Конечно, сами физические процессы никак не зависят от силы нашей мысли, но пороги чувствительности по отношению к тем едва заметным сигналам, по которым в то время судили о характере радиоактивного распада, конечно же могли меняться по мере того, как менялось настроение исследователей в ходе их наблюдений.

Таким образом, классическая пороговая теория обнаружения сигнала объясняет неожиданную для нее S-образную форму психометрической функции случайными флуктуациями сенсорных порогов. Что касается самих флуктуаций, то их природа определяется несенсорными факторами (мотивация, научение, изменение функционального состояния организма и др.).

По-иному подходит к обсуждению этой проблемы современная теория, описывающая процесс порождения ощущения. Она была предложена более чем через 100 лет после пионерских работ Г. Т. Фехнера и получила название теории обнаружения сигнала.

Современная теория обнаружения сигнала отвергает понятие сенсорного порога как несоответствующее экспериментальным фактам и описывает процесс порождения ощущения как процесс принятия решения. S-образная форма психофизической функции с этих позиций начинает пониматься как функция, описывающая вероятности принятия решения в сенсорных системах переработки информации в зависимости от величины поступающего на органы чувств (рецепторы) сенсорного сигнала.

Ощущение как процесс принятия решения

Теория обнаружения сигнала была предложена Дэвидом Грином и Джоном Светсом в 1966 г. (Green & Swets, 1966) и демонстрирует более современный подход к описанию того, как возникает ощущение. Она преодолевает некоторый механицизм классической пороговой теории, перенося описание процесса ощущения на анализ действий самого субъекта восприятия.

Прежде всего, предполагается, что процесс обнаружения сигнала связан с порождением его внутреннего представления, которое называют репрезентацией, или повторным представлением. Процесс внутреннего, или повторного, представления сенсорного сигнала описывается как статистическая (стохастическая, т.е. вероятностная) зависимость между физической энергией внешней среды и внутренними процессами, происходящими в сенсорных системах нашего организма. Иными словами, утверждается, что между самим стимулом (сигналом) и его внутренним представлением не существует однозначной зависимости, т.е., зная все параметры сенсорного сигнала в данный момент времени, невозможно однозначно судить о том, как этот сигнал будет представлен в сенсорной системе.

Такая неоднозначность может объясняться и тем, что воспринимаемые нами сенсорные сигналы сами по себе могут иметь стохастическую природу. Например, физическая природа света – источника нашего зрительного восприятия, описывается законами квантовой механики, которые сами по себе являются стохастическими. Но есть и другие, более значимые для процесса обнаружения сигнала факторы, определяющие связь между физическими воздействиями на наши органы чувств и строящимися репрезентациями этих воздействий как статистическую.

Наиболее важным с точки зрения теории обнаружения сигнала Грина и Светса является то, что процесс формирования внутреннего представления сигнала (репрезентации) является отражением взаимодействия двух факторов: 1) непосредственно сигнала, воздействующего на органы чувств (рецепторы), и 2) спонтанной внутренней активности самих органов чувств (рецепторов). Причем сама эта спонтанная внутренняя активность может быть вызвана внутренними факторами, обеспечивающими работу сенсорных систем, т.е. теми биохимическими процессами, которые происходят в нервных клетках рецепторов и проводящих путей анализаторов, а также воздействием побочных факторов, имеющих источник в нашем организме, например кровотока, питающего рецептор.

Еще в XIX в. немецкий физиолог И. Мюллер сформулировал принцип специфических энергий органов чувств (см. 1.2.1), суть которого заключалась в том, что неспецифические воздействия на рецепторы вызывают специфические для этого органа чувств ощущения, если сила таких воздействий достаточно велика. Например, сильный удар в глаз вызывает ощущение света (искры из глаз), а такое же воздействие на слуховой рецептор вызывает ощущение глухого звука.

Можно утверждать, что неспецифические воздействия на рецептор также при определенных условиях порождают свои внутренние представления (репрезентации). Эти репрезентации очевидно отличаются по своей природе от тех, что вызваны внешними воздействиями. В теории обнаружения сигнала они называетсясенсорным шумом, или просто шумом. Понятно, что уровень шума в сенсорных системах в данный момент времени зависит от бесконечного числа самых разнообразных факторов, которые в предыдущем параграфе были обозначены как несенсорные: мотивация обнаружения сигнала, процессы научения, динамика функционального состояния организма и др.

Получается, что процесс обнаружения сигнала в первую очередь определяется взаимодействием двух факторов: 1) внешнего сигнала и 2) внутреннего шума. Оба этих фактора, как правило, оказываются случайными по своей природе. Поэтому характер внутренних репрезентаций также оказывается всегда случайным: ведь сигнал, какой бы он ни был по своей природе, всегда накладывается на сенсорный шум, зависящий от случайных факторов, его порождающих.

В обычных условиях, когда величина сигнала, воздействующего на наши органы чувств, оказывается весьма значительной, нет проблемы выделить сигнал из шума. Если же воздействующие на нас сигналы оказываются крайне незначительными, как это имеет место в специально созданной ситуации психофизического эксперимента или в ситуации сенсорной депривации (сильно ограниченных сенсорных воздействий или их практически полного отсутствия), перед испытуемым возникает проблема: как отличить сигнал, наложенный на шум, от самого шума?

Аналогичная ситуации может сложиться и вне экспериментальных условий. Представьте себе, что вы моетесь в душе, ожидая при этом важного для вас телефонного звонка. Поскольку в данной ситуации действует еще эффект одновременной маскировки, рассмотренный нами в предыдущей главе (шум воды маскирует сигнал телефона), внутреннее представление звонка телефона также будет мало отличаться от внутреннего шума. Если звонок действительно важен для вас, ваши сенсорные ожидания могут оказаться весьма значительными.

В процессе выделения сигнала из шума возможны четыре исхода (табл. 3.1). Во-первых, мы можем правильно идентифицировать сигнал на фоне шума. В теории обнаружения сигнала такой исход действий испытуемого обозначается термином попадание и обозначается английской буквой Н (от англ. hit). Во-вторых, мы можем правильно идентифицировать шум как шум, а не как сигнал. Такой вариант действий испытуемого называетсяправильным отвержением (CRcorrect rejection). Кроме того, возможны два варианта ошибочных действий: 1) шум принимается за сигнал –ложная тревога (FA –false alarm) и 2) сигнал принимается за шум – пропуск, илипромах (О – omission).

Таблица 3.1. Матрица исходов в ситуации принятия решения "сигнал vs шум"

Что происходит в результате оценки внутренней репрезентации?

Что было предъявлено на самом деле?

Сигнал Шум
Обнаружение сигнала ("Да, слышу, вижу, чувствую") Попадание (Н) Ложная тревога (FA)
Обнаружение шума ("Нет, не слышу, не вижу, не чувствую") Пропуск (О) Правильное отвержение (CR)

Таким образом, процесс ощущения в теории обнаружения сигнала трактуется как процесс принятия решения.Задача сенсорной системы, т.е. системы обнаружения сигнала, – определить, в каком случае мы имеем дело с сигналом, а в каком случае – с шумом. Поскольку и сигнал, и шум описываются стохастическими зависимостями, принятие однозначно правильного решения оказывается невозможным, отсюда ошибки: ложные тревоги и пропуски сигнала.

Для того чтобы организовать работу сенсорных систем, необходимо как-то уменьшить степень неопределенности ситуации. В связи с этим в теории обнаружения сигнала делается второе основополагающее предположение: процесс принятия решения строго детерминирован заданным критерием. Иными словами, предполагается, что ответ сенсорной системы можно однозначно определить для данных условий, зная величину критерия, который однозначно определяет сам процесс принятия решения в ходе обнаружения сигнала.

Сама же величина критерия принятия решения зависит, во-первых, от наших знаний о самой сенсорной стимуляции, а во-вторых, от того, в какой мере тот или иной вариант принятия решения оказывается для нас более ценным. В первом случае говорят о когнитивных факторах принятия решения, во втором – омотивационных.

К когнитивным факторам относят: 1) предварительную информацию о характере используемых в ситуации эксперимента стимулов и 2) обратную связь.

Предварительная информация – это информация о том, в каком соотношении находятся значащие и пустые экспериментальные пробы. Значащими называют экспериментальные пробы, в которых испытуемому предъявляется искомая информация, например вспышки света. Пустыми называют пробы, где искомая информация отсутствует, т.е. после сигнала "внимание" никакая стимуляция испытуемому не предъявляется. Экспериментатор может информировать испытуемого о том, что ему будет предъявлено, например, всего 100 экспериментальных проб, из которых, скажем, 50 пустых и 50 значащих проб. Ясно, что если никакая другая информация не будет дана испытуемому, для него логичным будет балансировать ответы "Да" и "Нет" в пропорции 1 к 1. Если же экспериментатор сообщит, что значащих проб в эксперименте окажется 70%, ответы "Да" должны стать более частыми.

Аналогичным образом в рассмотренном нами примере с ожиданием вами важного телефонного звонка предварительная информация может заключаться в знании того, как часто человек, звонка которого вы ожидаете, звонит или не звонит в данной ситуации. Если человек в сложившейся ситуации, как правило, должен непременно позвонить, вероятность ложных тревог будет увеличиваться. Напротив, если ожидаемый телефонный звонок вы считаете маловероятным, велика возможность того, что вы его не услышите и пропустите.

Обратная связь – это информация о правильности или неправильности ответов испытуемого, идущая от экспериментатора. Эта информация также может корректировать ответы испытуемого. Если испытуемый узнает о том, что его положительные или отрицательные ответы часто оказываются неверными, их число может измениться. Аналогично, если вы уже несколько раз выбегали из душа и обнаруживали, что никто не звонит вам по телефону, ваши ложные тревоги должны уменьшиться, а вероятность того, что вы пропустите настоящий звонок, увеличиться.

Мотивационные факторы принятия решения – это представления о ценности ответов "Да" и "Нет" и, как следствие, ценности попадания в сравнении с правильным отвержением, ложной тревоги в сравнении с пропуском.

В эксперименте эта ценность определяется экспериментатором с помощью системы штрафов и поощрений. Такая система получила название платежной матрицы.

Представим себе, что в эксперименте испытуемый получает за каждое попадание 5 руб., а за правильное отвержение – 1 руб. Ясно, что в этом случае ответ "Да" для испытуемого оказывается более ценным: ведь в случае успеха он заработает целых 5 руб., а в случае неправильного ответа не заработает всего 1 руб., тогда как, давая ответ "Нет", испытуемый зарабатывает всего 1 руб., рискуя не получить в случае неверного ответа в пять раз больше.

Таблица 3.2. Асимметричная платежная матрица

Ответ испытуемого Значащая проба Пустая проба
Да Получает 5 рублей Теряет 1 рубль
Нет Теряет 5 рублей Получает 1 рубль

Если платежная матрица предполагает разные размеры штрафов и подкрепления для значащих и пустых проб, то такая матрица называется асимметричной (табл. 3.2). С ее помощью экспериментатор пытается побудить испытуемого в пользу большего числа положительных или отрицательных ответов, делая их неодинаковыми по ценности. Напротив, в случае симметричной платежной матрицы ценность положительных и отрицательных ответов устанавливается одинаковой (табл. 3.3). В этом случае ожидается, что испытуемый не будет отдавать предпочтения ответам той или другой категории.

Таблица 3.3. Симметричная платежная матрица

Ответ испытуемого Значащая проба Пустая проба
Да Получает 5 рублей Теряет 5 рублей
Нет Теряет 5 рублей Получает 5 рублей

Таким образом, мы видим, что для описания процесса формирования ощущения и, соответственно, характеристики работы рецептора необходимо знать всего два параметра: 1) то, в какой степени сенсорная система способна в принципе выделять сигнал на фоне шума и 2) значение критерия принятия решения.

В теории обнаружения сигнала Д. Грина и Дж. Светса способность выделять сигнал на фоне шума определяется как чувствительность. Для ее оценки необходимо сделать еще некоторые теоретические допущения, не меняющие общих принципов рассмотренной нами теории. Самый простой вариант состоит в допущении того, что распределение шума и, соответственно, сигнала на фоне шума описывается функцией нормального распределения. В этом случает говорят о параметрической модели теории обнаружения сигнала. Это самый первый и наиболее известный вариант рассматриваемой нами теории. Величина чувствительности в ней обозначается с помощью показателя d'. Если распределение шума представить в виде стандартного нормального распределения (z-распределения), математическое ожидание для которого, как известно, задано нулевым значением случайной величины, а значение дисперсии принимается за единицу, то можно отметить, что величина чувствительности d' показывает, на сколько единиц стандартного отклонения математическое ожидание интенсивности сигнала на фоне шума отличается от математического ожидания шума.

Аналогичным образом можно определить и положение критерия принятия решения. Однако на практике для характеристики критерия принятия решения используют не саму величину критерия, а так называемоеотношение правдоподобия р. Оно показывает, во сколько раз более вероятно, что сенсорная репрезентация, равная по интенсивности критерию принятия решения, сформирована сигналом извне, а не только шумом. Если испытуемый устанавливает критерий принятия решения так, что вероятность того, что данная сенсорная репрезентация определяется сигналом, равна вероятности того, что она вызвана шумом, то величина отношения правдоподобия оказывается равной 1. В этом случае мы можем отметить, что ценности ответов "Да" и "Нет" оказываются для испытуемого приблизительно одинаковыми при прочих равных условиях. Если же испытуемый предпочитает отвечать более осторожно, в его ответах будут преобладать отрицательные суждения. Это значит, что критерий принятия решения установлен таким образом, что вероятность того, что сенсорная репрезентация, равная по величине этому критерию, сформирована сигналом, превышает вероятность того, что она сформирована шумом. В этом случае отношение правдоподобия β оказывается больше единицы. Наконец, в случае если испытуемый предпочитает положительные ответы, его критерий принятия решения располагается так, что равная этому критерию репрезентация оказывается с большей вероятностью результатом воздействия шума, а не сигнала. В этом случае отношение правдоподобия оказывается меньше единицы.

Поскольку сравнение с нулем может быть более удобным для оценки положения критерия принятия решения, чаще вместо значения β используют его логарифм.

Помимо описанной параметрической модели теории обнаружения сигнала, предполагающей нормальность распределения величины сигнальных и шумовых эффектов, а также равенство их дисперсии, были разработаны и другие модели, которые в ряде случаев оказываются более удобными при практических расчетах, особенно когда вероятности попаданий или ложных тревог оказываются равными соответственно 1 и 0.

Также чувствительность и критерий принятия решения можно оценить наглядно с помощью рабочей характеристики приемника (РХП). Она представляет собой соотношение вероятности попаданий и ложных тревог (рис. 3.3).

Эти вероятности оцениваются по результатам эксперимента как пропорции правильных попаданий и ложных тревог относительно общего возможного числа исходов такого рода. Пусть, например, испытуемому в эксперименте было предъявлено 100 проб зрительной стимуляции, среди которых 50 значащих и 50 пустых проб. Предположим, испытуемый из 50 значащих проб опознал 35 ("Да, вижу"), а из 50 пустых правильно опознал 40 ("Нет, не вижу). Таким образом, у нас получается 35 попаданий (Н) и 40 правильных отрицаний (CR). Нетрудно посчитать, что число пропусков значащих стимулов составило 15 (О), а число ложных тревог – 10 (FA), т.е. всего было дано 45 ответов "Да" и 55 ответов "Нет". Отсюда следует, что вероятность попаданий в данном случае составила 70%, а вероятность ложных тревог – 20%. Отложив эти координаты на плоскости, мы получим рабочую характеристику процессов принятия решения для данного испытуемого, который в теории обнаружения сигнала именуется "приемником"[1].

Рис. 3.3. Рабочая характеристика приемника

По рабочей характеристике приемника мы можем судить как о величине чувствительности, так и о положении критерия принятия решения.

Предположим, что испытуемый всегда отвечает "Да". В этом случае вероятность и попаданий, и ложных тревог составит 100%. Точка рабочей характеристики приемника окажется в правом верхнем углу. Напротив, если испытуемый будет всегда давать отрицательный ответ ("Нет"), точка рабочей характеристики приемника переместится в левый нижний угол. Итак, мы можем судить о критерии принятия решения у испытуемого на основании того, каким образом меняется положение рабочей характеристики приемника относительно диагонали, идущей от левого нижнего к правому верхнему углу плоскости РХП.

Теперь представим себе, что вероятности попаданий и ложных тревог оказываются у испытуемого равными. Очевидно, что такой результат свидетельствует о том, что испытуемый не в состоянии отличить пустые и значащие пробы. В этом случае, даже если испытуемый в ходе эксперимента будет менять положение критерия, предпочитая то положительные, то отрицательные ответы, все точки его рабочей характеристики окажутся на все той же диагонали. Положение точек рабочей характеристики приемника на диагонали означает нулевую чувствительность. Понятно, что теоретически вероятность ложных тревог не может превышать вероятность попаданий, так как репрезентации, вызванные сигналом, всегда оказываются более выраженными по интенсивности, чем те сигналы, что вызваны только шумом, хотя бы потому, что так или иначе накладываются на шумовые эффекты. Следовательно, все значения рабочей характеристики приемника должны находиться либо на диагонали, либо выше нее. При этом чем дальше точки рабочей характеристики приемника располагаются по отношению к диагонали и чем ближе по отношению к левому верхнему углу, тем выше оказывается чувствительность наблюдателя, или приемника.

· порог сенсорный — величина раздражителя, при достижении коей появляется ощущение или возникают другие реакции (соматические, вегетативные, энцефалографические). Соответственно этому различаются: 1) порог восприятия нижний системы сенсорной; 2) порог реагирования… … Большая психологическая энциклопедия

· МЕРЫ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ — (англ. measures of sensitivity) показатели величины сенсорной чувствительности. Концепции дискретности сенсорного ряда в качестве таковых соответствуют величины порогов ощущений (и обратные им величины; см. также Порог сенсорный) и величина… … Большая психологическая энциклопедия

· восприятия порог — ВОСПРИЯТИЯ ПОРОГ. Различают следующие аспекты этого понятия. Сенсорный (порог чувствительности) минимальная величина физического воздействия, при котором возникает или исчезает ощущение. Понятие сенсорного порога лежит в основе концепций… … Энциклопедия эпистемологии и философии науки

· СЕНСОРНЫЙ ПОРОГ — величина раздражителя, разделяющая весь континуум раздражителей на два класса: вызывающие ответную реакцию организма и не вызывающие ее. С. п. играет, таким образом, роль своего рода барьера; который должен быть преодолен для того, чтобы возникла … Энциклопедический словарь по психологии и педагогике

· Сенсорный Порог — величина раздражителя, при достижении которой начинает возникать ощущение или другие реакции (соматические, вегетативные, электроэнцефалографические). В соответствии с этим различают нижний порог чувствительности сенсорной системы и порог… … Психологический словарь

· сенсорный порог — Этимология. Происходит от лат. sensus чувство, ощущение. Категория. Величина раздражителя, при достижении которой начинает возникать ощущение или другие реакции (соматические, вегетативные, электроэнцефалографические). Виды. В соответствии с этим … Большая психологическая энциклопедия

· абсолютный порог ощущений — Этимология. Происходит от лат. absolutus неограниченный. Автор. Г.Фехнер. Категория. Вид сенсорного порога. Специфика. Выражается величиной раздражителя, превышение которой дает ответную реакцию организма, прежде всего в форме осознания ощущения … Большая психологическая энциклопедия

· психофизика — один из классических разделов общей психологии. Создатель П. Г. Т. Фехнер. Специфика П. состоит в том, что многообразие наблюдаемых форм поведения и психических состояний объясняется здесь прежде всего различиями вызывающих их физических ситуаций … Большая психологическая энциклопедия

· Психофизические методы (psychophysical methods) — Психофиз. это наука, изучающая отношения между раздражителями (стимулами) и ощущениями (сенсорными реакциями) с помощью количественных методов. Как таковая она имеет дело со следующими вопросами: 1) Какой уровень стимуляции необходим для того,… … Психологическая энциклопедия

· Психофизика — психологическая дисциплина, изучающая количественные отношения между физическими характеристиками Стимула и интенсивностью ощущения (См. Ощущение), возникающего как ответ на этот стимул. П. охватывает две основные группы проблем:… … Большая советская энциклопедия

· ОЩУЩЕНИЕ — в психологии, элементарный познават. процесс, с к рого начинается познание человеком окружающего мира. Благодаря О. возможно познание организмом свойств внеш. и внутр. среды. В своей совокупности О. являются источником знаний человека о мире и о… … Российская педагогическая энциклопедия


Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 37; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ