1.3 Психофизический закон.

Основоположником психофизики по праву считается Густав Теодор Фехнер. Он рассматривал ее как науку о функциональных связях и отношениях между материальным, физическим и психическим миром. Решая важную проблему этих отношений, Фехнер в своем труде «Элементы психофизики» (1860) главным образом сделал упор на измерении ощущений, как области, которая подходит для экспериментального изучения корреляции между объективным и субъективным. Он ввел базовые понятия психофизики, разработал и использовал методы измерения порогов чувствительности, выраженные в физических единицах величин стимулов, сформулировал основной психофизический закон.

Густав Фехнер рассуждал о том, что разум и тело, хотя и имеют свои частные особенности, закономерности, механизмы и т.д., являются по существу разными сторонами одной реальности. Он разработал и применял исследовательские методы, которые и по сей день используются в экспериментальной психологии, для фиксирования физической величины внешнего раздражителя в ее связи с возникающими разнообразными ощущениями.

Фехнер рассуждал о том что, душа и тело образуют единство, они тесно между собой переплетены. Каждое психическое явление, по мнению немецкого психолога, имеет физическое соответствие, и наоборот. Он считал, что существует закон сохранения психической энергии, который по сути своей похож на закон сохранения энергии, действующий в материальном мире. Этот закон, в свою очередь, распространяется на волю, мышление, эмоции, и в целом на весь материальны, что сумма положительных эмоций, испытываемых человеком, равна сумме отрицательных. Принцип снятия напряжения в психологическом смысле равносилен вышеописанному закону.

Теодор Фехнер односторонне подходил к психофизике. Он ввел единое понятие порога, используемое для измерений чувствительности (как параметр, обратный порогу, а также надпороговых ощущений (необходимый параметр порога для измерения величины ощущения).

Теодор Фехнер считал, что единый мир можно рассматривать одновременно с физической и психологической точек зрения. Он хотел доказать это, проводя эксперименты для измерения численных соотношений между осмысленным опытом и воздействующими физиологическими раздражителями. В качестве методов исследований Фехнер предложил три способа измерения: 1) метод едва заметных различий (метод порога); 2) метод постоянных стимулов; 3)метод средней ошибки. Второй предложенный автором метод, именуемый также методом проб и ошибок, он выделил как главенствующий.

Густав Фехнер стремился разработать и обосновать единую науку о человеке, объединив при этом психофизику и метафизику.

Немецкий психолог также проводил исследования в области эстетики. Он сделал попытку посредством количественных измерений выделить такие размеры и формы, очертания, которые демонстрируют эстетическую красоту.

Фехнер был математиком и экспериментатором, т.е. сторонником точного и опытного знания. Он постоянно говорил о замене подхода «сверху вниз» подходом «снизу вверх». Любые объекты, независимо от того, являются ли объекты продуктом природы или человека, распределяются в соответствии с организационной (эволюционной) шкалой. Он с большим воодушевлением поддержал эволюционное учение Дарвина.

В ходе исследований Фехнер обнаружил, что изменения в яркости света или цветового тона становятся особенно заметными, когда величины изменяются не плавно, а дискретно. Он стал исследовать квантовые эффекты, пороги чувствительности и ширину диапазона восприятия, что привело к сильному ослаблению зрения. Работая над восприятием зрительных образов, Фехнер обнаружил стробоскопический эффект, а также мультипликативный эффект, который потом лег в основу кинематографического изображения.

На основе результатов проводимых исследований Фехнер сформулировал основной психофизический закон. Он звучит следующим образом: интенсивность ощущения возрастает в логарифмическом порядке от роста стимула (S = K log R). Существует и другая формулировка, звучащая следующим образом: рост интенсивности ощущения в арифметической прогрессии требует увеличения силы физического раздражителя в геометрической прогрессии. Немецкому психологу таким образом удалось доказать существование научно обоснованной связи между телом и психикой. Автору удалось наглядно продемонстрировать, что в психологии, также как и в точных науках, возможно измерять и математически обрабатывать полученные эмпирические результаты. Позднее стало известно, что этот закон не является всеохватывающим и фактически применим только в известных пределах.

Если быть точнее, вышеприведенная формула была названа законом Вебера-Фехнера, так как она базируется на теории дифференционального порога, которую ранее выдвинул Эрнст Генрих Вебер, немецкий психофизиолог и анатом.

Аксиома психофизического закона Фехнера звучит следующим образом: существование линейной связи между стимулом и ощущением. На основе нее можно сформулировать 3 постулата психофизического закона Фехнера:

1) исходный: как раздражитель (стимул), так и ощущение - это точки на определенной шкале, другими словами, ощущение - это число.

Фехнер выделил следующие типы шкал:

1. Неметрические шкалы:

а) Шкала наименований (имен) – номинальная шкала - это просто названия каждого из множества объектов. С помощью такой шкалы нельзя установить соответствия. Она является слабой.

б) Шкала порядка, или шкала рангов - вводится определенный показатель, ориентируясь на который исследуемые явления располагаются по порядку, но при этом разница между объектами не уточняется. В этом случае испытуемый только ранжирует свои ощущения.

2. Метрические шкалы:

в) Шкала интервалов - на ней есть числа и операции с ними, единица измерений, но на ней нет абсолютного нуля. Таким образом, сравнивая интенсивность ощущений, на ней можно отмечать, насколько одно ощущение больше или меньше другого.

г) Шкала отношений - на ней есть и единицы, и абсолютный нуль: на ней можно не только складывать и вычитать, но также умножать и делить. В отличие от предыдущего вида шкал, на ней можно измерять не только на сколько, но и во сколько раз одно ощущение больше или меньше другого.

Фехнер главным образом сводит результаты к шкале отношений – как наиболее сильной шкале. Второй постулат вытекает из этого факта и звучит следующим образом:

2) абсолютный порог чувствительности есть абсолютный нуль на его шкалах.

Третий постулат является основным:

3) все едва заметные различия субъективно равны, так как испытуемый не измеряет свои едва заметные различия, он располагает их по порядку, регистрирует тот момент, когда ощущает различие, другими словами, он может сказать только о субъективном равенстве раздражителей. Таким образом, субъективно для него они ощущает их одинаковыми. Иначе говоря, испытуемый строит шкалу порядка, при этом исследователь получает шкалу отношений.

В заключение можно добавить, что зарубежные представители разных направлений психологии каждый по-своему отнеслись к возникновению новой области психологической науки, в том числе и к сформулированному Фехнером основному психофизическому закону. Например Фрейд, основоложник психоанализа, восхищался Фехнером как пионером психофизики и основателем научной и экспериментальной психологии. Он присутствовал на лекциях Густава в Лейпциге в 1874 году. Уильям Джеймс, основатель прагматизма и функционализма, напротив, отказывался признавать возможность применения количественного анализа и статистического подхода в психологии. Он говорил о психофизических законах, называя их "логовом идола", в котором нет психологических результатов. Фрэнсис Гальтон, основатель дифференциальной психологии и психометрики, в свою очередь написал письмо Фехнеру, в котором крайне положительно отозвался о том, что тот заложил базис новой науки.

Стэнли Стивенс, американский психолог, по-своему интерпретировал закон Вебера-Фехнера и сформулировал закон степени. Этот закон предполагал, что интенсивность ощущения пропорциональна не логарифму раздражения, а раздражению, возведенному в степень n, где для большинства ощущений значение n меньше 1. Например, тон, громкость которого на 20 порогов выше абсолютного, звучит для нас более чем вдвое громче тона той же частоты с громкостью на 10 порогов выше абсолютного. Из этого можно сделать вывод, что едва заметное различие в интенсивности нетождественно для всего ее диапазона. Стивенс считал, что для описания психофизического закона необходимо разработать шкалу ощущений другого вида. Понятие дифференциального порога во взглядах Стивенса не занимает такого значительного места, как у Фехнера.

С помощью разработанной Стивенсом шкалы стало возможным описать отношения между величинами, что является важным для выполнения статистических операций, например вычисления арифметического среднего и стандартного отклонения. В отличие от шкалы Стивенса, с помощью шкалы различимости Фехнера невозможно перемножать.

В психофизических экспериментах по Стивенсу испытуемый непосредственно оценивает интенсивность своих ощущений. Разработаны различные методы подобных прямых психофизических оценок. В соответствии с одним из них, интенсивность оценивается численно: за нуль принимается абсолютный порог, а другие цифры описывают ощущение, которое порождается воздействием стандартного стимула. Необходимо отметить, что данная шкала не делится на отрезки, а включает в себя поэтапные (градуальные) изменения. Метод, который применяется, базируется на принципе пропорциональности. Испытуемый использует такие понятия, как «наполовину» или «вдвое» интенсивнее, и отмечает это соответствующими числами. На основе полученных результатов Стивенс выдвинул предположение, что интенсивность ощущения (ψ) и стимул (φ) коррелируют между собой. При этом данное соотношение описывается степенной функцией. В соответствии с законом Стивенса, можно вывести следующую формулу для описания основного психофизического закона:

ψ = k0 • (φ– φ0)а,

где ψ – интенсивность ощущения, k-константа, зависящая от шкалы, φ – интенсивность стимула, а φ0 – его интенсивность при абсолютном пороге. Показатель степени а, зависящий от сенсорной модальности и условий стимуляции, определяет форму кривой зависимости ψ от φ. Например, если он равен 1, соотношение линейное. Если он больше, сила ощущения возрастает быстрее интенсивности стимула (кривая загибается вверх), а если меньше, то наоборот.

Сравнивая подходы Стивенса и Фехнера, можно выделить основное различие. Оно заключается в инструкции, которая предъявляется испытуемому. Фехнер использовал косвенное шкалирование, шкалу порядка. В данном случае испытуемый мог лишь сказать, возникло ли у него ощущение или нет, он сам не измерял его. В отличие от немецкого психолога, Стивенс считал, что возможно прямое измерение ощущения. По мнению Стивенса, испытуемый может самостоятельно измерять свои ощущения, т.е. – напрямую. В ходе проводимых экспериментов испытуемых просили сообщать, насколько и во сколько раз одно ощущение больше, чем другое. Иными словами, испытуемый сам устанавливал и абсолютный нуль, и единицу измерений.

Классическую психофизику называют объективной. В отличие от нее, современная психофизика в большей степени является субъективной. Это предполагает то, что решение принимает испытуемый и он сам же на него влияет. В качестве современного варианта сенсорной психофизики выступает теория обнаружения сигналов. Она базируется на постулате о том, что интенсивность ощущения возрастает непрерывно, (а не дискретно, поэтапно как у Фехнера), наравне с возрастанием интенсивности стимула. Второй постулат Фехнера, так называемый постулат нижнего абсолютного порога, как абсолютного нуля на шкале стимулов подвергся резкой критике со стороны представителей теории обнаружения сигналов. Ими был разработан и введен вероятностный диапазон обнаружения стимула. Выражаясь другими словами, порог стал рассматриваться не в качестве точки, а в виде диапазона: вместо понятия порога используется модель сигнала на фоне шума. Предполагается, что условной точки на шкале раздражителей, которая разделяла бы отсутствие и наличие ощущения, в данном подходе не существует.

Применительно к описанию работы сенсорной системы ее психофизическая модель в рамках теории обнаружения сигнала строится так, что показываемый испытуемым результат определяется двумя факторами: 1) взаимоположением двух распределений — шумового (спонтанного возбуждения в сенсорной системе) и сигнального (возбуждения, вызванного раздражителем и наложенного на спонтанное возбуждение); 2) местом локализации критерия принятия решения, выбранного испытуемым на оси сенсорных состояний.

Смысл психофизического закона может быть объяснен с разных точек зрения. Можно выделить четыре главных толкования на этого закона: собственно психофизическое, физиологическое, психологическое и, наконец, то, которое можно назвать косвенным.

Собственно психофизическое объяснение применяет Фехнер. Именно он выделил в своей логарифмической формуле закон связи материальных явлений с душевными. Одновременно с тем, как все физические явления находятся друг к другу в простом отношении пропорциональности, логарифмическое отношение позволяет перейти от физических явлений в другую область исследований - психических состояний. В процессе восприятия выделяют три последовательных стадии:

1) внешнее физическое явление;

2) физиологическое нервное раздражение;

3) психическое ощущение.

Фехнер считал, что Веберовский закон указывает на отношение между ростом физиологического раздражения и нашего ощущения, тогда как величины физиологического раздражения и внешнего физического явления пропорциональны, вследствие того, что они оба представляют собой материальные процессы. Такое объяснение не является удовлетворительным. Во-первых, психофизическими методами можно измерить не величины самих ощущений, но точность суждения об их различии или о разделяющих их интервалах, величина же самих ощущений остается неизвестной. Во-вторых, Фехнеровское объяснение придает психофизическому закону такую общность, которая вовсе не соответствует фактам, т. к. психофизический закон действует при определенных условиях, при этом он приложим не ко всем родам ощущения. Также этот закон не имеет и безусловной точности, и рост ощущения вблизи абсолютного порога явно уклоняется от этого закона. Такие уклонения трудно объяснимы с точки зрения Фехнера, т.е. если придавать психофизическому закону столь абсолютный и так сказать метафизический смысл. Наконец, в-третьих, категорическое утверждение Фехнера о том, что не может существовать логарифмической зависимости между величинами внешнего физического раздражителя и нервного раздражения, поскольку оба суть материальные процессы, не соответствует фактам, полученным ранее.

Более правдоподобнее и удобнее в научном смысле является физиологическая гипотеза, которая развивалась под руководством Г.Э. Мюллера. Согласно этому толкованию, Веберовский закон есть чисто физиологический, и логарифмическая зависимость наблюдается не между величинами нервного раздражения и ощущения, а между величинами внешнего физического явления и нервного раздражения: само нервное раздражение растет медленнее, чем сила внешнего впечатления. К сожалению, еще не был создан аппарат для измерения величины нервного раздражения. Вследствие этого, данное предположение является чисто гипотетическим. Почему рост нервного раздражения происходит медленнее, чем рост раздражителя, можно объяснять различно. Можно, например, предположить, что это зависит от иррадиации или рассеяния раздражения по соседним частям нервной ткани (Бернштейн) или, по причине того, что рост раздражения зависит от числа нервных молекул, которые подверглись дезинтеграции (распадению) приданной силе внешнего толчка, можно гипотетически предположить, что разные нервные молекулы представляют в каждый данный момент всевозможные и различные степени неустойчивости, и притом число молекул более устойчивых меньше числа менее устойчивых. Этот вывод был сделан Эббингаузом. В таком случае приращение слабых раздражителей даст больший прирост нервному раздражению, чем такое же приращение сильных. Некоторое фактическое подтверждение физиологического толкования Веберовского закона можно видеть в наблюдениях Девара и Кендрика, согласно которым величина так называемого отрицательного колебания гальванического тока в оптическом нерве лягушки растет при световом раздражении согласно закону Вебера, отрицательное же колебание рассматривается в настоящее время как мерило силы нервного раздражения. Особенно легко объясняются физиологически факты абсолютного порога, и именно как явления инертности воспринимающего впечатление органа чувства.

Вильгельм Вундт объясняет психофизический закон как частный случай общего принципа психической жизни, а именно закона относительности. Еще Лаплас и раньше его Д. Бернулли выделяли различие между абсолютным значением величины какого-нибудь блага и его относительной ценностью для данного лица. Говоря другими словами, различие между тем, что Лаплас называет "fortune physique" и "fortune morale": получение одного франка имеет совсем иное значение для нищего, чем для богача. При этом Лаплас выражает приращение величины "fortune morale" той же самой формулой, как Фехнер свое приращение ощущения, т.е. k×dx/x, где k есть некоторая постоянная, dx - объективное приращение богатства, x - "fortune physique" данного лица. Общий принцип относительности душевной жизни состоит в том, что человек осознает не абсолютные величины душевных явлений, но относительные. Психофизический закон Вебера признает такую относительност. в оценке разностей ощущений.

В качестве последнего стоит упомянуть еще об одном весьма отличающемся от трех предыдущих толковании Веберовского закона, которое наметил Кризом, а впоследствии развил Мюнстенберг. Эти исследователи исключали возможность прямого измерения интенсивностей ощущения, выделяя эти интенсивности как качественные (а не количественные) различия. Вследствие того, что экспериментально доказанные факты показали возможность такого измерения ощущений, то названные исследователи делают попытку косвенно объяснить эту измеримость. Так, например, Мюнстерберг полагает, что единственным родом ощущений, допускающим количественное определение являются ощущения движения (глаза, руки и т.п.), так как в них ощущение большого движения содержит в себе, как части, ощущения меньших движений. Хотя в таком случае все другие ощущения (зрительные, слуховые и т.д.) не имеют количественных различий, а только качественные, но в деятельности соответственных им органов чувств раздражения возникают не только специфические ощущения, но и разнообразные двигательные реакции; по величине этих невольных движений оценивается величины раздражений. Другими словами, о величине раздражений судят не прямо по величинам соответственных ощущений, но косвенно, т. е. по величинам тех двигательных реакций, рефлекторно порождающих раздражения в человеческом теле. В заключение добавлю, что вопрос о смысле Веберовского закона остается нерешенным в настоящее время, и, возможно, что каждое из трех последних объяснений имеет свою долю истины.