Дифференциальные пороги интенсивности стимула (закон Вебера-Фехнера)

Первые попытки измерения ощущений бы­ли предприняты в XIX в. с целью определения наименьшего прироста стимула, который может быть зафиксирован человеком.

Немецкий физиолог и анатом Вебер (Е.Н.Weber, 1795‑1878) установил, что прирост интенсивности стимула (ΔI), необ­ходимый для того, чтобы возникла едва замет­ная разница в ощущении, имеет постоянное отношение к исходному значению интенсивно­сти (I).

Закон (принцип) Вебера  отражает количественные соотношения между изменениями параметров сенсорных стимулов и ощущени­ями.

Согласно этому принципу Веберу удалось показать, что человек может различать два груза, лежащие на его руке, если отношение их друг к другу составляет не менее, чем 29: 30.

Другими словами порог различения интенсивности раздражителя практически всегда выше ранее действовавшего раздражения на определенную долю (закон Вебера). Так, усиление давления на кожу руки ощу­щается, если увеличить груз на 3 % (к 100-граммовой гирьке надо добавить 3 г, а к 200-граммовой — 6 г).

Фехнер придал этому принципу вид математического закона известного как закон Вебера—Фехнера

ΔI / I = k,

где: ΔI — едва ощущаемое изменение силы стимула;

I — сила стимула;

k — величина по­стоянная в определенном диапазоне интенсивностей. Эту величину часто называют коэффициентом Вебера. [32]

Следствием этого принципа является уравнение, связывающее величину ощущения (S ) с интенсивностью стимула (I), согласно которому

S = b log_a I + c,

где: b и c — постоянные, харак­терные для каждой сенсорной системы.

Y = log₂X

Y = lgX

Закон Вебера-Фехнера нарушается как при очень малых, так и очень больших уровнях интенсивности. В сред­нем диапазоне закон Вебера Фехнера под­твержден как в физиологических исследованиях на различных рецепторных образованиях жи­вотных, так и психофизиологических работах на человеке.

Следует отметить интерес Фехнера к проблеме измерения ощущений привел его (примерно в 1850 г.) к разработке первой научной методики количественного описания субъективного опыта.[33] До этого господствовала доктрина Декарта,[34] отрицавшего возможность измерений в субъективной сфере («res cogitans»).

Выше упоминалось о различении силы раздражителей. Прост­ранственное различение основано на распределении возбуждения в слое рецепторов и в нейронных слоях. Так, если два раздра­жителя возбудили два соседних рецептора, то различение этих раздражителей невозможно и они будут восприняты как единое целое. Необходимо, чтобы между двумя возбужденными рецепто­рами находился хотя бы один невозбужденный. Для временного различения двух раздражении необходимо, чтобы вызванные ими нервные процессы не сливались во времени и чтобы сигнал, вы­званный вторым стимулом, не попадал в рефракторный период от предыдущего раздражения.

Пространственное различениe сигналов основано на различии в пространственном распределении возбуждения в слое рецепторов или в нервных слоях.

Для различения по времени необходимо, чтобы два стимула не сливались во времени и последующий сигнал не попал в рефракторную фазу (см.) от предыду­щего сигнала.

Различение на­чинается в рецепторах, но в этом процессе участвуют нейроны всей сенсорной системы. Оно характеризует то минимальное раз­личие между стимулами, которое сенсорная система может заме­тить (дифференциальный, или разностный, порог).