Проблема измерения ощущений. Психофизика

Каждое ощущение независимо от его принадлежности к определенной сенсорной системе, например зрению, слуху, осязанию и т.д., обладает свойствами интенсивности, длительности и пространственной локализации.

Проблеме измерения соотношения объективной и субъективной интенсивности стимула посвящен особый раздел психологии — психофизика. Основателем психофизики считается Г.Т. Фехнер (1801— 1887), опубликовавший в 1860 г. фундаментальный труд «Элементы психофизики». В дальнейшем установлением количественной меры ощущений занимались многие ученые.

Психофизика основывается на ряде эмпирических фактов. Во-первых, легко видеть, что не всякий объективно воздействующий физический раздражитель вызывает у нас ощущение. Во-вторых, мы обладаем очень ограниченной способностью различать ощущения, в то время как технический прибор точно показывает, что их источники по физическим характеристикам отличаются. Например, неподготовленному слушателю ноты «си» и «до» могут показаться одинаковыми, хотя на самом деле они отличаются на целый тон. В-третьих, даже в том случае, когда мы способны сказать, что одно ощущение отличается по интенсивности от другого (свет свечи мы видим как более слабый, чем свет настольной лампы), нам трудно судить о конкретной величине этого различия. Так, мы не можем сказать, что звук громкостью в 10 Дб (шорох листьев) в два раза тише, чем звук громкостью в 20 Дб (шепот), а тот, в свою очередь, в три раза тише, чем звук громкостью в 60 Дб (нормальный разговор). Другими словами, объективная (физическая) шкала изменения раздражителя не совпадает с субъективной шкалой изменения ощущения. Поэтому возникает вопрос о психологических правилах (законах) приведения в соответствие шкалы изменения раздражителя и шкалы изменения ощущения. Фехнер и его последователи были уверены, что данные соотношения носят не случайный характер, и попытались описать эти закономерности математически.

Первая проблема, с которой приходится сталкиваться исследователям, связана с фактом существования порога ощущений. Выделяют абсолютный нижний и абсолютный верхний пороги ощу-Щений. Абсолютный нижний порог ощущения определяется минимальной интенсивностью раздражителя, при котором возникает соответствующее ощущение. Для установления значения нижнего абсолютного порога (который различен для каждой модальности, зависим от свойств анализатора и психологического состояния человека) пользуются следующими приемами:

Глава 7. Познавательные процессы. Ощущение и восприятие

• постепенно увеличивая интенсивность стимула (например, громкость звука) от неощущаемой зоны до момента возникновения ощущения (испытуемый сообщает, что «появился чуть слышный звук»), экспериментатор фиксирует эту критическую точку, замеры i производятся несколько раз и вычисляется среднее значение;

• постепенно уменьшая интенсивность стимула (например, громкость звука), двигаясь из отчетливо ощущаемой зоны к моменту! исчезновения ощущения (испытуемый сообщает «звук пропал»), I экспериментатор фиксирует это критическое значение, замеры также производятся несколько раз и вычисляется среднее;

• вычисляют среднюю интенсивность раздражителя, в ответ на который в 50% случаев фиксируется наличие ощущения, при этом; предъявление дискретных стимулов разной интенсивности (близ-1 кой к зоне порога) осуществляется в случайном порядке с разными I интервалами, а испытуемый должен сообщать о каждом замеченным им раздражителе.

Данные замеров, полученных разными методами, как правило, несколько отличаются, что объясняется явлением адаптации и эффектом ожидания.

Абсолютный верхний порог ощущения — это максимальная интенсивность раздражителя, при котором ощущение теряет свою модальную специфичность (часто переходя в боль). Так, для слуховой чувствительности нижним абсолютным порогом будет громкость примерно в 0,3 Дб (тиканье ручных часов в полной тишине на расстоянии 6 м), а верхним абсолютным порогом — громкость в 150 Дб (шум взлетающего самолета). Следует заметить, что даже для одного и того же человека величина абсолютного порога носит непостоянный характер: он оказывается то выше, то ниже. Еще И. Мюллер в середине XIX в. отмечал, что по мере накопления опы-_; та (тренировки) величина нижнего абсолютного порога понижаетп ся, а по мере утомления — повышается. Влияние фактора «трени^ рованности» испытуемого на порог чувствительности его сенсорных систем связано с тем, что человек начинает предвосхищать нужные стимулы и поэтому легче находит их (в процесс ощущения включаются механизмы восприятия).

Еще в большей степени эта неразрывность процессов ощущения и восприятия проявилась в концепции «обнаружения сигнала» Д. Грина и Дж. Светса (1966). Они предположили, что вероятность обнаружения слабого раздражителя, близкого по своему значению к пороговому, зависит от «цены» ответа. Грин и Свете разделили два типа ошибок — «ошибки пропуска» и «ложные тревоги». Первый тип ошибки означает, что слабое ощущение присутствует в сознания

7.1. Ощущение

субъекта, но он не обнаруживает его и не дает реакции. Второй тип ошибки проявляется в том, что субъект реагирует на ощущение, которого объективно нет. Для иллюстрации концепции Грина и Светса представим себе врача-диагноста. Он рассматривает рентгенограмму больного и должен определить, свидетельствует ли она о наличии опухоли. Если он пропустит тревожный сигнал, расплатой может стать жизнь пациента. А если поднимет ложную тревогу, пациенту придется всего лишь пройти процедуру повторного обследования. Очевидно, что в такой ситуации врач скорее будет «замечать» признаки опухоли в недостаточно определенном изображении, чем игнорировать их (Дж. Лофтус (G. Loftus), 2002). Аналогичный пример можно привести из области обоняния. Например, запах какого-то блюда кажется вам немного подозрительным. Если вы заботитесь о своем здоровье, вы не станете есть такое блюдо: лучше остаться голодным (ошибка ложной тревоги), чем отравиться (ошибка пропуска). Обратная тенденция будет наблюдаться, если цена ложной тревоги высока. Например, влюбленный упорно не хочет замечать недостатки характера предмета своего обожания, которые очевидны для всех окружающих. Ведь в противном случае он рискует потерять прекрасное чувство.

Другим понятием, связанным с проблемой порогов, является дифференциальный порог, или порог различения. Дифференциальный порог — это минимальное различие в интенсивности двух раздражителей, при которой возникают отличные друг от друга ощущения. Измерение дифференциального порога связано с упомянутым уже нами эмпирическим фактом — нашей ограниченной способностью к различению стимулов. Изучение дифференциальных порогов оказывается очень важным для решения широкого круга практических задач. Насколько автомобилист может превысить допустимую скорость, чтобы его нарушение визуально не было замечено регулировщиком движения? Не покажется ли вам, что чемодан стал намного тяжелее, если положить в него еще одно платье? Почувствуют ли гости, что блюдо пересолено, если хозяйка положила в кастрюлю на 1 г больше соли, чем было указано в рецепте? Ответ на эти вопросы дает психофизический закон Э. Вебера (1795— 1878). Вебер поставил перед собой цель установить величину едва заметного различия, т.е. наименьшего различия между двумя физическими раздражителями, которое может определить человек. Он экспериментировал со способностью различения веса. Оказалось, что различительная способность зависит не от абсолютной, а от относительной величины изменения. Так, испытуемому казались разными грузы весом 40 г и 41 г, но грузы весом 80 г и 81 г оценивались

Глава 7. Познавательные процессы. Ощущение и восприятие

как равные. Таким образом, Вебер установил, что величина едва заметного различия составляет 1/40 от первоначального веса и является константой. Одновременно с Вебером вел исследования и другой ученый — П. Бугер, поэтому этот психофизический закон получил название по именам обоих авторов. Закон Вебера — Бугера выражается формулой

AI/1 = const, где / — интенсивность стимула, А/ — приращение стимула.

Впоследствии были получены данные о величине едва заметного различия относительно других модальностей (табл. 14).

Таблица 14 Дифференциальные пороги для ощущений различных модальностей

-

7.1. Ощущение

Последующие исследования, правда, показали, что закон Вебера — Бугера действителен только для средней части диапазона чув- » ствительности сенсорной системы. При приближении к пороговым I величинам в закон должна быть внесена поправка, отражающая ве- s личину ощущения от деятельности самой системы (например, бие-J ния сердца в слуховой модальности или собственного свечения сет-; чатки в зрительной модальности).

Таким образом, в окончательном виде этот закон имеет следующий вид: А// / + Р = const., где Р — поправка на «шум» от работь^ сенсорной системы.

Эмпирический факт несовпадения объективной шкалы изменения раздражителя и субъективной шкалы изменения ощущения был ^ описан основным психофизическим законом, установленным Фех-." нером и впоследствии модифицированным Стивенсом. Фехнер» используя математические преобразования соотношения Вебера j Бугера, пришел к выводу, что изменение силы ощущения пропорциъ опально десятичному логарифму изменения силы воздействующей? раздражителя. Другими словами, когда раздражитель растет в гео-

метрической прогрессии (увеличивается в N раз), ощущение вырастает лишь в арифметической прогрессии (увеличивается на N). Основной психофизический закон Фехнера выражается формулой

R = С (lg / — lg /₀), где R — интенсивность ощущения, / — интенсивность действующего стимула, Iq — интенсивность стимула, соответствующая нижнему абсолютному порогу, а С — константа Вебера — Бугера, специфичная для каждой модальности.

Форма психофизической кривой для ощущения громкости звука условно отражена на рис. 41.

10 50

Сила раздражителя, в Дб.

Рис. 41. Логарифмическая кривая зависимости интенсивности ощущения громкости от силы звука

При выведении этого закона Фехнер исходил из невозможности непосредственной оценки испытуемым интенсивности возникающего у него ощущения. Поэтому в его формуле единицами измерения выступают физические величины. В 1941 г. С. Стивене из Гарвардского университета выдвинул идею о возможности прямой оценки человеком своих ощущений. Поэтому он модифицировал соотношение Вебера — Бугера, заменив в нем отношение физической величины едва заметного изменения стимула к физической интенсивности исходного стимула на отношение субъективного переживания едва заметного изменения стимула к субъективному переживанию интенсивности исходного стимула. Соотношение Стивенса означает, что ощущение едва заметного изменения относится к исходному ощущению с постоянной величиной. Другими словами, когда мы ощущаем слабый стимул, то достаточно небольшого изменения, чтобы мы могли уловить различие, а если мы переживем сильное ощущение, то нам требуется значительная «добавка» Для того, чтобы мы зафиксировали в сознании факт изменения ощущения. В результате такой модификации Стивене вывел свою вер-

Глава 7. Познавательные процессы. Ощущение и восприятие

7.1. Ощущение

сию основного психофизического закона, который носит не логариф* 1 мический, как у Фехнера, а степенной характер:

R = C(I-I_oy.

Показатель п степенной функции Стивенса различен для разных модальностей ощущений. Например, он варьирует от 0,3 для громкости звука до 3,5 для электрического удара. В настоящее время версии психофизического закона Фехнера и Стивенса рассматривав ются как дополняющие друг друга.

Динамика изменения ощущения не сводится исключительно к действию психофизических законов. Важную роль играют такие механизмы изменения чувствительности, как адаптация, сенсибилизация, явления контраста и синестезии. Адаптация — это пони-! жение чувствительности (повышение порога) сенсорной системы в результате длительного воздействия раздражителя. Например, обычно вы не ощущаете давления одежды и тиканья своих наручных часов, хотя эти стимулы оказывают на вас реальное физическое воздействие. Или, например, если вы прыгниете в холодную воду, то через несколько минут обнаружите, что она, оказывается, не такая уж холодная. В таком случае говорят, что ваша сенсорная система адаптировалась к действию стимула. Явление адаптации крайне полезно для организма: оно позволяет освобождать систему от об* работки тех стимулов, значение которых уже оценено. Как остроумно заметил лауреат Нобелевской премии Д. Хьюбел: «Прежде всего нас интересует все новое и неизвестное. Никому не нужно, чтобы на протяжении 16 часов кому-то напоминали, что у него на ногах ботинки». Но адаптация — не всегда благо. В зрительной системе в связи с этим сформировались особые приспособления для борьбы с адаптацией. Показано, что если бы глаз оставался неподвижным» достаточно скоро мы перестали бы видеть изображение. Поэтому наши глаза постоянно совершают своеобразные скачки, которые обеспечивают поступление новой стимуляции на сенсорную по-¹ верхность глаза.

Сенсибилизация — это процесс, обратный адаптации. Он заключается в повышении чувствительности (снижении порога) сенсорной системы к длительно действующему раздражителю. Так, долгое воздействие раздражителя, вызывающего боль, не ведет к тому, что субъективно ощущение боли исчезает, наоборот, переживание боли становится все сильнее. Таким образом, организм как бы «усиливает требование» удалить опасный раздражитель.

Явление контраста заключается в том, что предшествующе* ощущение оказывает влияние на последующее. Например, после

_того. как мы съели что-то сладкое, кислое кажется нам еще более кислым, если дотронуться до холодного предмета после прикосновения к горячему, ощущение холода будет более интенсивным. Особенно полно явления контраста исследованы для зрительной системы.

Синестезия — это феномен слияния свойств различных сенсорных систем. Например, каждый из нас интуитивно понимает, что обозначают словосочетания «холодный звук» или «крикливый цвет», хотя очевидно, что с точки зрения объективной реальности звук не обладает температурными характеристиками, а цвет — звуковыми.

7.1.3. Зрение

Зрительная система человека реагирует на электромагнитные волны в узкой полосе спектра с длиной волны от 400 до 700 нанометров (1 нанометр = 0,000000001 метра). Волны именно этого диапазона ощущаются нами как свет. Вне чувствительности нашей зрительной системы остается огромное разнообразие электромагнитных воздействий от коротких рентгеновских лучей до длинноволнового излучения, которое используется в радиовещании. Главные характеристики света — это частота (воспринимается как цвет) и интенсивность (воспринимается как яркость).

Сенсорной поверхностью, специализированной для реагирования на свет в зрительной системе, является сетчатка (retina). Однако прежде чем достичь ее, луч света проходит сквозь роговицу, радужку, хрусталик и стекловидное тело. Все перечисленные элементы вместе с мышечно-связочным аппаратом представляют собой части сложного оптического устройства глаза. Они идеально приспособлены к тому, чтобы создать сетчатке оптимальные условия Для приема световой информации при меняющихся внешних условиях. Например, отверстие в радужке — зрачок — изменяет свой размер, расширяясь при недостаточном освещении и сужаясь при избыточном (зрачок способен изменять свой размер в 16 раз). На Рис. 42 представлено изображение глаза человека.

Пройдя через все структурные компоненты глаза, свет попадает На сетчатку. Название этого ансамбля рецепторов происходит от ^сЛова «сеть», так как сетчатка насыщена густой сетью кровеносных сосудов. Сетчатка представляет собой тонкий слой взаимно связанных между собой светочувствительных нейронов, которые преобра-³Уют поток света в электрические импульсы. Сетчатка содержит "олыцое количество зрительного пигмента родопсина, так что зре-

Глава 7. Познавательные процессы. Ощущение и восприятие

-

7.1. Ощущение

РсгоЫца

Зрачок

ВоЛюиотоя жидкость

Цшшарная мышца

Радужка

Мемйрана,поЗд:ржи ёсющся хрусталик

Рис. 42. Глаз человека

ние начинается в сущнос-1 ти как фотохимическая | реакция разложения ро- I допсина под действием I света. Сетчатка — это часть коры мозга, выне-сенная вовне, поэтому она является не просто пас- I сивным «преобразовате-; лем» световой энергии в электрические импульсы. Сетчатка содержит два типа светочувствительных клеток — палочки и колбочки, которые получили свое название в соответствии с внешним видом. Цветное зрение при ярком свете обеспечивается колбочками (фото-пическое зрение), а черно: белое сумеречное зрение —

палочками (скотопическое зрение). Колбочки концентрируются на одном участке сетчатки, который называется фовеа, или центральная ямка. Попадание света на этот участок необходимо для эффекта цветового зрения. Светочувствительные клетки соединены со слоем ган-глиозных биполярных клеток, которые формируют зрительный нерв, проводящий электрические импульсы в мозг. Каждая ганглиозная клетка посылает в зрительный нерв одно волокно. В итоге зрительный нерв состоит в среднем из 800 тысяч волокон. Место, где зрительный нерв покидает сетчатку, получил название слепого пятна, так как в нем сетчатка не содержит светочувствительных клеток и, соответственно, зрение отсутствует.

Зона коры больших полушарий, ответственная за зрение, находится в задних отделах мозга и называется зрительным проекцией* ным полем. В зрительной коре более 50% нейронов занято анализом информации, идущей от центральной ямки, которая занимает не более 10% зрительного поля. Таким образом, именно та часть изображения, которая соответствует фовеальной области, перерабатывается максимально детально.

Каким же образом в мозгу кодируется зрительный образ? КаЖ' дый образ может быть охарактеризован с точки зрения его яркости)

конфигурации и цвета. Упрощенно можно сказать, что выделение контуров объекта напрямую связано со степенью возбуждения светочувствительных клеток. В формировании изображения контуров объекта на сетчатке важную роль играют различия в интенсивности света. В настоящее время считается, что анализ формы воспринимаемого объекта на уровне ощущения связан с двумя факторами. Во-первых, это эффекты контраста, которые обусловлены тем фактом, что возбужденные участки сетчатки взаимодействуют между собой. А во-вторых, это — результаты деятельности специальных клеток-детекторов, которые выборочно реагируют на объекты различной пространственной ориентации.

Первое явление, связанное с взаимодействием возбужденных участков, носит название латерального торможения. Механизм латерального торможения заключается в том, что рецептор, получивший большую стимуляцию, тормозит возбуждение соседних клеток. Таким образом, получается, что ответное возбуждение нейронов, испытывающих воздействие одинаковой интенсивности, слабое, а нейроны, которые находятся в области перепада световой интенсивности, возбуждаются значительно сильнее. В результате кодируются границы между объектами. Поясним роль латерального торможения в кодировании границы между более и менее яркими областями изображения на примере (рис. 43).

Представьте, что перед глазом испытуемого находится параллелепипед. Поверхности, образующие угол, различаются по яркости. Передняя поверхность ярче, чем боковая. Задача латерального торможения в данном случае — закодировать границу перехода от светлого к темному. Возьмем гипотетический участок сетчатки, состоящий из семи светочувствительных рецепторов. Каждый из рецепторов, находясь в активном состоянии, понижает ответ соседних рецепторов на величину, в половину меньшую своей активности. Например, рецептор, на котррый воздействует свет интенсивностью 20 ед. будет осуществлять торможение соседних клеток на 10 ед., а тот рецептор, который получил воздействие интенсивностью в 10 ед., — на 5 ед. Легко видеть, что ганглиозные клетки, которые соответствуют рецепторам I, II и III, останутся в покое, так как каждый из их «соседей» понизит их активность на 10 ед. (20 - 10 - 10 = 0). Ганглиозная клетка IV даст ответ силой в 5 ед. (20 -10-5 = 5). Ганглиозная клетка V Даст ответ силой в -5 ед.; ганглиозные клетки VI и VII останутся в покое. Таким образом, результатом кодирования станет граница между темным и светлым участком, а избыточную информацию система проигнорирует.

254 Глава 7. Познавательные процессы. Ощущение и восприятие

Объект

20 ед.

Интенсивность света

Рецепторы

Латеральное торможение

Ответ

10 ед.

I II III IV

VI VII

И 20 10 10

о

о

-5

о

Рис. 43. Латеральное торможение как механизм выделения контура видимого объекта

Описанная в данном примере нейронная сеть реагирует на контуры: она превращает мир в штриховой рисунок. Механизм латерального торможения отражает один из аспектов порождения видимого мира силами самого рецептора.

Второй фактор связан с тем, что в коре головного мозга обнаружены специальные клетки-детекторы, которые выборочно реагируют на объекты различной ориентации (рис. 44). Первооткрыватели данного явления Д. Хьюбел и Т. Визел были удостоены Нобелевской премии по физиологии. Информация о различных конфигурациях объектов подвергается детекции в коре головного мозга с пот мощью механизмов, открытых Хьюбелом и Визелом.

Человеческий глаз способен воспринимать не только контуры объектов. Все объекты внешнего мира по-разному отражают свет. И если палочковые рецепторы сетчатки реагируют только на интенсивность света и, соответственно, формируют ахроматическое изображение, то колбочковые рецепторы, фиксируя частоту световой волны, дают нам возможность различать цвета.

Первая попытка объяснить цветовое зрение была предпринята в 1802 г. английским физиологом Томасом Юнгом и получила название трихроматической. Позднее она была развита Г. Гельмгольцем-

7.1. Ощущение

По мнению этих авторов, все богатство цветовых ощущений можно свести к результату смешения трех основных цветов — синего, зеленого и красного. В центральной ямке сетчатки располагаются три вида колбочек, каждый из которых выборочно реагирует на короткие волны (синий цвет), средние волны (зеленый) и длинные волны (красный цвет). Так, одновременная стимуляция «красных» и «зеленых» колбочек вызывает ощущение желтого цвета. Георг Вальд получил Нобелевскую премию в 1964 г. за экспериментальное доказательство этой теории. Однако ряд факторов не укладывается в трихроматическую концепцию цветового зрения. Один из них — это наличие цветов-антагонистов, которые проявляются, например, в эффекте послеобраза. Если вы долго будете смотреть на красный предмет, а потом переведете взгляд на белую стену, вы увидите зеленое изображение. Аналогичной парой являются синий и желтый цвета.

Стимул

Реакция клетки-детектора в коре головного мозга ___I_____I-------1------Фоновое возбуждение

Слабая активация

Максимальная активация

Рис. 44. Реакция клеток-детекторов вертикального стимула

Гипотеза цветового зрения, альтернативная трихроматической, получила название «теория оппонентных процессве». Впервые она была выдвинута Е. Герингом в 1870 г. Впоследствии она была усовершенствована Л. Гурвичем и Д. Джеймсон (1957). Теория оппонентных процессов утверждала, что в нашем зрительном аппарате происходят разнонаправленные процессы трех типов: красно-зеленые, сине-желтые и черно-белые. Цвета, относящиеся к разным ^сторонам оппонентного процесса, не могут переживаться одновременно. Вот почему мы не можем себе вообразить «голубоватый желтый» или «красноватый зеленый». Каждая пара цветов-антагонис-^т°в представляет собой подобие аптекарских весов. Например, в том ^С;1Учае, когда на глаз действует длина волны около 460 нм, «сине-желтые» весы склонятся в сторону синего, а «красно-зеленые» и

Глава 7. Познавательные процессы. Ощущение и восприятие

-

7.1. Ощущение

«черно-белые» останутся в равновесии. В результате мы будем переживать ощущение синего цвета. Когда на глаз воздействует световой поток с длиной волны около 450 нм, «сине-желтые» весы склонятся в сторону синего, «красно-зеленые» — в сторону красного, а «черно-белые» останутся в равновесии. В результате мы будем переживать ощущение фиолетового цвета. Теория оппонентных процессов хорошо объясняет явления цветовой слепоты, или дальтонизма. Самый распространенный вариант этой болезни заключается в неспособности различения красного и зеленого цветов, что может быть связано с дефектом красно-зеленой системы оппонентных процессов (у больного она всегда находится в равновесии). Одной из основных трудностей при принятии гипотезы оппонентных процессов является проблема перехода от трех типов колбочек к четырем качественно различным оттенкам цвета (пара черный -г белый определяет светлоту оттенка). Гурвич и Джеймсон справились с этой проблемой, предположив, что к каждой системе оппонентных цветов подключены все три типа колбочек.

Например, синий полюс сине-желтой системы активизируется коротковолновыми колбочками, а желтый тормозится средневолновыми и длинноволновыми колбочками. Если силы возбуждения от коротковолновых колбочек перевешивают торможение от средневолновых и длинноволновых колбочек, получается ощущение синего цвета. Если перевешивает торможение от средневолновых щ длинноволновых колбочек, мы переживаем ощущение желтого. В том случае когда силы оказываются примерно равны, цветовое ощущение, относящееся к данной паре, не возникает (рис. 45).

Коротковолновые колбочки

Средневолновые колбочки

Длинноволновые колбочки

Система синий / желтый

Ощущение синего цвета

Рис. 45. Роль различных типов колбочковых рецепторов сетчатки в осуществлении опонентного процесса в сине-желтой системе

В заключение следует упомянуть несколько слов о бинокуляр-рости зрения человека. Когда мы смотрим двумя глазами, на каждой из сетчаток формируется свое изображение. Зрительная система способна оценивать угол, который образуют оси зрения, идущие _от каждого глаза, и на основании этой оценки судить о расстоянии до предмета. Таким образом, «удвоение» изображения служит своеобразным дальномером для нашего зрения.

В результате сложного процесса кодирования зрительной информации в коре головного мозга складывается конфигурация основных свойств видимого мира: линий, углов, движения и цвета. В дальнейшем эта информация подвергается комплексной переработке в процессах восприятия. -

7.1.4. Слух

Стимулом для слуховой системы являются звуковые волны, которые представляют собой колебания воздуха. Звуковые волны так же, как и электромагнитные колебания, могут быть описаны с помощью длины волны, определяющей частоту (воспринимается как высота звука), и амплитуду волны (воспринимается как громкость). Человеческое ухо способно адекватно формировать ощущения в ответ на стимуляцию звуковыми волнами в диапазоне интенсивности от 1 до 150 Дб и в диапазоне частоты от 5 до 20 000 Гц.

Звуковые волны, достигая периферии слуховой системы, оказывают давление на барабанную перепонку — упругую мембрану, находящуюся в конце слухового прохода. Далее колебания барабанной перепонки с помощью слуховых косточек передаются на пластинку овального отверстия, которое

Рис. 46. Строение внутреннего уха человека:

Разделяет среднее и внутреннее ухо. И ба-Рабанная перепонка, и слуховые косточки пе-

⁹ Я-83П

1 — барабанная перепонка; 2, 3, 5 — слуховые

косточки; 4 — круглое окно; 6 — овальное окно;

7 — вестибулярная лестница; 8 — перепончатый

канал; 9 — барабанная лестница;

10 — основная мембрана

Глава 7. Познавательные процессы. Ощущение и восприятие

редают частоту и усиливают амплитуду колебаний, делая нашу слуД ховую систему более чувствительной.

Сенсорной поверхностью слухового анализатора является улит-, ка. Внутри улитки находится основная мембрана — кусочек кожи длиной около 3,5 см. Движение жидкости внутри улитки деформи-) рует основную мембрану, покрытую волосковыми клетками, которые и являются рецепторами слуховой системы. Ганглиозные клетка соединяются с волосковыми клетками, образуя слуховой нерв, коп торый несет импульсы в височные доли коры головного мозга.

Каким образом смещение волосяных клеток основной мембраны улитки кодирует различные аспекты звукового сигнала? По величин не временного интервала между достижением звуковой волной од^, ного и другого уха устанавливается направление звука. Оценка вы> сотных характеристик звукового сигнала описывается с помощью; локализационной теории, выдвинутой Г. Гельмгольцем (1863) и подробно разработанной Г. Бекеши (1899—1972). Бекеши, экспериментируя с препаратами улиток быка, выяснил, что волосяные клетки основной мембраны по-разному реагируют на звуки различной частоты. При высокой частоте звука активизируются рецепторы, расположенные вблизи овального отверстия, а при понижении высоты пик активации смещается в сторону верхушки улитки. Однако ло-кализационная теория объясняет кодирование высоты звука толъ\ ко в пределах выше 50 Гц. При частоте звука ниже 50 Гц вся поверхность основной мембраны реагирует практически равномерно. Пр№, цесс кодирования частоты звука меньше 50 Гц описывается теорией частоты. Предполагается, что в этом случае сенсорная система дей* ствует напрямую, передавая соответствующее число нервный импульсов в секунду (например, частота самой низкой ноты роялМ 27 Гц, эта высота будет закодирована с помощью паттерна с xapatff теристиками 27 колебаний/с). Скорее всего, в кодировании инфор* мации о высоте звука принимают участие оба механизма. Происходит разделение зон ответственности, продиктованное, прежде все|> го, соображениями экономии. Кодирование больших величищ связано с местом на мембране, а кодирование малых величин 4 ^с прямой трансформацией физического стимула в электрические импульсы. Очевидно, что такое устройство слухового аппарата olffl ределяет более качественную различительную способность для ншЩ ких частот и весьма приблизительную — для высоких.

В заключение вернемся к проблеме ограничений, наложенных природой на наши сенсорные системы. Возможно ли преодолеть ИХ? В эксперименте А.Н. Леонтьева удалось научить испытуемых pew пировать на такие раздражители, которые обычно не вызывай*

7.2. Восприятие

ощущений. Данное исследование получило название эксперимента _по формированию «кожного зрения». По мнению А.Н. Леонтьева, «для того, чтобы биологически адекватный, но в нормальных случаях не вызывающий ощущения агент превратился в агент, вызывающий субъективные ощущения, необходимо, чтобы была создана такая/ситуация, в условиях которой воздействие данного стимула опосредствовало бы его отношение к какому-нибудь другому внешнему воздействию». Другими словами, человек сможет реагировать _на ранее нейтральный раздражитель тогда, когда эта реакция станет для него значимой. Для проведения исследования была создана установка, в которую помещалась рука испытуемого. Внизу установки находилась лампочка. Лампочка освещала ладонь испытуемого, и вслед за вспышкой он получал неприятный удар током. Тепло- и светоизоляция не позволяла испытуемому судить о вспышке света, опираясь на данные зрительной или тепловой чувствительности. В контрольных условиях даже после 400 сочетаний двигательный рефлекс на действие света не образовывался. Потом испытуемый получал следующую инструкцию: «За несколько секунд до удара тока рука будет подвергаться слабому воздействию, которое вы сможете уловить». Ошибки типа «ложной тревоги», т.е. одергивание руки наугад, пресекалось при помощи системы штрафов. Удивительно, но испытуемые после ряда попыток действительно обучались реагировать на освещение ладони так, как будто были способны «видеть» кожей вспышки лампочки. При этом они говорили о том, что у них в ладони возникает странное ощущение «волны». Таким образом удалось показать, что спецификация наших органов чувств зависит, прежде всего, от биологической целесообразности развития чувствительности к тому или иному аспекту реальности, и в принципе потенциал чувствительности наших сенсорных систем значительно превосходит актуально необходимый уровень.

Таким образом, мозг в каждый момент времейи имеет дело со сложной конфигурацией «букв», из которых ему в акте восприятия предстоит сложить «предложение» целостного образа видимого мира. Эту задачу решает процесс восприятия.

7.2. Восприятие

Восприятие (перцепция) — это целостное отражение предметов, ситуаций и событий, возникающее при непосредственном воздействии адекватных физических раздражителей на органы чувств.

Глава 7. Познавательные процессы. Ощущение и восприятие

Рис. 47. «Лунный» пес, по Р. Грегори, 1972

*%** - -* * X' * Восприятие всегда больше

суммы ощущений, на кото? рых оно базируется. Наша органы чувств снабжают нас либо неполной, либо избыточной, либо равновероятной, а зачастую и противоречивой информацией, которая опознается и подвергается категоризации системой восприятия в соответствии с нашим опы* том, ожиданиями и планами. Например, вы ожидаете важного телефонного звонка. Наконец, звонок раздается, но на линии много помех, и голос в трубке звучит неразборчиво. Однако вы, скорее всего, безошибочно опознаете в зашумленной помехами конфигурации звуков именно голос своего друга (неполная стимуляция). Посмотрев на рис. 47, вы без труда ответите, что на нем изображено. Конеч* но же, это собака! Однако на самом деле поверхность рисунка за-> полнена пятнами одинаковой яркости, и верная отгадка возможна лишь как результат решения сложной перцептивной задачи. Таким образом, восприятие представляет собой не пассивную переработку сенсорной стимуляции, а активный процесс сб анализа и интерпретации информации.

7.2.1. Цикличность восприятия. Понятие схемы как основного з принципа организации потока информации

У. Найссер использует для обозначения системы анализа сенсор* ной информации, которым мы руководствуемся в акте восприятия* термин «схема». Схема — это активный организатор опыта, который подготавливает субъекта к принятию информации строго определенного типа (первым начал исследовать влияние схем Ф. Бартлетт)* Схемы по существу являются оперантом долговременной памяти (см* гл. 8) и детерминируют вклад прошлого опыта (как индивидуального,.

7.2. Восприятие

так и генетического) в наличное восприятие. Психика располагает арсеналом разнообразных схем, взаимодействующих друг с другом сложным образом. Более широкие (например, схема организации пространства) и более узкие (например, понятие «четвероногие животные») схемы как бы «вложены» друг в друга. Поэтому можно сказать, что восприятие является результатом взаимодействия схемы и наличного потока сенсорной информации.

У. Найссер предложил модель перцептивного цикла (цикла восприятия), которая объясняет, как мы используем схемы при восприятии мира. Модель Найссера включает в себя три составляющих, закономерно взаимодействующих между собой: схему, исследование и объект внешнего мира (рис. 48).

ОБЪЕКТ

модифицирует

СХЕМА ■

выбирает

-> ИССЛЕДОВАНИЕ

направляет Рис. 48. Модель перцептивного цикла, по У. Найссеру (1981)

Схема — это та часть перцептивного цикла, которая является внутренней по отношению к воспринимающему, она модифицируется опытом и специфична в отношении того, что воспринимается. Схема принимает информацию и сама изменяется под влиянием этой информации. Схема направляет исследовательскую активность, благодаря которой открывается доступ к новой информации, вызывающей, в свою очередь, дальнейшее изменение схемы.

Схемы формируются и развиваются по мере накопления опыта. Сначала они грубы и приблизительны, но со временем становятся все более дифференцированными и точными. Эволюционно важно, чтобы даже новорожденный ребенок обладал рядом схем. Так, например, установлено, что способностью оценивать удаленность объектов располагают уже дети в конце первого года жизни. Э. Гиб-^с°н (1960) был проведен следующий эксперимент. Детей выпусками на специально организованную поверхность: обычный непро-

Глава 7. Познавательные процессы. Ощущение и восприятие

зрачныи пол переходил в стеклянный настил, так что создавался зрительный «обрыв» (рис. 49).

Конечно, экспериментальная установка была абсолютно безопасна для ребенка, при этом возникала зрительная иллюзия «пропасти». Дети наотрез отказывались ползти в зону «обрыва», даже когда их пытались заманить туда привлекательными игрушками. Было показано также, что дети справляются с задачей оценки направления движения.' Уже на первом месяце жизни они уклоняются от' движущегося прямо на них объекта и не реагируют, если объект движется под углом к ним.

Крайне важно, чтобы задатки восприятия вовремя были поддержаны соответствующим опытом. В противном случае схема замирав ет и не развивается. Об этом говорят данные, полученные в серии экспериментальных исследований над животными (по этическим соображениям проводить такого рода эксперименты над людьми? нельзя). К. Блейкмор и Г. Купер (1970) выращивали котят в цилин* дрических вольерах, одна половина стен которых была окрашена %1 вертикальные полосы, а другая половина — в горизонтальные. Когда! котята вырастали и попадали в нормальную среду, их поведений свидетельствовало о том, «вертикальные» животные воспринимав ют только вертикально ориентированные объекты, а «горизонталь-^ ные» животные — только горизонтальные. Например, когда иссле-| дователи протягивали им палочку вертикально, кошки, выращен-);'! ные в первых условиях, принимались хватать ее, в то время каК,, другая группа их игнорировала. Если же правила менялись и палочв ка подавалась горизонтально, кошки из второй группы включались, в игру, а первые не проявляли к ней интереса. Таким образом, существуют определенные оптимальные периоды для развития вое- j приятия. В особенности это касается человеческих форм восприятия: восприятия речи, лиц и т.д.

Рис. 49. Экспериментальная установка, имитирующая «обрыв», Э. Гибсон

7.2. Восприятие

Данные Р. Хелда и А. Хейна (1963) показывают, что критическую роль в развитии восприятия играет собственная активность воспринимающего. В их опытах, так же как и в опытах Блейкмора и Купера, пары котят воспитывались в темноте. Только на несколько часов в день их выпускали в полноценную зрительную среду, помещая при этом в специальное устройство — карусель. Причем один котенок сидел в корзинке и пассивно воспринимал окружающий мир, а другой служил своеобразной «лошадкой»: он был запряжен в тележку и вращал карусель, где находился его собрат. Оказалось, что у активного котенка зрительное восприятие формировалось нормально, в то время как пассивный котенок вырастал практически слепым, хотя физиологически был здоров.

Подытожив изложенное, можно утверждать, что понятие схемы помогает объяснить, как мы заполняем «пробелы» в сенсорной информации, как отсекаем избыточную информацию и как выбираем нужную интерпретацию из набора равновероятных альтернатив. Другими словами, схема — это способ организации новой информации в соответствии с уже существующей. Она «подсказывает» субъекту, что может означать тот или иной паттерн (от англ. pattern — узор) стимуляции. Восприятие носит циклический характер: мы отбираем поступающую информацию, основываясь на предсказаниях существующих у нас схем, а затем изменяем схемы в соответствии с поступающей информацией. В следующих разделах мы проследим, как схемы организуют различные аспекты нашего восприятия.

7.2.2. Восприятие пространства

Для того чтобы воспринять внешний мир во всей его полноте, нам необходимо правильно идентифицировать, объекты, т.е. ответить на вопросы: движутся окружающие нас объекты или находятся в покое; какие объекты дальше, а какие ближе к нам; какие группы стимулов объединены в целостные объекты?

Установление факта движения является, пожалуй, самой важной задачей восприятия. Именно движущиеся объекты представляют биологический интерес для живого существа (то, что передвигается, может оказаться или подходящей жертвой, или опасным хищником). Поэтому многие животные реагируют только на движущиеся объекты. Например, паук погибнет от голода, но не заметит парализованную муху в своей паутине, так как способен воспринимать только подвижную жертву. Изменение местоположения на сетчат-

Глава 7. Познавательные процессы. Ощущение и восприятие

Л

7.2. Восприятие

ке стимула со схожими характеристиками однозначно интерпрети- ] руется мозгом как движение. На этом факте основывается не толь- 1 ко феномен кажущегося движения, открытый М. Вертгеймером (см) I гл. 2), но и технологии кино и мультипликации. Однако часто нам ] приходится решать задачу «на движение», исходя из оценки изме-| нения расстояния между объектами.

В разделе 7.1.3 уже было описано явление бинокулярного парам- 1 лакса, т.е. физиологического различия между осями зрения двух I глаз. На основании бинокулярного параллакса мозг непосредствен- | но оценивает расстояние до объекта. Однако мы можем выносить I суждения о глубине и размере объектов, основываясь на данных а лишь одного глаза. В этом случае в действие вступают так называемые монокулярные признаки расстояния. Монокулярные признаки 1 расстояния тесно связаны с принятием решения о наличии или от- j сутствии движения. Среди монокулярных признаков расстояния ] выделяют признаки относительного размера, интерпозиции, отно- I сительной четкости, относительной яркости, градиента текстуры, 1 относительного движения и т.д. Остановимся подробнее на основных из них.

Относительный размер. Из двух объектов дальше от нас нахо- I дится тот объект, чей образ на сетчатке будет меньшим. В реально- j сти мы всегда имеем дело с конфликтующей информацией: воспри- j нять два объекта разными по размеру и расположенными на одинаковом расстоянии от нас или признать, что субъективно меньший

объект находится дальше от нас. Сложность решения данной задачи можно проиллюст-ч рировать с помощью эффекта Эймса. Исхо-я дя из опыта, мы предполагаем, что люди имеют примерно одинаковый размер, поэтому обычно мы считаем, что меньший человек квщ лилипут, а находится на некотором расстоянии от нас. С другой стороны, схема комнаты включает в себя представление о прямоугольной форме. То есть люди, стоящие уи противоположной от нас стены комнаты, I кажутся нам равноудаленными. Что случится, если эти две схемы восприятия — схема человека и схема комнаты — вступят в про-тивоборство? Для проверки этого вопроса А. Эймс сконструировал «перекошенную комнату» (рис. 50). Наблюдатель при boc^j

с. 50. Схема комнаты А. Эймса

приятии этой комнаты исходит из допущения, что комната имеет стандартную форму, несмотря на то, что левый угол находится на большем расстоянии, чем правый.

Когда в углы комнаты Эймса помещают двух людей, у наблюдателя формируется парадоксальное восприятие. Один человек кажется значительно меньше другого! В данных необычных условиях наше восприятие впадает в ошибку. Мы настолько привыкли к прямоугольным комнатам, что считаем это аксиомой. Оказывается, что нам проще исказить любые помещенные в такой комнате объекты, чем допустить возможность нарушения сложившейся схемы. Однако существуют данные (Р. Грегори, 1970), что в том случае, когда мы точно уверены в размерах объектов, иллюзия не возникает. Так, матери не видят своих детей измененными — они воспринимают их размер нормально и мгновенно разгадывают загадку Эймса.

Иная интерпретация возникает в том случае, когда на сетчатке схожие изображения разного размера разнесены во времени. Такое последовательное уменьшение или увеличение объекта мы воспринимаем как движение. В первом случае нам кажется, что объект удаляется, а во втором — приближается.

Интерпозиция. Если изображение одного объекта частично перекрывает другое, мы воспринимаем его как расположенный на более близком расстоянии.

Относительная четкость и яркость. В связи с тем, что свет, отражаемый отдаленными объектами, рассеивается в большей степени, нечеткие объекты кажутся нам расположенными дальше, чем объекты с выразительными деталями. Э. Росс (1975) просила испытуемых оценить расстояние между белыми дисками, установленными на земле в условиях тумана и в условиях ясной видимости. Испытуемые, которые выполняли задание в. туманную погоду, считали, что диски находятся на значительно большем расстоянии Друг от друга и от наблюдателя. Кроме того, наша схема пространства включает в себя предположение о наиболее типичном местонахождении источников света (обычно свет падает сверху и слева). Поэтому затемнение части изображения создает ощущение глубины.

Градиент текстуры. Действие факторов относительной четкости и яркости объектов проявляется и в том, что мы оцениваем смену крупных и отчетливых объектов более мелкими и более тесно расположенными как сигнал увеличения расстояния (рис. 51).

Глава 7. Познавательные процессы. Ощущение и восприятие

7.2. Восприятие

■ /,\i (•

О

О о

о

о

Поиск по сайту: