ПОРОГОВАЯ ПРОБЛЕМА И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ПСИХОФИЗИКА

ПОРОГОВАЯ ПРОБЛЕМА И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ПСИХОФИЗИКА

К.В. БАРДИН

Не так давно внимание мировой психологической общественности было снова привлечено к психофизике. Речь идет о 100-летии со дня смерти ее основателя — Густава Теодора Фехнера. Заслуги Г. Фехнера перед психологической наукой огромны. Выдвинутый им (и главное операционально реализованный!) постулат о потенциальной измеримости психических явлений фактически стал фундаментом, на котором основан сегодняшний психологический эксперимент. А созданная Г. Фехнером психофизика сделалась первым примером экспериментальной психологической дисциплины, основанной на таком измерении. Чтобы в полной мере оценить сделанное Г. Фехнером, достаточно вспомнить, что до него психические явления считались принципиально неизмеримыми, а психология рассматривалась как чисто умозрительная область знания и на этом основании причислялась к философским наукам.

Психофизика в том виде, каким она была создана Г. Фехнером, представляла собой гомогенную научную дисциплину. Разделение ее на «Психофизику-1» (измерение чувствительности сенсорных систем) и «Психофизи-ку-11» (измерение величины наличных ощущений) произошло уже позже. Гомогенность фехнеровской психофизики была связана в первую очередь с тем, что и измерение чувствительности, и измерение величины ощущения базировались у Г. Фехнера на одном основании, которым для него было понятие порога. Величина порога в физических единицах выступала в качестве показателя чувствительности, а введенная в формулу основного психофизического закона — позволяла дать оценку величины ощущения.

Известно, какую бурю в научных кругах вызвало опубликование Г. Фехнером своих «Элементов психофизики». Были подвергнуты критике практически все основания новой науки, и в первую очередь понятие порога. В противовес ему Г. Мюллер [24], Дж. Ястров [23], Ж. Дельбеф [20] и другие выдвинули идею о непрерывном строении сенсорного ряда. Так возникла первая проблема психофизики — пороговая проблема. Речь идет о том, по какому принципу строится отражение нашими органами чувств оказываемых на них воздействий: по дискретному, когда это воздействие должно достигнуть определенной величины, чтобы вызвать ощущение; или же непрерывному, когда любое возрастание раздражителя дает соответствующее возрастание ощущения. Иными словами, речь идет о том, является ли порог реальным свойством сенсорной системы, или это лишь дискретный способ анализа непрерывной величины.

К сожалению, данная проблема сегодня стоит на повестке дня с той же остротой, что и сто лет назад. Как это ни парадоксально, но все предлагавшиеся решения ее через некоторое время находили не менее удачное решение, предложенное с противоположных позиций. В опубликованной более 10 лет назад работе автора было подробно прослежено, почему накопленный более чем за столетие огромный экспериментальный материал оказывалось возможным трактовать, отправляясь от взаимоисключающих точек зрения [1]. Там же отмечалось появление новых направлений исследования и выражалась надежда, что они могут приблизить нас к решению пороговой проблемы. Данные, полученные в рамках одного из таких направлений, и предлагаются ниже вниманию читателя.

Начнем с экспериментальных фактов. По литературе известно, что от наблюдателя, которому предъявляются сигналы, относящиеся к зоне неразличения, можно ожидать одной из двух реакций: либо отказа от продолжения опыта, либо перехода на случайное угадывание. Нам хотелось выяснить, при каком значении d' последуют эти реакции, гели предъявлять для различения две тональные посылки, незначительно отличающиеся одна от другой по уровню. Неожиданно оказалось, что, когда в ходе последовательного уменьшения разницы между сигналами становится невозможным различать их по громкости, наблюдатель вырабатывает у себя способность улавливать в звучании некоторые новые качества и использовать их для различения. Так звуки могли казаться ему звонкими или глухими, острыми или притупленными, давящими или пронзающими, матовыми или блестящими, плотными или рыхлыми, гладкими или шероховатыми и т.д. Такие дополнительные сенсорные характеристики звука (ДСХ в последующем изложении) часто были неустойчивыми, плохо поддавались вербализации, но все же могли использоваться для различения [2], [3], [4].

Налицо был несомненный переход наблюдателя от работы по одной сенсорной характеристике (громкости) к работе по нескольким ДСХ. Соответственно для интерпретации полученных фактов была привлечена идея о многомерности сенсорного пространства [10], [11]. С этой точки зрения механизм обсуждаемых явлений может выглядеть следующим образом. Допустим, что многомерность сенсорного пространства ограничена двумя осями. Пусть одна из них будет осью громкости (х), а другая (у) — осью одной из названных выше ДСХ. Тогда множества сенсорных эффектов, вызываемых достаточно близкими сигналами, можно представить в виде двух областей, имеющих участок перекрытия (см. рис. 1). На оси х (громкость) они будут представлены распределениями f(x/S1) и f(x/S2), а на оси у (наша ДСХ) — распределениями f(y/S1) и f(y/S2). При таком расположении множеств, как на рис. 1, А, разведение распределений на оси х намного больше, чем на оси у. Здесь d'х > d'y. Наблюдатель без труда различает сигналы по громкости. Теперь предположим, что разница между сигналами S1 и S2 будет уменьшаться так, что зона пересечения f(y/S1) и f(y/S2) будет заметно увеличиваться, а зона пересечения f(x/S1)H f(x/S2) будет изменяться значительно меньше. Понятно, что через какое-то время окажется, что d'х ? d'y (см. рис. 1, Б), а затем станет d'х < d'y (см. рис. 1, В). Теперь различение сигналов по параметру у (т.е. по ДСХ) окажется для наблюдателя значительно проще, нежели по параметру х (громкости). Если наблюдатель перейдет на оценку сигналов по ДСХ, это даст возрастание эффективности различения по сравнению с тем, когда он оценивает сигналы по громкости.

Понятно, что описанный механизм будет принципиально оставаться тем же самым, независимо от того, сколькими осями обладает сенсорное пространство, двумя, как было на приводимом рисунке, или большим числом. Не имеет принципиального значения также вопрос о равновариативности показанных на рис. 1 распределений. Важно лишь, что возрастание участка наложения на оси х идет медленнее, чем на оси у. Таков в общих чертах механизм описанного явления.

Что же касается природы ДСХ, то пока что здесь не имеется единого мнения. Одна точка зрения сводится к тому, что ДСХ являются субъективным отражением некоторых

Рис. 1. Схема, поясняющая механизм улучшения различимости при использовании ДСХ.
Кругами обозначены области ощущений, вызываемых сравниваемыми стимулами. S1 и S2.
d' - принятый в психофизике индекс чувствительности.

не учтенных в опыте физических характеристик стимуляции. В качестве таковых называются высокочастотные спектральные составляющие, которые возникают при включении и выключении сигнала, а также дополнительные спектральные составляющие с частотами, кратными частоте основного тона (гармоники основного тона) [12], [13]. Другая точка зрения состоит в том, что ДСХ обязаны своим происхождением нелинейным искажениям уха, которые, как известно, меняются в зависимости от амплитуды тона [6]. Наконец, третья точка зрения сводится к тому, что ДСХ представляют собой феномен чисто психологической природы [9].

Как можно отнестись к этим точкам зрения или трем гипотезам? Наименее вероятной нам представляется первая из точек зрения. Конечно, если те или другие составляющие присутствуют в физике сигнала, то они при определенных условиях могут быть услышаны как ДСХ. Так оно, собственно, и было на самой первой модели нашей аппаратуры. Но в ходе дальнейшей работы аппаратура была улучшена, а затем вообще использована другая, более совершенная.

На рис. 2 приводится спектр использованного в опытах сигнала одного из наших аппаратурных комплексов. Для его построения была сначала получена осциллограмма сигнала, затем с помощью ЭВМ был вычислен интеграл Фурье, что и дало интересующий нас спектр. Как уже говорилось, мысль о том, что высокочастотные спектральные составляющие могут быть источником ДСХ, была высказана в рамках первой из рассмотренных точек зрения. Однако на рис. 2 наглядно видно, что большинство таких составляющих не достигают даже уровня абсолютного порога. Иными словами, звуки такой частоты и интенсивности не могут быть слышны даже в специальных условиях измерения абсолютной чувствительности (заглушенная камера и отсутствие других звуков). В одном месте на рис. 2 мы видим превышение абсолютного порога. Но и в этом случае интенсивность соответствующего звучания оказывается значительно ниже уровня маскировки, т.е. такое звучание не может быть воспринято ухом при одновременном воздействии основного тона.

Рис. 2. Пример спектра сигнала, применявшегося в рассматриваемых опытах. L — уровень спектральной плотности (в дБ), f — частота (в Гц), АВ — уровень абсолютного порога, CD — уровень маскировки.

Принципиально сходный спектр был получен и для второго из аппаратурных комплексов, использовавшихся в опытах. Примерно то же можно сказать и о гармониках (второе предположение в рамках первой из изложенных точек зрения). Вот почему, не отбрасывая эту точку зрения окончательно, мы рассматриваем ее как маловероятную.

Что касается двух других точек зрения, то в настоящее время мы не располагаем материалом, чтобы отдать предпочтение одной из них.

Таким образом, вопрос о природе ДСХ остается дискуссионным. В этой связи заслуживает внимание мнение Ю.А. Индлина, считающего, что первостепенным в данном случае является сам установленный феномен, заключающийся в способности наблюдателя при нехватке сенсорной информации компенсировать это за счет использования многомерности сенсорного пространства, независимо от природы этой многомерности.

Полученные нами экспериментальные данные содержали также материалы, касающиеся пороговой проблемы. На рис. 3 показаны кривые чувствительности, полученные у одного из наших испытуемых; нетрудно видеть, что правая кривая, представляющая

Рис. 3. Зависимость коэффициента d' от разницы между сравниваемыми стимулами, ?S. (Правая кривая — различение по громкости, левая — по ДСХ.)

различение по громкости, в точности соответствует пороговой теории: пересечение ею абсцисс дает нам значение порога в физических единицах. Точно так же видно, что левая кривая, которая описывает различение по ДСХ, при продолжении ее уходит в ноль координат, что соответствует уже теории непрерывности. В таком случае решение пороговой проблемы оказывается достаточно простым: наблюдатель работает по пороговому принципу, пока он опирается на оценку того сенсорного параметра, который задан ему экспериментатором, и начинает работать по принципу непрерывности, когда переходит к работе по нескольким параметрам. Иными словами, пороговый принцип связан с одномерным различением, тогда как принцип непрерывности — с многомерным.

Отметим, что такое решение пороговой проблемы оказалось в хорошем соответствии с теоретическими предсказаниями стохастической рекуррентной модели [10]. Согласно этой модели, при одних значениях величин, входящих в ее состав, она действует по пороговому принципу, а при других — по непрерывному. Дискретность и непрерывность в этом случае оказываются лишь двумя крайними режимами, в каждом из которых может работать наблюдатель.

Дело осложнилось только одним обстоятельством: кривые, расположенные как на рис. 3, были получены примерно у половины наблюдателей. У остальных же их кривая различения по ДСХ оказывалась недостаточно сдвинутой по отношению к громкостной кривой для того, чтобы при экстраполяции пройти через ноль координат. Сначала это нас не смущало: все психофизики хорошо знают, что сенсорная чувствительность подвержена значительным изменениям и поэтому можно было надеяться, что сдвинуть немного нужную нам кривую до желаемого положения окажется не слишком сложной экспериментальной задачей, но кривые различения по ДСХ упорно не желали никуда смещаться. Даже такой, казалось бы, верный прием, как аутогенное погружение, приводящее, как известно, к улучшению чувствительности (см. [19]), не дал нужного эффекта. В поисках усиления воздействия наши испытуемые были обучены самопрограммированию в нейтральном аутогенном состоянии. Это привело к появлению у них фантомных признаков (т.е. признаков, субъективно не различимых от ДСХ, но не меняющих сенсорную чувствительность), однако ожидаемого улучшения чувствительности не произошло, кривые остались на месте (опыты Н.В. Цзена) [5].

Здесь мы должны будем отвлечься от изложения экспериментальных данных, чтобы обратиться к некоторым теоретическим основаниям психофизики. Речь пойдет о парадигме, в одинаковой мере принятой как в классической, так и в современной психофизике. Эта парадигма предполагает, что работа сенсорной системы у всех лиц строится согласно одним и тем же принципам. Отсюда, кстати, и традиция проводить психофизические исследования весьма тщательно, но на небольшом числе испытуемых. Достаточно напомнить, что эксперименты, которые Д. Грин и Дж. Свете включили в свою известную книгу в качестве базовых, были выполнены на четырех наблюдателях [21]. Вот эта-то парадигма, по-видимому, и может быть сегодня взята под сомнение. Думается, что у нас есть основания рассматривать ее как известное упрощение реально существующих отношений и поставить на повестку дня вопрос о создании новой психологической дисциплины — дифференциальной психофизики.

Следует отметить, что возможность создания такой дисциплины в области «Психофизики-1» впервые была указана Е.З. Фришман [17], установившей зависимость индивидуальных результатов своих испытуемых от уровня активации. Однако в то время эта идея не привлекла к себе особого внимания. Причина этого заключалась, по-видимому, в том факте, что психофизические эксперименты дают подчас большие индивидуальные различия. Однако для того, чтобы стать предметом специального изучения, очевидно, недостаточно констатировать их существование. Только тогда, когда удается выявить детерминанты, ответственные за их появление, можно говорить о формировании особого направления исследования, или особой научной дисциплины. Без установления таких детерминант все подобные результаты рассматриваются лишь под углом зрения разброса индивидуальных данных. Выявление одной такой детерминанты — уровня активации,— очевидно, было сочтено большинством исследователей недостаточным для изменения традиционных позиций.

Однако за последнее время было выявлено по крайней мере две новые детерминанты: роль индивидуальных стратегий в получаемых результатах [16], [17] и зависимость этих результатов от когнитивных стилей наблюдателей [7], [8]. Существование трех установленных детерминант делает вполне своевременной постановку вопроса о дифференциальной психофизике как об особом научном направлении. Следует упомянуть и о работах Т.А. Ратановой [14], [15], показывающих актуальность поставленного вопроса применительно к «Психофизике-II».

В работах Т.П. Войтенко и И.Г. Скотниковой было сделано влияние на результаты, показываемые в психофизическом опыте, трех когнитивных стилей: полезависимости — полененезависимости, ригидности — флексибельности и, наконец, когнитивной сложности.

Оказалось, что полезависимые лица испытывают значительно больше сомнений по сравнению с поленезависимыми; это ярко выступает при сопоставлении между собой серий, где те и другие показали объективно одинаковый результат. Ригидные лица отличаются от флексибельных тем, что у них заметно позже появляется и дольше длится период простого различения; можно полагать, таким образом, что у них медленнее происходит формирование новых сенсорных осей. Наконец, у когнитивно более сложных лиц по сравнению с более простыми кривая различимости по ДСХ оказывается сильнее смещенной относительно кривой различимости по громкости.

На этот последний результат необходимо обратить внимание1. Коль скоро величина сдвига кривой чувствительности, происходящего при переходе к различению по ДСХ, зависит от такого качества, как когнитивная сложность наблюдателя, выводы напрашиваются сами собой. Степень выраженности такого качества, как когнитивная сложность, является разной у разных наблюдателей. Степень смещения кривой оказывается у них тоже различной. В таком случае величину смещения можно считать индивидуальной характеристикой наблюдателя, аналогично тому, как мы рассматриваем само качество когнитивной сложности. А если так, то достигнутое смещение должно оставаться достаточно стабильной величиной, слабо реагирующей на попытки добиться его дальнейшего увеличения. Это заключение в точности соответствует тому, что было получено в описанных выше экспериментах.

Таким образом, очевидно, что пока различение наблюдателя остается одномерным, строго базируясь на заданном ему сенсорном параметре, его работа будет строиться по пороговому принципу. Если условия опыта допускают переорганизацию сенсорного пространства в многомерное, когда различение наблюдателя начинает базироваться уже не на одной, а на нескольких сенсорных осях, то эффективность различения естественно возрастает. Насколько далеко заходит упомянутая переорганизация сенсорного пространства, определяется уровнем когнитивной сложности наблюдателя (видимо, в первом приближении можно думать, что чем больше сенсорных осей использует в своей работе наблюдатель, тем больше ему удается улучшить свой результат).

В ходе этого процесса работа наблюдателя начинает постепенно приобретать характер, ближе соответствующий принципу непрерывности. Предельным случаем здесь является представленный на рис. 3 вариант, когда переход к принципу непрерывности оказывается завершенным.

На основании вышесказанного можно сделать следующие выводы.

1. Пороговая проблема, по-видимому, не имеет общего решения.

2. Пороговая проблема, очевидно, имеет парциальное решение на путях дифференциальной психофизики.

3. Некоторые наблюдатели оказываются способными работать по пороговому принципу при одномерном различении и по непрерывному — при многомерном. У других же сенсорный ряд не приобретает качества непрерывности даже при многомерном различении.

4. К какой из этих двух групп будет относиться данный конкретный наблюдатель, по-видимому, определяется уровнем его когнитивной сложности.



1. Бардин К.В. Проблема порогов чувствительности и психофизические методы. М., 1976.

2. Бардин К.В. Работа наблюдателя в припороговой области // Психол. журн. 1982. № 1. С. 52—59.

3. Бардин К.В., Войтенко Т.П. Феномен простого различения // Психофизика дискретных и непрерывных задач. М., 1985.

4. Бардин К.В., Садов В.А., Цзен Н.В. Новые данные о припороговых феноменах // Психофизика сенсорных и сенсомоторных процессов / Под ред. Ю.Н. Забродин. М., 1984.

5. Бардин К.В., Горбачева Т.П., Садов В.А., Цзен Н.В. Явление компенсаторного различения // Вопр. психол. 1983.№ 4. С. 113—118.

6. Бардин К.В., Садов В.А. Мультидементное слышание: его природа и использование в деятельности наблюдателя // Проблемы психологического анализа деятельности. Ярославль. 1986.

7. Бардин К.В., Войтенко Т.П. Влияние когнитивных особенностей на эффективность различения акустических сигналов // Когнитивные стили / Под ред. В. Колга. Таллинн, 1986.

8. Войтенко Т.П. Познавательный стиль наблюдателя и особенности его работы со стимулами пороговой области // Психологические проблемы индивидуальности. Вып. II. Научные сообщения к семинару-совещанию молодых ученых. Ленинград. 14—17 мая 1984 г. М., 1984.

9. Войтенко Т.П. Сенсорная тренировка как фактор развития чувствительности: Автореф. канд. дис. М., 1989.

10. Забродин Ю.М. Введение в общую теорию сенсорной чувствительности // Психофизические исследования. М.

11. Забродин Ю.М., Лебедев А.Н. Психофизиология и психофизика. М., 1977.

12. Ломов Б.В., Беляева А.В., Носуленко В.Н. Вербальное кодирование в познавательных процессах. М., 1986.

13. Носуленко В.Н. Психофизика сложного сигнала: проблемы и перспективы // Психол. журн. 1985. № 2. С. 73—84.

14. Ратанова Т.А. Абсолютная слуховая чувствительность и физиологическая сила надпороговых раздражителей // Вопр. психол. 1984. № 2. С. 112-121.

15. Ратанова Т.А. Сила нервной системы и интенсивности ощущений // Вопр. психол. 1975. № 5. С. 34- 45.

16. Скотникова И.Г. Стратегии испытуемых в методе средней ошибки и результаты исполнения // Психофизические исследования восприятия и памяти. М., 1981.

17. Скотникова И.Г. Индивидуальная специфика сенсомоторных стратегий при пороговом различении и характеристика когнитивного стиля // Психологические проблемы индивидуальности. Вып. II. Научные сообщения к семинару-совещанию молодых ученых. Ленинград. 14— 17 мая. 1984 г. М., 1984.

18. Фришман Е.З. Вариативность психофизических показателей и ее причины // Психофизика сенсорных систем. М., 1979.

19. Цзен Н.В. Изменение дифференциальной чувствительности как послеэффект аутогенной тренировки // Психофизика дискретных и непрерывных задач. М., 1985.

20. Delboeuf J. Examen critique de la loi psychophysique: Sa base et sa signification. Paris: Bailliere, 1883.

21. Green D., Swets J. Signal detection theory and psychophysics. N.Y.: Willey, 1966.

22. Fechner G.T. Elemente der Psychophysik. Bd. I—II. Leipzig 1 Aufl. 1860; 2 Aufl. 1889. Breitkopf und Hartel. Bd. I; Bd. II.

23. Jastrow J. A critique of psychophysic methods // Amer. J. Psychol. 1888. V.1.P. 271—309.

24. Muller G. Zur Grundlegung der Psychophysik. Berlin: T. Hofman, 1878.