II. Ощущения. Исследование ощущений психофизическими методами

Основой знаний об окружающем мире являются ощущения. Ощущение - отражение свойств предметов объективного мира, возникающее у человека при их непосредственном воздействии на его органы чувств. Ощущения возникают в результате преобразования специфической энергии раздражителей в энергию нервных процессов организма. Физиологической основой ощущения является нервный процесс, стимулируемый действием того или иного раздражителя на адекватный анализатор. Ощущение имеет рефлекторный характер.

Афферентные системы нашего организма могут отображать состояние как окружающего нас внешнего мира, так и состояние нашего собственного тела с большей или меньшей точностью, т. е. могут быть более или менее чувствительными. Экспериментально можно установить минимальную интенсивность любого раздражителя, при действии которого появляется минимальное, едва заметное ощущение. Эту минимальную интенсивность раздражителя основоположник психофизики Г. Т. Фехнер назвал абсолютным порогом чувствительности органов чувств. Между абсолютным порогом чувствительности и чувствительностью органов чувств существует обратно пропорциональная зависимость: чем ниже порог, тем выше чувствительность. Формально это можно записать следующим образом:

E = ,

где Е - чувствительность; RL - абсолютный порог чувствительности.

Посредством органов чувств человек может не только констатировать наличие того или иного раздражителя, но и различать раздражители по их качеству и силе. Минимальное различие между двумя интенсивностями раздражителя, вызывающее замечаемое различие интенсивности ощущения, называется порогом различения или разностным порогом чувствительности и обозначается DL.

В обратно пропорциональной зависимости от разностного порога чувствительности находится так называемая разностная чувствительность, обозначаемая E _d: она тем выше, чем ниже этот порог:

E _d = .

Немецкий физиолог Э. Вебер еще в XIX в. экспериментально доказал, что величина разностного порога чувствительности относительна, так как отношение величины минимального добавочного раздражителя (D R) к первоначальной величине стимула (R) - постоянная величина:

= const.

Основываясь на этом законе и приняв постулат, что приращение интенсивности можно представить как бесконечно малую величину, Фехнер выразил зависимость изменения интенсивности ощущения от силы физического раздражителя следующей формулой:

E _d = c log r,

где Е _d - разностная чувствительность; с - константа перехода от натуральных логарифмов к десятичным; r - отношение величины действующего раздражителя (R) к величине абсолютного порога чувствительности (RL), т. е.

r = .

Г. Фехнер так сформулировал психофизический закон: величина ощущения пропорциональна не абсолютному значению стимула, а логарифму величины стимула, если эта последняя выражена через свою пороговую величину, т. е. последняя величина рассматривается как единица, при которой ощущение появляется и исчезает.

Величины как абсолютных, так и разностных порогов чувствительности в значительной степени зависят от условий их измерения. Важнейшим фактором, определяющим величину главным образом абсолютного порога чувствительности, является уровень адаптации органа чувств (и всего анализатора) к условиям измерения. Под адаптацией понимается приспособляемость анализатора к изменяющимся внешним условиям. Влияние адаптации органов чувств на изменение величины абсолютного порога чувствительности может быть продемонстрировано на примере зрительной темновой и световой адаптации глаза (см. занятие 2.2).

Г. Фехнер предложил ряд методов измерения абсолютных и разностных порогов чувствительности. Они позволяют точно измерить интенсивность раздражителя, вызывающую едва заметное ощущение или едва заметное изменение ощущения. Различие между этими методами заключается главным образом в способе предъявления раздражителя, а также в способе статистической обработки первичных результатов исследования.

Методы определения абсолютных порогов чувствительности. Прежде всего рассмотрим метод минимальных изменений, или метод границ. Основное содержание метода отражено в его названии: выбранный континуум стимулов необходимо предъявлять таким образом, чтобы дискретные значения этого континуума отличались друг от друга на минимально возможную величину. Предъявление стимулов чередуют то в возрастающем, то в убывающем порядке. Для каждой последовательности предъявления стимулов определяют границу смены ответов (типа: «да / нет», «вижу / не вижу»). Обычно измерение порога начинают с убывающего ряда стимулов, приняв за исходное значение величину отчетливо воспринимаемого стимула. Считают, что порог, т. е. величина стимула, при которой произошла смена ответов испытуемого, находится в середине межстимульного интервала - между тем стимулом, который еще воспринимается, и тем, который уже не воспринимается. Аналогично определяют порог и для возрастающего ряда стимулов. Границы смены категории ответов в восходящих и нисходящих рядах стимулов чаще всего не совпадают. Это происходит вследствие возникновения у испытуемого так называемых систематических ошибок - ошибок привыкания и ошибок ожидания. Каждую восходящую и каждую нисходящую последовательность стимулов повторяют в одном опыте от 6 до 15 раз. За абсолютный порог чувствительности (RL) принимают среднее арифметическое значение величин всех найденных в процессе исследования порогов появления и порогов исчезновения:

RL = ,

где RL - средний абсолютный порог чувствительности; L - значение порога в каждом стимульном ряду - как восходящем, так и нисходящем; N - общее число стимульных рядов. Вариативность ответов испытуемого оценивают с помощью среднеквадратичного отклонения (s). Ошибку, которую приходится допускать, если найденную в опыте оценку абсолютного порога рассматривать как истинное его значение, называют стандартной ошибкой среднего значения:

s _RL= ,

где с - среднее квадратичное отклонение значения RL; a N - объем выборки.

Другим методом, используемым для определения абсолютного порога чувствительности, является метод постоянных раздражителей, или метод констант. Этот метод требует проведения предварительного опыта, цель которого состоит в ориентировочном определении диапазона пороговой зоны. Пороговая зона - это такой диапазон интенсивности раздражителя, на границах которого испытуемый практически всегда начинает или перестает ощущать воздействие стимула. Выявленный в опыте диапазон пороговой зоны разделяют на равное, желательно нечетное, число интервалов интенсивности (от 5 до 9). Поэтому все разности между величинами всех стимулов в пороговой зоне одинаковы. В течение всего опыта эти выбранные интенсивности остаются неизменными (отсюда и название метода: метод констант). Во время проведения опыта стимулы разной интенсивности предъявляют в случайном порядке, причем обязательно стимулы каждой интенсивности необходимо предъявлять одинаковое число раз.

При обработке экспериментальных данных с целью определения абсолютного порога чувствительности целесообразно придерживаться следующей последовательности.

1. Сосчитать частоту положительных ответов для каждого постоянного стимула.

2. Перевести эти абсолютные частоты ответов в относительные частоты (f), что осуществляют путем деления числа положительных ответов на количество предъявлении данного стимула.

3. Построить систему координат, на оси абсцисс которой отложить интенсивности воздействовавшего стимула, а на оси ординат - относительные частоты положительных ответов испытуемого (f) - от 0, 0 до 1, 0.

4. Нанести на график экспериментально полученные значения для всех интенсивностей стимула и экспериментальные точки соединить с помощью отрезков прямых линий.

5. Из точек на оси ординат, соответствующих частоте положительных ответов (f = 0, 50, f = 0, 25 и f = 0, 75), параллельно оси абсцисс провести прямые линии до пересечения их с экспериментальной кривой и обозначить точки пересечения соответственно 1, 2 и 3.

6. Путем проекции точки 1 на ось абсцисс найти на ней величину медианы, а путем проекции точек 2 и 3 - значение полуквартильных отклонений. Величина Me (проекция точки 1) будет соответствовать абсолютному порогу чувствительности, a Q ₁ и Q ₃ (проекции точек 2 и 3) - зоне неуверенных ответов испытуемых.

Большей точности при графическом определении медианы и полуквартильных отклонений можно достичь путем построения кривой накопленных частот^*.

* Наряду с графической интерполяцией медианы и полуквартильных отклонений эти величины можно определять по соответствующим алгебраическим формулам (4, с. 208-228).

Когда результаты исследования подчиняются закону нормального распределения, в качестве меры абсолютного порога и меры точности результатов можно использовать значения средней арифметической величины (М) и среднего квадратичного отклонения (s).

И наконец, для определения абсолютного порога чувствительности используют метод средней ошибки. Однако применение его целесообразно только в тех случаях, когда есть возможность непрерывно (плавно) изменять предъявляемый стимул. При измерениях по данной методике испытуемый сам регулирует величину стимула. Начиная от первоначально вызвавшей у него отчетливое ощущение, он плавно снижает интенсивность стимула до тех пор, пока не установит такое ее значение, при котором он впервые утрачивает ощущение его воздействия. Если опыт начинается с явно неощущаемой интенсивности стимула, то испытуемый должен найти такое ее значение, при которой ощущение появляется.

При обработке полученных результатов в качестве показателей абсолютного порога чувствительности используют меры центральной тенденции - медиану (Me) и среднюю арифметическую величину (М).

Методы определения разностных порогов чувствительности. Прежде всего остановимся на особенностях использования метода минимальных изменений, или метода границ, в целях определения разностных порогов. Хотя вся процедура измерений в основном остается той же, что и при измерении абсолютного порога, в нее необходимо внести некоторые изменения. Главное из них связано с тем, что определение разностного порога предполагает выбор эталонного стимула среди континуума сверхпороговых стимулов. По отношению к нему и производят сравнение всех остальных стимулов. Сравнение эталонного и остальных, т. е. переменных, стимулов можно осуществлять последовательно или одновременно. В первом случае первым предъявляют эталонный стимул, а во втором - эталонный и сравниваемый с ним переменный стимулы одновременно. Использование метода границ для определения разностных порогов требует учета не двух, а трех категорий ответов испытуемого: «больше», «меньше» и «равно». При обработке экспериментальных данных для каждого стимульного ряда находят границы между сменой категорий ответов, а именно: от «меньше» к «равно» и от «равно» к «больше». Усредняя значения интенсивностей стимулов, соответствующие интервалам между этими границами (совместно для нисходящих и восходящих рядов стимуляции), получают средние значения «верхнего» (для ответов «больше») и «нижнего» (для ответов «меньше») порогов чувствительности. Разность между ними определяет интервал неопределенности, т. е. ту зону стимульного ряда, в которой преобладают ответы «равно». Величина интервала неопределенности, разделенная пополам, дает нам искомую величину разностного порога чувствительности.

Стимул, находящийся в средней точке интервала неопределенности, всегда оценивается испытуемым как равный эталону, т. е. выступает как субъективный эквивалент эталона. Величину данного стимула вычисляют как полусумму верхнего и нижнего порогов. В психофизике эта величина получила название точки субъективного равенства. Поскольку точка субъективного равенства не совпадает с величиной объективного эталона, то разность между той и другой указывает на величину постоянной ошибки (ПО) испытуемого. При переоценке испытуемым эталона постоянная ошибка имеет положительное значение, при недооценке - отрицательное.

Основные предпосылки при определении разностных порогов методом постоянных раздражителей, или методом констант, остаются теми же, что и при определении абсолютного порога чувствительности. Однако естественно, что разностный порог определяется по отношению к произвольно выбранному стандартному стимулу сверхпороговой интенсивности. В процессе измерении можно пользоваться таким планом эксперимента, согласно которому от испытуемого требуются две категории ответов (и «больше», и «меньше», чем эталон). Но можно использовать и другой план, предусматривающий три категории ответов (аналогично методу границ). Однако второй вариант методики используют реже, поскольку наличие в нем третьей категории ответов («равно эталону») способствует предпочтению испытуемыми именно этой категории ответов, что приводит к снижению точности полученных результатов измерения. С целью обработки экспериментальных данных, полученных с использованием лишь двух категорий ответов («больше» и «меньше»), строят психометрическую кривую, аналогично тому, как это было описано для измерения абсолютных порогов этой же методикой.

Для характеристики результатов измерения разностных порогов используют меры центральной тенденции - медиану (Me) и среднюю арифметическую величину (М), а в качестве меры изменчивости - полуквартильные отклонения (Q ₁ и Q ₃) и среднеквадратичное отклонение (s). При измерении разностных порогов методом констант медиана равна точке субъективного равенства, а постоянная ошибка испытуемого - разности между значениями медианы и эталонной величины стимула. Разностный порог чувствительности в таком эксперименте соответствует половине интервала неопределенности. Он вычисляется с помощью полуквартильных отклонений:

DL = .

Следовательно, разностный порог чувствительности характеризуется мерой разброса экспериментальных данных.

При измерении разностного порога чувствительности методом средней ошибки испытуемому предъявляют одновременно два стимула - эталон и переменный, причем величину переменного стимула испытуемый изменяет самостоятельно. Аппаратура должна позволять плавную регулировку измеряемого параметра переменного стимула. Задача испытуемого состоит в подравнивании переменного стимула к эталону. Для вычисления разностного порога испытуемый должен произвести множество подравниваний, что дает возможность рассчитать среднюю арифметическую величину (М) и среднее квадратичное отклонение (s) точности подравнивания. В эксперименте с использованием метода средней ошибки величина разностного порога чувствительности в значительной степени зависит от формулировки инструкции, даваемой испытуемому. Испытуемому можно предложить подравнивать переменный стимул относительно эталона, сказав, что переменный стимул будет, например, всегда меньше (или всегда больше), чем эталон. В этом случае чаще всего средняя арифметическая величина результатов измерения окажется смещенной относительно эталонной величины стимула. Разностный порог чувствительности в этом случае будет определяться разностью между величиной эталона и средней арифметической всех измерений. Однако этот способ измерения разностного порога чувствительности недостаточно точен, поскольку при расчете оказывается учтенной лишь одна часть интервала неопределенности, в котором находится порог чувствительности. Поэтому чаще всего испытуемому дают иную инструкцию, а именно «найти равенство между переменным и эталонным стимулами». При попеременном подравнивании испытуемым заметно больших и заметно меньших, чем эталон, переменных стимулов получаем бимодальное распределение результатов измерения. Раздельный расчет и анализ значений средней арифметической величины (М) и среднего квадратичного отклонения (s) для подравнивания, где переменный стимул был больше и меньше эталона, позволяет определить интервал неопределенности, а половина этого интервала будет характеризовать величину разностного порога чувствительности.

Занятие 2.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦ ПОЛЕЙ ЗРЕНИЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АСИММЕТРИИ ГЛАЗ (С ПОМОЩЬЮ ПЕРИМЕТРА ФЕРСТЕРА)

Вводные замечания. Под полем зрения понимается пространство, видимое глазом при фиксации неподвижной точки. Его величина определена рядом факторов, включая анатомические особенности лица человека. В норме поле зрения ограничено сверху (верхнее направление) 55°, изнутри (носовое направление) и снизу (нижнее направление) - 60°, снаружи (височное направление) - 90°. Эти значения являются пределами нормальной видимости ахроматического стимула. Для хроматических стимулов поле зрения сужено. При раздельном измерении полей зрения правого и левого глаз границы полей зрения могут не совпадать. Если исключить случайные ошибки измерения (для проверки производят статистическую оценку значимости различий), можно предполагать наличие функциональной асимметрии полей зрения.

В задании надлежит определить поле зрения для всех четырех направлений: височного, носового, верхнего и нижнего. Для измерения границ поля зрения целесообразно пользоваться психофизическим методом границ. Метку-стимул во время опыта сначала передвигают с периферии поля зрения к центру, что соответствует восходящему ряду стимуляции. Передвижение продолжают до сообщения испытуемым о появлении метки в его поле зрения. Затем метку передвигают в обратном направлении - от центра к периферии, что соответствует нисходящему ряду стимуляции. Это делается также до тех пор, пока испытуемый не сообщит, что метка исчезла. При предъявлении хроматических стимулов следует обращать внимание на то, чтобы испытуемый правильно называл цвет стимула. Необходимо помнить, что по мере передвижения метки-стимула из центра к периферии видимый испытуемым цвет стимула может меняться. Аналогичное изменение цветности стимулов наблюдается при передвижении метки из периферии к центру. Момент изменения цвета стимула является границей поля зрения для хроматического стимула.

Аппаратура и оборудование. Для проведения практической работы необходимо иметь периметр Г. Ферстера или проекционный периметр ПрП с набором ахроматических и хроматических (красного, зеленого и синего) стимулов, готовые бланки обозначения полей зрения (рис. 2.1.1) и изготовленную заранее форму протокола (форма 1).

ПРОТОКОЛ ЗАНЯТИЯ^* Форма 1

Задание (тема)..........................................................……………………..Дата....................................……………………

Экспериментатор............................................................................................................................................………………

Протоколист...................................................................................................................................................………………

Испытуемый...................................................................................................................................................………………

Самочувствие испытуемого (внимание следует обращать на все жалобы: усталость, зрительное утомление и т. п.)......................................................................................................................................……….……………………………

Измеряемый глаз (правый, левый)..................................................................................................……………………….

Вид стимула (ахроматический, хроматический - красный, зеленый или синий).....................................….………….

.....................................................................................................................................................…………………..

Значения дуги периметра (в градусах)

(записи ведет протоколист)

* В каждом из задании данного раздела протокол занятия должен начинаться сведениями, аналогичными нижеследующим.

Рис. 2.1.1. Стандартный бланк для пределения границ полей зрения.

Цифры: горизонтальная оцифровка – угол (в град.) на дуге периметра, круговая оцифровка – угол (в град.) поворота дуги периметра; прерывистая линия – нормативные границы поля зрения для ахроматических стимулов.

До начала опыта необходимо подготовить восемь таких форм протокола: две для измерения границ полей зрения ахроматических стимулов и по две для определения границ полей зрения для каждого из трех хроматических стимулов.

Порядок работы. В опыте участвуют экспериментатор, протоколист и испытуемый. Испытуемый садится у прибора и кладет подбородок на подбородник. Глаза его должны находиться на уровне фиксационной точки дуги периметра, находящейся в центре этой дуги. Неизмеряемый глаз испытуемого закрывают наглазником. Прежде чем приступить к измерениям, экспериментатор должен познакомить испытуемого с инструкцией.

Инструкция испытуемому: «Прямо перед вами в центре дуги периметра находится маленькая белая точка. Вам необходимо строго фиксировать ее взглядом в течение всего опыта. По дуге периметра будет перемещаться метка-стимул белого (или красного, зеленого, синего) цвета. Как только стимул в вашем поле зрения появится, а также когда он исчезнет, вы сообщаете об этом экспериментатору. В случае предъявления хроматических стимулов вы будете замечать изменение цвета стимула, о чем вы также должны будете сообщать. Не забудьте строго фиксировать взгляд на фиксационной точке в центре периметра».

Экспериментатор плавно (со скоростью примерно 2 см/с) передвигает; метку-стимул по внутренней поверхности дуги периметра до момента, когда испытуемый впервые ее заметит. При каждом сообщении протоколист записывает в протокол величину дуги периметра (в градусах). Измерения для височного и носового направлений производят при горизонтальном положении дуги периметра, а для верхнего и нижнего направлений - при вертикальном, для чего поворачивают дугу на 90°. При измерении границ поля зрения необходимо получить по 10 ответов испытуемых для каждого направления, причем 5 на появление и 5 на исчезновение стимула. Соответственно для хроматических стимулов: 5 ответов при передвижении метки от центра к периферии и 5 - от периферии к центру.

Обработка экспериментальных данных. Для определения границы поля зрения по каждому направлению необходимо.

1. Вычислить среднюю арифметическую (М).

2. Определить среднее квадратичное отклонение (s).

3. Определить ошибку средней (s _М).

4. Оценить статистическую значимость различий величин границ поля зрения для всех измеренных направлений левого и правого глаз по t-критерию Стьюдента (см. Приложение I на с. 274).

5. На бланках полей зрения нанести отдельно для правого и левого глаз величины средней арифметической (М) по всем измеренным направлениям и для всех видов использования стимулов. Точки соединить отрезками прямой.

Анализ экспериментальных данных состоит в указании особенностей границ поля зрения в пределах изучаемых направлений у данного испытуемого. Необходимо обратить внимание на возможные отклонения от нормативных величин как для ахроматического, так и для хроматических стимулов.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение поля зрения.

2. Какие факторы (по вашему мнению) определяют величину поля зрения?

3. К какому типу шкал можно отнести полученные экспериментальные данные?

4. Докажите правомерность использованных вами статистических показателей (М, s, s _M, t -критерия).

Занятие 2.2 ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ АБСОЛЮТНЫХ ПОРОГОВ СВЕТОВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ В УСЛОВИЯХ ТЕМНОВОЙ АДАПТАЦИИ (С ПОМОЩЬЮ АДАПТОМЕТРА)

Вводные замечания. Адаптация определяется как приспособление уровня чувствительности органа чувств к изменяющейся интенсивности воздействующего раздражителя. Способность человеческого глаза к адаптации позволяет ему адекватно реагировать на широкий диапазон интенсивности света. Благодаря функционированию палочкового аппарата глаз воспринимает очень слабые световые раздражители (от 1× 10^-9 до 1× 10^-4 лмб)^*, а благодаря функционированию колбочкового аппарата - очень сильные (от 1× 10^-7 до 10 лмб).

* Ламберт - единица измерения интенсивности светового потока.

Цель настоящей работы состоит в том, чтобы построить кривую темновой адаптации и проследить скорость изменения световой чувствительности глаза в условиях темновой адаптации. Для этого необходимо измерить абсолютный порог световой чувствительности в строго заданные интервалы времени. Напомним, что обратная величина порога характеризует чувствительность органа чувств. Для проведения измерений, на основе которых можно вычислять абсолютный порог световой чувствительности, наиболее адекватным психофизическим методом является метод минимальных изменений. Поскольку диапазон измеряемых величин и дискретность единиц измерения заданы шкалой прибора, то протоколист в протоколе фиксирует лишь величину стимула, вызывающую смену ответа («не вижу/ вижу»).

Аппаратура и оборудование. Измерения производят с помощью медицинского прибора адаптометра типа АДМ-01, описание которого дано в инструкции, прилагаемой к прибору^*. Для работы с этим прибором экспериментатору необходимо знать его основные технические и конструктивные особенности.

* Описание прибора дано также в пособии: Практикум по психологии / Под ред. А. Н. Леонтьева и Ю. Б. Гиппенрейтер. М., 1972. С. 26-32.

Адаптометр состоит из шара предварительной световой и темновой адаптации, измерительного устройства и штатива с подбородником. Шар предварительной адаптации служит, во-первых, для установления исходного уровня световой адаптации, задаваемого экспериментатором, и, во-вторых, для

предъявления тест-объекта во время измерения. Яркость шара может быть дискретно изменена в пределах от 2500 до 312 асб.^* Под углом 12° к линии фиксации взора испытуемого на тест-объекте расположена красная фиксационная точка, которую испытуемый должен фиксировать центральным зрением в течение всего периода измерении. Тем самым во время измерений тест-объект проецируется как раз на ту область сетчатки глаза, которая обладает максимальной чувствительностью палочкового зрения. Измерительное устройство состоит из набора дискретных светофильтров - Ф, откалиброванных в единицах оптической плотности (индексы: 0, 0; 1, 3; 2, 6; 3, 9; 5, 2), дополнительного нейтрального (серого) светофильтра (индекс 0, 01 ед. оптической плотности) и измерительной диафрагмы - (Д) с логарифмической шкалой единиц оптической плотности. Светопропускание диафрагмы характеризуется отношением С/Су где С - величина площади раскрытия диафрагмы приданном положении шкалы, а Сд - величина площади полного раскрытия диафрагмы (на шкале отметка 0). Штатив с подбородником служит для фиксации положения головы испытуемого во время проведения измерений.

* Апостильб - единица фотометрической яркости: 1 асб=10^-4лмб.

До начала измерений необходимо подготовить бланк для протокола опыта (форма 2).

ПРОТОКОЛ ЗАНЯТИЯ Форма 2

(записи ведет протоколист)