Глава 5. ПСИХОФИЗИКА

Психика возникла и развивается в непрерывном взаимодействии с окружающим физическим миром. Характер и результаты этого взаимодействия определяются конкретными условиями нашей планеты. Достаточно устойчивые периодические изменения физических условий, связанные с переходами от дня к ночи, от зимы к лету, сила тяжести, определяющая точку отсчета в трехмерном пространстве, участок спектра солнечного излучения, вызывающий фотохимические реакции, – эти и другие специфические свойства Земли выдвинули требования, которым должны были удовлетворять все организмы, населяющие эту планету. Этим же требованиям соответственно должна удовлетворять наша психика как, по меньшей мере, регулятор активного поведения организма.

Мы, по сути, частицы материального мира, в этом мире существуем, с ним взаимодействуем – мы адаптированы к этому миру. То, что мы как-то воспринимаем этот мир и общество себе подобных и, более того, в какой-то мере понимаем друг друга – эти и многие другие реалии нашей действительности не вызывают у нас удивления, они обыденны, мы к ним привыкли и принимаем как данное, само собой разумеющееся. Но при более детальном рассмотрении самые обыденные привычные факты часто оказываются самыми непонятными. Так, например, на вопрос: «Почему вы видите дерево?» вы отвечаете: «Потому что мне дерево показывают». Вы будете абсолютно правы, но при этом остается открытой одна из самых интересных и сложных проблем психологии – почему мы видим мир таким, каким мы его видим, а не как комбинацию электромагнитных полей, которые физика достаточно уже изучила, и не как ряд электрических импульсов в нейронных цепях или распределение электрических потенциалов в различных частях коры головного мозга, изучением чего занимается физиология? Из первого вопроса следует второй, более частный, но звучащий несколько парадоксально: «Почему для описания результата восприятия окружающего мира мы используем глагол “видеть”»?

На эти и другие подобные вопросы пытается ответить психофизика. Гравитационное поле Земли, вне которого еще недавно (до появления космонавтики и, следовательно, проблемы невесомости) не мыслилось наше существование, определяет систему координат в трехмерном эвклидовом физическом пространстве, относительно которой мы строим психическую картину мира. С детства мы знаем о существовании 5 основных чувств: зрения, слуха, осязания, обоняния, вкуса. На самом деле «чувств» гораздо больше. По всему телу размешены рецепторы, с помощью которых мы получаем информацию о состоянии внешней среды и внутреннем состоянии организма. Эта информация поступает к нам непрерывно с момента рождения до смерти. Медики исследовали самочувствие человека в условиях сенсорной депривации, т. е. когда контакты с окружающим миром сведены к минимуму. Это достигалось с помощью повязки на глазах, наушников, специальных перчаток, ванны, наполненной водой определенной температуры, и других доступных средств. Оказалось, что сенсорная депривация переживается очень болезненно. У человека появляются галлюцинации, чувство страха, неуверенности, потеря ориентации, некоторые из испытуемых нуждались после эксперимента в длительном лечении. Таким образом, сенсорные процессы (иногда их называют элементарными ощущениями) нам необходимы не столько для построения осознанной картины мира, сколько для непрерывной неосознаваемой адаптации к изменениям во внешней (и внутренней) среде.

Одной из главных качественных характеристик ощущения является его модальность. Модальность ощущения определяется анализатором (нейрофизиологической системой: рецепторы – нейронные пути – соответствующие участки мозга), который возбуждается сигналами определенной физической природы. Например, системы зрительной и слуховой модальностей возбуждаются соответственно электромагнитными и акустическими волнами.

Мы существуем в непрерывно меняющейся физической среде. Наши анализаторы созданы природой, чтобы оптимальным образом получать информацию об этих изменениях. Физическим сигналам соответствуют определенные психические образы. Такие пары (физический раздражитель – психический образ) называются психофизическими коррелятами. Рассмотрим самые основные характеристики физического мира, указанные на рис. 13.

Рис. 13. Основные характеристики физического мира

То, что мы рассматриваем взаимодействие психики и физического мира, заставляет нас добавить к привычной тройке понятий «энергия, время, пространство» понятие информации, как характеристики этого взаимодействия. Физические характеристики сигналов определяют характеристики соответствующих анализаторов и свойства психических коррелятов. Самые общие из них:

энергия – определяет интенсивность сигнала, которой соответствует интенсивность ощущения (яркость света, громкость звука, сила запаха);

частота – комбинация временных и пространственных характеристик сигнала. В ощущениях она представлена как высота звука или цвет;

мощность – количество энергии в единицу времени. Для света или звука она может быть представлена в виде вспышек или хлопков;

концентрация – сочетание энергии и пространства. Значима для анализаторов, работа которых основана на химических процессах, определяет запах, вкус;

модуляция – изменение во времени или пространстве характеристик сигнала (например, частотная, амплитудная, фазовая).

Восприятие модуляции сигнала определяет его информативность. Именно изменение (в частном случае – движение) воспринимается нами в первую очередь. Более того, среда без изменений (если такой случай можно представить) вообще перестает восприниматься. В классических экспериментах Ярбуса по исследованию движения глаз с помощью специальных приспособлений добивались того, чтобы изображение предмета фиксировалось на определенном месте сетчатки, а не перемещалось вместе с ним. Оказалось, что через достаточно короткое время предмет перестает восприниматься.

Анализаторы разных модальностей отличаются не только по принципу действия – давление звуковой волны, химические реакции в рецепторах сетчатки под действием фотонов, механическое давление при ощупывании (тактильная модальность), концентрация химических веществ и т. д.,– но и по объему воспринимаемой информации. Традиционно считается, что через зрение человек получает примерно 80 % информации о внешнем мире, а через слух – примерно 15 %. На долю остальных модальностей приходятся оставшиеся 5 %. Такая доминирующая роль зрения дает основание считать его интегратором сигналов всех модальностей в единый сенсорный образ, поэтому мы чаще всего описываем воспринимаемый мир в терминах зрительной модальности. Приведенные процентные соотношения нисколько не умаляют роль остальных модальностей в нашей жизни. Все ощущения – тепла, боли, запаха и т. п. – жизненно необходимы, кроме того, без них наша жизнь была бы не такой яркой и, по крайней мере, менее комфортной. Но даже при повреждении или потере какого-либо анализатора его функции берут на себя другие модальности, причем успешность их работы повышается (эффект компенсации).

Но при всех очевидных различиях в работе сенсорных анализаторов разных модальностей имеются некоторые общие закономерности, которые позволяют выделить сенсорные процессы в один класс психических явлений. Эти общие закономерности в первую очередь рассматриваются психофизикой. Схема построения сенсорного образа выглядит следующим образом (рис. 14).

Рис. 14. Построение сенсорного образа

Дистантный стимул – это физический источник сигнала, например источник света или звука; поверхность, отражающая свет или звук, и т. д.

Проксимальный стимул – это сигнал, непосредственно вызывающий раздражение анализатора. В случае слуховой модальности – это звуковая волна, прошедшая предварительную обработку в ушной раковине и попавшая на мембрану. При зрительной модальности – это изображение предмета, спроецированное линзой зрачка на сетчатку глаза, причем это изображение перевернутое, двумерное и искажено формой глазного яблока.

Эти два примера показывают, насколько характеристики дистантного стимула отличаются от характеристик проксимального. После попадания сигнала на анализатор в последнем возникает и некоторое время сохраняется остаточное возбуждение – последовательный образ. Например, на сетчатке глаза сохраняется изображение в течение примерно 120 мс – это время, необходимое для прекращения вызванных химических реакций в зрительных рецепторах – палочках и колбочках. В этом случае последовательный образ называется «иконическая память». Поэтому при предъявлении изображения на время меньше, чем 120 мс, мы не знаем, как долго в действительности испытуемый «видел» изображение. Чтобы снять эту неопределенность, используют «маскирующее» изображение, которое предъявляется сразу после «рабочего» и стирает иконическую память. Вне стен психофизической лаборатории, в условиях повседневной жизни, эта инерция в работе анализаторов помогает созданию непрерывного психического образа, переводу процесса восприятия в режим реального психологического времени.

Раздражение анализатора вызывает физиологический процесс перекодировки информации в коды нервных сигналов, в результате чего возбуждаются соответствующие части коры головного мозга. Формируется чувственная ткань образа. Соотношение между работой нейронной системы анализатора и возникающим в результате психическим (сенсорным) образом представляет психофизиологическую проблему, над которой трудятся биологи и нейропсихологи.

Далее в работу включается вся целостная структура нашей психики. Единичный процесс восприятия заканчивается вычленением предметного содержания образа. Между начальной фазой процесса – дистантным стимулом – и завершающей – предметным содержанием образа – устанавливается тождество непосредственной данности. Именно в вопросе «почему мы воспринимаем мир, таким, каким мы его воспринимаем» заключается суть психофизической проблемы.

Три свойства, характеризующие действия анализаторов любой модальности, наглядно демонстрируют гибкость сенсорной системы и ее неотъемлемое включение в работу всей психики в целом – это адаптация, сенсибилизация и синестезия. Когда летним утром мы, решив искупаться, прыгаем в озеро, вода сначала кажется нам очень холодной, но вскоре она нас уже даже греет и не хочется вылезать на прохладный берег. В кинотеатре, после того как погас свет, вы не видите ничего, кроме экрана, но через некоторое время начинаете различать фигуры и даже лица соседей по ряду. Это примеры адаптации наших ощущений к средней фоновой величине внешних раздражителей. Понижая или повышая свою чувствительность, приноравливаясь к внешним условиям, сенсорная система «выбирает» исходный уровень, относительно которого будет восприниматься интенсивность воздействия среды.

Механизм сенсибилизации в отличие от адаптации работает только в сторону повышения чувствительности. В одних случаях эффект сенсибилизации проявляется при определенной комбинации двух сигналов одной модальности – у одного из них повышается чувствительность (эффект маскировки). В других случаях сенсибилизацию вызывает общая окружающая обстановка и наше к ней отношение – на охоте, в разведке, просто на темной улице мы гораздо чувствительнее к звукам, запахам и прочим внешним сигналам, чем в спокойной домашней обстановке.

Синестезия – самое интересное свойство сенсорной системы – проявляется в возникновении ощущений, присущих одной модальности, при воздействии раздражителей другой. «Искры» в глазах от боли, эффект цветомузыки – примеры синестезии разной степени приятности.

Психофизическая проблема представляет собой предмет интереса психофизики – одного из разделов науки экспериментальной психологии. Кроме этой глобальной проблемы, психофизика занимается более частными задачами, имеющими конкретное практическое приложение, а именно установлением количественных и качественных соотношений между параметрами физических раздражителей (стимулов) и характеристиками вызываемых ими ощущений.

Решение психофизической проблемы – отношения психики и физического мира – начинается с определения границы между психическими и физическими явлениями, т. е. в какой момент в структуре мира происходит качественный скачок и возникает то, что мы называем психикой. С постановкой этого вопроса связано возникновение научной психологии и ее основополагающего раздела – психофизики.

В 1860 г. была опубликована работа немецкого ученого – физика, математика, психолога и философа – Густава Теодора Фехнера «Основы психофизики». Этой публикацией было положено начало науке психологии, науке со своим предметом исследования и методами, среди которых главным является эксперимент. До Фехнера психология была набором умозрительных спекуляций. В конце XVIII в. Кант утверждал, что невозможно построить науку психологию, такую же точную, как физика или химия, во-первых, потому, что в психологии принципиально неприменима математика, во-вторых, потому, что никогда невозможно будет заставить человека вести себя так, как нужно психологу (т. е. невозможно применять в психологии эксперимент как метод исследования). Такое положение дел можно объяснить тем, что психология не могла найти свой предмет. Пытаясь заниматься тем, что мы сегодня называем высшими психическими процессами и функциями, психологи того времени не могли найти основу своих исследований, нащупать научную почву под ногами и поэтому вынужденно вязли в трясине квазинаучных спекуляций. Кроме того, здоровую конкуренцию создавало бурное развитие естественных наук. Казалось, еще немного – и очередной Базаров разрежет очередную лягушку и наконец обнаружит душу (что психология, по определению, пытается исследовать душу, признавали почти все). Это по меньшей мере лишало психологию социального заказа.

Фехнер, будучи пантеистом, считал, что материальное и идеальное – это две стороны единого целого. Он задался целью выяснить, где проходит граница между материальным и идеальным. Фехнер подошел к этой проблеме как естествоиспытатель. Процесс создания психического образа он представил схемой, изображенной на рис. 15.

Рис. 15. Процесс создания психического образа

Схема, предложенная Фехнером, почти повторяет рассмотренную выше схему процесса восприятия, которую используют современные психофизики. Самым главным в идее Фехнера было то, что он впервые включил элементарные ощущения в круг интересов психологии. До Фехнера считали, что исследованием ощущений, если это кому-нибудь интересно, должны заниматься физиологи, врачи, даже физики, но только не психологи. Для психологов это слишком примитивно. Искомая граница проходит там, где начинается ощущение, т. е. возникает первый психический процесс. Величину стимула, при которой начинается ощущение, Фехнер назвал нижним абсолютным порогом. Для определения этого порога им были разработаны методы, до сих пор активно используемые в психологических экспериментах. В методологическую основу своих исследований Фехнер положил два утверждения, называемые первой и второй парадигмой классической психофизики.

1. Сенсорная система человека – это измерительный прибор, который соответствующим образом реагирует на воздействующие физические стимулы.

2. Психофизические характеристики у людей распределены по нормальному закону, т. е. случайным образом отличаются от какой-то средней величины, аналогично антропометрическим характеристикам.

Из первого утверждения вытекает требование организовывать психофизический эксперимент таким образом, чтобы исключить влияние на его результаты всех психических систем, кроме сенсорной. Второе утверждение позволяет проводить исследования на небольшом количестве испытуемых и распространять выводы на всю генеральную совокупность – все население Земли. Эти два постулата очень упрощенно представляли изучаемую проблему, но это упрощение помогло начать экспериментальные исследования и получить значительные результаты. Сегодня мы понимаем, что обе эти парадигмы уже устарели. Первая противоречит принципу активности целостной психики, кроме того, оказалось, что невозможно выделить и исследовать в эксперименте одну, даже самую примитивную, психическую систему из целостной структуры человеческой психики. Несостоятельность второй парадигмы частично следует из несостоятельности первой – активизация в психофизическом эксперименте всех психических систем от самых низших до самых высших приводит к очень большому разнообразию реакций испытуемых, следовательно, к разнообразию их психофизических характеристик, что позволяет сегодня говорить о необходимости создания дифференциальной психофизики, т. е. психофизики, в которой декларируется индивидуальный подход к каждому испытуемому в эксперименте.

Кроме того, Фехнер считал, что человек не может непосредственно оценивать свои ощущения количественно, поэтому он разработал «косвенные» методы, с помощью которых можно количественно представить отношения между величиной раздражителя (стимула) и интенсивностью вызванного им ощущения. Рассмотрим измерение психофизических порогов на примере метода минимальных изменений (см. рис. 16).

Предположим, нас интересует величина звукового сигнала, начиная с которой испытуемый может его слышать, т. е. мы должны определить нижний абсолютный порог громкости. Измерение методом минимальных изменений проводится следующим образом. Испытуемому дается инструкция говорить «да», если он сигнал слышит, и «нет», – если не слышит. Сначала испытуемому предъявляется стимул, который он явно может расслышать (St₁). Затем при каждом предъявлении, при использовании схемы нисходящей стимуляции, величина стимула уменьшается.

Рис. 16. Измерение психофизических порогов:

а – нисходящая стимуляция; б– восходящая стимуляция

Эта процедура проводится до тех пор, пока не изменятся ответы испытуемого. Например, вместо «да» он может сказать «нет» или «вроде бы нет» и т. д. Величина стимула, при которой изменяются ответы испытуемого, соответствует порогу исчезновения ощущения (Р₁). На втором этапе измерения в первом предъявлении испытуемому предлагается стимул, который он никак не может слышать (St₂). Затем на каждом шаге величина стимула возрастает до тех пор, пока ответы испытуемого перейдут от «нет» к «да» или «может быть, да». Это значение стимула соответствует порогу появления ощущения (Р₂). Но порог исчезновения ощущения редко бывает равен порогу появления. Причем возможны два случая:

1. Р₁»Р₂ (рис. 16, а).

2. P₁«P₂ (рис. 16, б).

Абсолютный порог равен среднеарифметическому порогов появления и исчезновения: S_tp = (P₁ + P₂) / 2

Аналогичным способом определяется верхний абсолютный порог – значение стимула, при котором он перестает восприниматься адекватно. Верхний абсолютный порог иногда называют болевым порогом, потому что при соответствующих ему величинах стимулов мы испытываем боль – резь в глазах при слишком ярком свете, боль в ушах при слишком громком звуке.

Неравенство порогов исчезновения и появления можно объяснить «ошибкой ожидания» (см. рис. 16, а) или «ошибкой привыкания» (см. рис. 16, б). «Ошибка ожидания» заключается в том, что испытуемый, догадываясь о предстоящем появлении (исчезновении) ощущения, меняет характер ответов, не дождавшись подлинного появления (исчезновения). При «ошибке привыкания» испытуемый «привыкает» давать ответ определенного типа и не изменяет характер ответа даже при явном появлении (исчезновении) ощущения. Оба случая не могут быть объяснены в рамках парадигм классической психофизики, и поэтому они считались артефактами эксперимента, т. е. следствием неконтролируемых факторов, не имеющих отношения к решаемой задаче.

Абсолютные пороги – верхний и нижний – определяют границы доступного нашему восприятию окружающего мира. По аналогии с измерительным прибором абсолютные пороги определяют диапазон измерений сенсорной системы, но, кроме доступного диапазона измерений, работу прибора характеризует его точность, или чувствительность. Аналогом чувствительности прибора в сенсорной системе служит разностный порог. Этот порог равен величине, на которую нужно изменить значение стимула, чтобы испытуемый заметил изменение в своих ощущениях.

Для определения разностного порога можно применить метод минимальных изменений, но при этом в эксперимент вводится эталонный стимул. Испытуемому дается инструкция говорить «да», если он ощущает различие между эталонным и переменным стимулами, и говорить «нет», если ощущение различия пропадает. Введение эталонного стимула делает процедуру измерения разностного порога более громоздкой по сравнению с измерением абсолютного порога. На первом этапе устанавливают значение переменного стимула заведомо больше эталонного. Описанным выше способом определяют верхний порог исчезновения различия Р_1в и верхний порог появления различия Р_2в. Затем вычисляют верхний дифференциальный порог – значение стимула, при котором появляется изменение в ощущении эталонного стимула: Р_в = (Р_1в + Р_2в) / 2, и верхний разностный порог: р_в = Р_в – S, где S – значение эталонного стимула.

Смысл разностного порога понятен из его названия. Затем устанавливают значение переменного стимула заведомо ниже эталонного и аналогичным образом определяют нижний дифференциальный порог Р_н и нижний разностный порог р_н. Разность между верхним и нижним дифференциальными порогами определяет интервал неопределенности (Р_в – Р_н), т. е. область изменений величины стимула, которые не замечаются испытуемым. Половина интервала неопределенности: р = (Р_в – Р_н) / 2, называется средним разностным порогом. Средний разностный порог характеризует разрешающую способность сенсорной системы. Далее вычисляют точку субъективного равенства: р = (Р_в – Р_н) / 2.

Точка субъективного равенства является образом эталонного стимула в сенсорном пространстве, ее значение показывает, насколько точно испытуемый оценивает эталонный стимул. Если верхний и нижний разностные пороги равны, что соответствует симметричному относительно эталонного стимула интервалу неопределенности, то точка субъективного равенства совпадает с величиной эталонного стимула. Если значение точки субъективного равенства больше значения эталонного стимула, значит, испытуемый переоценивает эталонный стимул, если меньше – недооценивает.

Введение понятия порога и разработка методов его количественной оценки было очень продуктивным и в построении теоретических моделей психики, и в практических приложениях. Например, выяснили, что высоту звука мы воспринимаем в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Значения порогов определены для всех модальностей. Это позволяет, например, конструировать аудио-, видеоаппаратуру с характеристиками, оптимальными для использования потребителями, диагностировать многие заболевания (болезни вызывают резкие изменения пороговых величин ощущений различных модальностей) и т. д. Но, несмотря на эти и другие успехи, со времен Фехнера и до настоящего времени оспаривается само существование порога как психологического явления.

Существует так называемая пороговая проблема. Порог складывается из двух составляющих. Первая, физиологическая, часть порога возражений не вызывает. Действительно, для возбуждения нервного процесса необходима вполне определенная величина раздражителя, которая зависит от свойств нервной системы. Следовательно, ее вариации такие же, как и у других физиологических характеристик. Но вторая, психологическая, составляющая порождает пороговую проблему. Ее величина (а значит, и общее значение порога) настолько изменчива даже у одного и того же испытуемого, что это вызывает сомнения в целесообразности использования понятия порога в психологических построениях. Кроме того, существует много экспериментальных фактов, которые невозможно объяснить в рамках пороговых теорий. Самым известным из них является «ложная тревога» – случай, когда испытуемый дает положительную реакцию на «пустую пробу», т. е. при отсутствии стимула. Одной из попыток решить проблему «ложной тревоги» была высокопороговая теория Блэквела.

Блэквел постулировал наличие высокого порога. Явление «ложной тревоги» он объяснял попытками испытуемых угадывать, т. е. поведенческими, а не сенсорными факторами. Он рассуждал так. Испытуемый дает положительный ответ или когда у него действительно появилось ощущение от воздействия стимула (согласно постулату Блэквела в этом случае величина стимула должна превышать пороговое значение), или когда он пытается угадать правильный ответ. Следовательно, вероятность положительного ответа (Р) будет равна сумме вероятности истинного обнаружения стимула (Р_и) и вероятности угадывания (Р_уг): Р = Р_и + Р_уг.

Вероятность того, что величина предъявленного стимула была ниже пороговой, равна (1 – Р_и), так как, по Блэквелу, вероятность появления стимула, величина которого выше порогового значения, совпадает с вероятностью истинного обнаружения Р_и. Угадывание происходит в случае, когда одновременно проявляется эффект «ложной тревоги» и появляется нижепороговый стимул, следовательно,

Р_уг = Р_лт (1 – Р_и),

где Р_лт – вероятность «ложной тревоги».

Подставив Р_уг в исходную формулу, получим: Р = Р_и + Р_лт (1 – Р_и).

Из этого соотношения определяем истинную вероятность правильного ответа: Р_и = (Р – Р_лт) / (1 – Р_лт)

Эта формула называется формулой поправки на случайный успех, при этом значения Р и Р_лт оцениваются непосредственно в эксперименте.

Примером объяснения работы сенсорной системы без использования понятия порогов может служить применение в психофизике разработанной в радиотехнике теории обнаружения сигналов. Сторонники этого подхода считают, что в околопороговой области возбуждения, вызванные сигналом, пересекаются с внутренним шумом нервной системы.