С. Стивенс ПСИХОФИЗИКА СЕНСОРНОЙ ФУНКЦИИ

Хрестоматия по общей психологии, Выпуск III, Субъект познания. Ответственный редактор В.В.Петухов Редакторы-составители Ю.Б.Дормашев, С.А.Капустин

Исследование природы сенсорного процесса на­чинается с психофизики - дисциплины, зародившей­ся сто лет назад и изучающей ответные реакции орга­низма на воздействие энергий окружающей среды. <...>

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 (Стивене, 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). Ha 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 Гц) 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. Этот закон целиком соответствует не только все увеличивающемуся потоку эмпиричес­ких данных, но также и известным разумным прин­ципам построения теории (Льюс, 1959). О степенном законе более подробно будет сказано далее, здесь же следует сказать несколько слов о Фехнере. <...>

Выводя свой логарифмический закон, Фехнер ошибочно предполагал, что минимальный прирост ощущения (DS) будто бы есть постоянная величина на всем протяжении психологической шкалы. Хотя он хотел предположить, что постоянным является отношение едва заметного изменения раздражителя (DR2)2 к его исходной величине (R), т.е.

у него получилось, что постоянно DS.

Из этих двух предположений он вывел отноше­ние

и тем самым нанес большой вред всему делу.<...>

Предположим, что Фехнер принял бы положе­ние о постоянстве отношения не только для е. з. р. стимуляции DR, но также и для субъективного кор­релята е. з. р. - DS. 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".

Но довольно о прошлом. 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 показать 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. <...>

При более близком рассмотрении, однако, об­наруживается, что у яркости и удара имеется одна общая главнейшая черта. В обоих случаях психологи­ческая величина S относится к физической величи­не R следующим образом:

Показатель n принимает значение 0,33 для ярко­сти и 3,5 - для удара. Значение k зависит только от выбранных единиц. <...>

Степенная функция имеет то преимущество, что при использовании логарифмического масштаба на обеих осях она выражается прямой линией, наклон которой соответствует значению показателя. Это вид­но на рис. 1: медленное увеличение яркостного кон­траста и быстрое усиление ощущения удара электри­ческим током. Для сравнения на этом рисунке пока­зана также функция оценки видимой длины линий, сделанной несколькими наблюдателями. Здесь, как и следовало ожидать, показатель функции лишь не­много отличается от 1,0. Иначе говоря, для большин­ства людей отрезок 100 см кажется вдвое длиннее, чем отрезок 50 см. <...>

В настоящее время уже известно свыше 25 кон­тинуумов, на которые, как было показано, распро­страняется по крайней мере в первом приближении степенной закон. В своей практике автор еще ни разу не встретил исключения из этого закона (отсюда и смелость называть эту зависимость законом).

Рис. 1. Зависимости субъективной величины (ощущения) от величины раздражителя для 3-х мо­дальностей, представленные в логарифмическом мас­штабе на обеих осях: 1 - электрический удар; 2 - кажущаяся длина; 3 - яркость; абсцисса - величина раздражения (ус­ловные единицы); ордината - психологическая ве­личина (произвольные единицы)

На рис. 2 - те же самые три функции представ­лены в линейных координатах.

Рис. 2. Те же зависимости, что и на предыду­щем рисунке, представленные в линейных коорди­натах. Форма функции вогнутая или выпуклая, зави­сит от величины показателя степени: n больше или меньше 1,0. Обозначения кривых и осей те же, что и на предыдущем рисунке

В табл. 1 указаны показатели степенных функций некоторых из исследованных континуумов.

Межмодальные сравнения

Немного найдется ученых, которые бы не ощу­щали неудовлетворения вышеописанным методом, надежность которого всецело полагается на выраже­ние мнения наблюдателей и зависит оттого, насколь­ко хорошо они знают числовую систему. Эта неудов­летворенность методом вполне обоснована, ибо поверхностные знания чисел, особенно отсутствие понятия о пропорции, естественно, затрудняет спо­собность некоторых наблюдателей хорошо выполнить свою роль в этих экспериментах. Обозначение силы ощущения числом не является чем-то таким, что человек выполняет с большей точностью и уверен­ностью, хотя обыкновенный выпускник высшего учебного заведения, как правило, может произво­дить целый ряд непротиворечивых числовых оценок.

Однако интересно не то, уверены или не увере­ны мы в полноценности этого метода. Интересно другое, можем ли мы подтвердить правильность сте­пенного закона, вообще не предлагая наблюдателям производить численные оценки? Если да, то можем ли мы проверить правильность отношений между по­казателями, приведенными в табл. 1? Утвердитель­ный ответ на этот вопрос дают результаты проведе­ния эксперимента по методу, согласно которому наблюдатель производит уравнивание интенсивностей ощущений двух различных модальностей. Посред­ством таких межмодальных сравнений, производи­мых при разных интенсивностях стимуляций, мож­но получить "функцию равных ощущений", а затем сравнить ее с такой же функцией, предсказанной на основании величин показателей для этих двух мо­дальностей.

Если обе модальности при соответствующем выборе единиц описываются уравнениями:

и если субъективные величины S1 и S2 уравниваются путем межмодаль-ного сравнения на различных уровнях стимуляции, то результирующая функция испытуемого, имеет ли место предписанное отноше­ние (метод "постоянных стимулов").

Интересный вариант установления отношений включает фиксацию двух яркостей для того, чтобы определить кажущееся, отношение, которое испыту­емый должен воспроизвести, устанавливая две гром­кости в том же самом кажущемся отношении. В экс­перименте, проведенном Дж. Стивенсом, физичес­кое отношение (децибелы), устанавливаемое испы­туемыми между интенсивностями белого шума, при­близительно совпадает с отношением, которое экс­периментатор устанавливает между интенсивностя­ми двух белых поверхностей. <...>

Метод оценки отношения обратен по процедуре методу установления отношения. Вместо того, что­бы задать отношения заранее, экспериментатор по­дает два (или более) стимула и просит испытуемого назвать отношения между ними. Испытуемый может дать прямую оценку отношений, как и в первых опы­тах Ричардсона и Росса, или он вынужден будет вы­разить отношение при помощи деления заданного числа точек на две группы, пропорциональные двум стимулам по способу, предложенному Метфесселем. Принуждение, включенное в так называемый метод "постоянной суммы", содержит очевидные недостат­ки, которые проявляются при работе с большим ди­апазоном отношений.

Метод оценки величины имеет дело с отношения­ми как таковыми и требует, чтобы испытуемый при­писал числа последовательности стимулов при ин­струкции выбирать числа, пропорциональные вос­принимаемым величинам ощущений. Эксперимен­татор может задать меру (модуль) предъявлением некоторого стимула и дать ему некоторое особое зна­чение, например, 10, или он может представить ис­пытуемому возможность самому свободно выбрать свой модуль. (Замечание: если оценка величины дает асимметричное распределение, как обычно бывает, то желательно подсчитывать медианы вместо сред­них арифметических).

Метод оценки величины является логически об­ратным методу установки величины, этим методом больше всего пренебрегали. Вместо предъявления серии стимулов в случайном порядке и вместо того, чтобы просить испытуемого оценить их восприни­маемые величины, экспериментатор может назвать различные величины и попросить испытуемого от­регулировать стимулы таким образом, чтобы они были пропорциональны субъективным величинам. Подобно любому методу, он имеет, вероятно, свои достоинства и свои недостатки, и интересно выяс­нить величины, по крайней мере, некоторых из них.

Одно мы знаем точно - это то, что при использо­вании этого метода экспериментатор должен сопро­тивляться любому импульсу, который побуждал бы его обозначить верх или низ диапазона. В противном случае эта задача превращается в одну из задач кате­гориального шкалирования. В некоторых более ранних экспериментах мы использовали подобный метод, который можно назвать установлением категорий, чтобы получить семиточечную шкалу категорий для громкости. Мы предъявляли два уровня, которые обо­значались как 1 и 7, а затем просили испытуемых вос­производить в случайном порядке остальные катего­рии. Результаты были подобны обычным оценкам ка­тегорий, полученным для континуума класса 1: фун­кция была выпукла вниз, когда график вычерчивался против шкалы сонов (по оси абсцисс).

Установление величины производилось в экспе­рименте, в котором для обозначения величины мы предпочитали яркость, а не число. Мы устанавлива­ли яркость одного тест-объекта на разных уровнях и просили испытуемых отрегулировать шум таким об­разом, чтобы его громкость казалась столь же силь­ной, как и яркость света. Хотя это исследование (про­водимое Дж. Стивенсом) еще не закончено, резуль­таты, по-видимому, вполне соответствуют тому, что мы знаем относительно субъективных шкал для гром­кости и яркости. Интенсивности белого шума про­порциональны в грубом приближении интенсивностям белого света, что явно предполагает, что гром­кость и яркость являются сходными функциями ин­тенсивности.

Все четыре метода дают необходимые данные для построения шкалы отношений. Каждый метод мо­жет быть изменен и модифицирован множеством различных способов. Нужно не только изменять и адаптировать методы для успешного разрешения кон­кретной проблемы, но и в любой серьезной попыт­ке создания определенной шкалы для заданного пер­цептивного континуума требуется искать возможные источники отклонений, смещений и искажений, используя разные методы и различные значимые параметры. В настоящее время валидная шкала, ко­торая представляет типичного испытуемого, едва ли может быть получена с первой попытки.

Описанные ниже шкалы отношений созданы с помощью одной или более из перечисленных выше основных процедур. Не все они были подвергнуты интенсивному исследованию и перекрестной про­верке, как того заслуживают, но мы заинтересова­ны скорее в получении их общего вида, а не деталей. В первом приближении все они являются степенны­ми функциями