double arrow

Введение. Психология сенсорных процессов (от лат


Психология сенсорных процессов (от лат. sensus — ощущение) изучает началь­ный момент психических процессов, и в этом ее особая важность для психологи­ческой науки в целом.

Первичный контакт человека с окру­жающим миром и собственным организ­мом, дающий ему исходную информацию о свойствах и состояниях внешней и внут­ренней среды, происходит посредством ощущений (в классической терминологии) или сенсорных процессов (в современной терминологии). Это непосредственно чув­ственное отражение отдельных свойств воспринимаемого объекта или явления.

Согласно концепции происхождения психики А.Н.Леонтьева (1956), одной из наиболее проработанных, ощущение -филогенетически исходная форма психики. Обосновано, что критерии возникновения психического — это появление у простей­ших животных (в связи с возникновением подвижного образа жизни) чувствитель­ности как способности отвечать не только на непосредственно биологически значимые объекты (в отличие от раздражимости растений), но и на раздражители, несущие о них лишь сигнальную информацию (например, на химические вещества, вызы­вающие запах пищи, а не на саму пищу).

Место ощущения

в ряду познавательных процессов

Впервые Фома Аквинский в XIII в. выделил в психике и поведении человека когнитивную сферу (познание мира) и аффективную (эмоциональные состояния). В современных руководствах такое разде­ление остается распространенным [31].

4 Современная психология


Принято проводить его уже не только по одному основанию (функциональному, как это заложено у Фомы Аквинского), но по двум критериям: а) вновь по функции -познавательной для первой сферы (когни­тивной), а регулирующей поведение и само познание — для второй, в которую кроме всех видов аффективных процессов вклю­чаются также процессы волевые, психи­ческие состояния и свойства личности; б) по продуктивности: когнитивные про­цессы — продуктивные, так как на выходе их формируются специфические когни­тивные образования (продукты этих про­цессов) — образы ощущения, восприятия, следы памяти, решения задач, мысли, рефлексивные образы. Процессы же, свой­ства и состояния, входящие во вторую группу, не приводят к образованию спе­цифических продуктов. Общность позна­вательной функции, объединяющей собой всю когнитивную сферу (хотя есть и другие точки зрения), представляется и в триа-дических концепциях структуры психики. А именно: в классической триаде «ум, чув­ство, воля», восходящей к Аристотелю (где воля выделена из аффективной сферы в самостоятельную), а также в современной .теории системного строения психики, включающего когнитивную подсистему, регулятивную (объединяющую по функцио­нальному принципу чувство и волю) и ком­муникативную [Ломов, 1984].




В современных учебниках психологии и университетских курсах во всем мире изучение когнитивных процессов следует учению В. Вундта (1890) об их иерархичес­ком строении. По принципу возрастающей сложности и качественной специфики Вундт выделил основные структурно-функциональные уровни организации ког­нитивных процессов: ощущение, воспри­ятие, память, мышление, речь, сознание. Таким образом, ощущения (сами сенсор­ные процессы и их продукты) - - это исходный, базовый уровень когнитивной сферы психики.



3. ПОЗНАНИЕ И ОБЩЕНИЕ




Необходимо сказать, что с середины XX в. сложились также иные традиции в понимании ее структуры, а именно: 1) от­носить ощущение и восприятие к сенсор­но-перцептивному уровню, а остальные, более сложноорганизованные, процессы (от памяти до сознания) — к уровню ког­нитивному; либо 2) рассматривать все познавательные процессы (от ощущения до сознания) как стадии достаточно общего по своему психологическому содержанию процесса приема и переработки информа­ции (парадигма когнитивной психологии), а весь этот процесс представлять как ис­ходный блок целостного поведенческого акта, куда входит сравнение воспринятой информации с извлеченной из памяти, включающей цель субъекта, принятие решения, исполнение.

Специфика сенсорных процессов

На протяжении всей истории психоло­гии не прекращаются дискуссии о соотно­шении сенсорных и перцептивных процес­сов — и как о самостоятельной проблеме, и в рамках проблемы о структуре когни­тивной сферы в целом. Разграничение ощущения и восприятия предложил Т. Рид (1785). В современной психологии сенсор­ных и перцептивных процессов оно оста­ется распространенным — по критериям целостности и предметности образа [Sharf, 1975; Coren et al., 1994]. Восприятие -отражение целостного объекта или явления, включающее его предметное значение (например, восприятие луны, удара коло­кола, вкуса дыни и т. п.), в отличие от ощу­щения -- отражения отдельных сторон воспринимаемой действительности, не отнесенного к конкретному объекту с его предметным значением (ощущение свето­вого пятна, громкого звука, сладкого вкуса и т. п.). При этом под ощущением пони­мается и сам процесс сенсорного отраже­ния, и его продукт -- сенсорный образ. Ассоцианистская психология XIX в. пред­ставляла целостный образ восприятия как ассоциацию отдельных ощущений призна­ков объекта друг с другом и его предмет­ным значением.



В начале XX в. эти представления заслуженно критиковали гештальтисты,


но при этом они впали в другую крайность: совершенно игнорировали существование в феноменальном опыте ощущений и при­знавали лишь целостные перцепты, зави­сящие не только от объекта, но и в значи­тельной степени от врожденных свойств восприятия. Вместе с тем еще ранее [Фех-нер, 1860], возникновение психофизики показало возможности экспериментально и количественно изучать ощущения как функцию стимуляции. Во второй половине нашего столетия точку зрения о единстве сенсорно-перцептивных процессов после­довательно отстаивает Дж. Гибсон. Тем не менее в настоящее время сохраняются представления о специфике сенсорных процессов по отношению к перцептивным. Они развиты А.Н. Леонтьевым (1959—1975) в концепции о природе чувственного отра­жения. В ней классическая двойственность перцептивного образа предстает как един­ство его чувственной ткани (экспери­ментально исследованной учениками Леонтьева [Столин, 1976; Логвиненко, 1976; и др.], т. е. сенсорной основы образа, что и соответствует традиционному поня­тию «ощущение», и предметного значения. В созерцательно-сенсуалистической психологии XIX в. (Э. Титченер и др.) ощу­щения предлагалось вычленять из субъек­тивного опыта методом аналитической интроспекции, которая представляла их сознанию как далее неразложимые эле­менты этого опыта. Вместе с тем в обра­зах ощущений выделялись четыре их атрибута: качество (модальность или суб­модальность), интенсивность, пространст­венная и временная структура, что, в отличие от аналитической интроспекции, не потеряло своего значения [Boring, 1963; Hensel, 1966; Ананьев, 1977]. О. Кюльпе в конце XIX в. и затем С. Стивене (1934) обосновывали, что отдельные атрибуты ощущений можно разграничить, если они изменяются независимо друг от друга или остаются постоянными при изменении других свойств (например, при изменении субъективной яркости светового пятна его видимый цвет, площадь, длительность сохраняются прежними). Стивене экспе­риментально построил функции постоян­ства громкости звука при изменении его высоты и противоположные функции


3.1. Психология сенсорных процессов. Психофизика





(с небольшими отклонениями на концах шкалы). В действительности нет полной независимости изменения одних сенсорных признаков от других, но все же есть отно­сительная. Поэтому в психологических исследованиях сенсорных процессов вычленились и сохраняются отдельные направления, изучающие субъективное отражение различных признаков объекта в рамках четырех аспектов ощущения (в зрении — цвета, яркости, размера, глу­бины, формы, движения, скорости и т. д.; в слухе — громкости, высоты, тембра звука; в кожной чувствительности — прикосно­вения, давления, температуры, боли; во всех случаях -- для разных величин ощущения, его пространственных и вре­менных характеристик). Человек способен, если требуется, выделить в своем субъек­тивном опыте эти отдельные аспекты сенсорного образа, которые также назы­ваются ощущениями (например, в сенсор­ном образе звука человек может сосредо­точиться только на громкости, либо вы­соте, либо тембре, либо длительности, либо локализации в пространстве). Таким образом, специфика сенсорных процессов по отношению к перцептивным имеет место прежде всего в рамках конкретной задачи, поставленной перед наблюдателем и выполняемой им. А именно: задачи, требующей выделить заданный признак объекта (и при этом отвлечься от осталь­ных) и произвести с ним требуемые действия (например, обнаружить на фоне шумов более громкий звук, различить два световых сигнала по яркости, оценить, насколько кислыми являются растворы разной концентрации). В различных видах практической деятельности человека широко распространены подобные задачи (см. подразд. 3.1.5). Поэтому изучение сенсорных процессов имеет важнейшее значение не только теоретическое (как исследование исходной формы психичес­кого отражения), но и прикладное. Отме­тим, что в отечественных исследованиях наряду с термином «сенсорный» исполь­зуется также термин «сенсорно-перцептив­ный», в зарубежных же работах, как пра­вило, употребляется первое понятие («sensory»).


Психофизический, психофизиологический и психосемантический методы изучения сенсорных процессов

Исследования сенсорных процессов ве­дутся в рамках трех основных дисциплин -психофизики, психофизиологии и психо­семантики с использованием их специфи­ческих методов.

Психофизиологические методы позволяют выявить механизмы сенсорных процессов, связанные с функционированием нервной системы человека. Это регистрация и ана­лиз вегетативных проявлений сенсорных процессов (чаще всего -- КГР), реакций рецепторов (микрофонного эффекта улитки, электроретинограммы), адаптационных пери­ферических реакций (сужение зрачка на свет и кровеносных сосудов на холод), показа­телей типологических свойств нервной системы. Такие характеристики используются при изучении дифференциально-психоло­гических механизмов межиндивидуальной вариативности сенсорных процессов и их индивидуальной динамики, связанной с изменением уровня психофизиологической активированности; в исследованиях субсен­сорной чувствительности (к подпороговой стимуляции, которая недостаточна для осо­знанных ощущений и вызывает ответ лишь на уровне непроизвольных физиологических реакций), а также в тех случаях, когда произ­вольный ответ затруднен (улиц с патологией речи и маленьких детей). Психофизиологи­ческие методы включают также регистрацию и анализ биоэлектрической активности мозга, что позволяет выявить объективный порог обнаружения сигнала и наиболее развито в исследованиях цветового зрения и механиз­мов кодирования сенсорной информации в нервной системе. Все же психофизиологи­ческие механизмы сенсорных процессов -предмет данной самостоятельной области знания, поэтому они будут рассматриваться (в подразд. 3.1.3, 3.1.4) лишь в связи с мате­риалами психофизики — основного среди на­правлений в изучении сенсорных процессов, использующих психологические методы.

Другое такое направление (которое ста­новится все более распространенным) -психосемантика — изучение индивидуаль­ных систем значений и категорий, пред-




3. ПОЗНАНИЕ И ОБЩЕНИЕ




ставлений, эмоционально-эстетических ассоциаций, опосредующих восприятие сенсорных признаков объектов. В этих исследованиях (подразд. 3.1.3) на основе методов семантического дифференциала Осгуда, личностных конструктов Келли, многомерного шкалирования, специализи­рованных интервью испытуемых, в част­ности, выявлено, что такое опосредование повышает собственно сенсорную чувстви­тельность человека; кроме того, построе­ны психологические модели сенсорных пространств, помогающие понять, как представлены сенсорные признаки в субъективном мире человека.

Итак, магистральным направлением в изучении сенсорных процессов психоло­гическими методами (т. е. регистрацией и анализом произвольных ответов человека на воспринимаемую сенсорную информа­цию) является психофизика. Это истори­чески первая экспериментальная область психологии. Ее официальное рождение относят к 1879 г. — открытию первой в мире лаборатории экспериментальной психологии В. Вундта, однако еще в 1860 г. вышел в свет капитальный труд Г.Т. Фех-нера «Элементы психофизики». В нем была представлена разработанная автором новая наука: пороговая теория психофи­зики, ее экспериментальные методы и по­лученные (в ходе многих тысяч измерений) фундаментальные результаты по оценке порогов чувствительности. И теория, и методы, и результаты стали классическими. Важнейшее значение работы Фехнера -обоснование принципиальной измеримо­сти субъективных психических феноменов (на материале ощущений) и возможности их изучения строгими эксперименталь­ными методами. Таким образом, Фехнер изначально заложил естественнонаучный фундамент психологии — изучение пси­хических процессов по их объективным поведенческим проявлениям, позволяю­щим описать субъективные феномены. Благодаря этому психология из чисто описательного раздела философии превра­тилась в самостоятельную эксперимен­тальную науку. Фехнер разработал мето­дологию количественного исследования психических процессов, значение которой


является непреходящим для психологии и используется поныне (как и его пороговые методы). Принципы и методы психоло­гических измерений, развитые в психо­физике (конечно, и после Фехнера), применяются во всех областях психоло­гического знания.

Цели настоящего изложения — прежде всего осветить современные исследования сенсорных процессов. Ранние же концеп­ции и те разделы, которые подробно пред­ставлены в имеющихся руководствах, лишь кратко перечислим, отослав читателя к рекомендованной литературе. Это истори­ческое развитие представлений об органах чувств и их функциях: закон специфичес­ких энергий органов чувств, понятие об анализаторах, рецепторная и рефлекторная теории ощущений, виды классификаций ощущений, адаптация и сенсибилизация [4, 19, 29], взаимодействие анализаторов, синестезии, системная организация сен­сорики [4, 19, 20, 30], многомерные моде­ли сенсорного пространства, построенные в середине XX в. для цветового зрения [27], сенсорно-тоническая теория восприя­тия [26].

При изложении материалов психо­физики внимание вновь прежде всего уделено систематизации современных концепций и направлений исследований, которые представлены лишь в англоязыч­ной литературе либо разбросаны по раз­ным отечественным источникам, а также наиболее принципиальным обобщающим теориям. Сведения же, подробно освещен­ные в доступных руководствах, даны кратко либо опущены. Это классические и боль­шинство современных теорий дискрет­ности-непрерывности работы сенсорной системы и методы измерения чувствитель­ности [2, 6, 20], концепция сенсорного рассеяния и различения Л. Терстона [6, 22], субъективное шкалирование С. Сти-венса и два класса сенсорных контину­умов — протетические и метатетические [6, 17, 20, 22], модели принятия решения в обнаружении и различении с внешним научением [3], концепция субсенсорной зоны и объективная сенсометрия, теория уровней адаптации [29].


3.1. Психология сенсорных процессов. Психофизика





3.1.2. Наиболее крупные концепции психофизики и ведущие направления исследований, сформировавшиеся до середины 70-х гг. XX века

Психофизика — психологическая дис­циплина, изучающая измерение человечес­ких ощущений, т. е. определение количест­венных отношений между величинами физических раздражителей и ощущений. В настоящее время к области психофизики относят не только собственно ощущение, но и другие психические явления, взаимо­действующие в процессе построения чувственного образа или оказывающие влияние на него: восприятие и память, принятие решения, внимание и др. Таким образом, психофизика понимается как раз­ветвленная область психологии, изучаю­щая законы чувственного отражения, а также поведение и деятельность человека при восприятии и оценке сигналов внеш­ней и внутренней среды [Забродин, 1977].

Поставив проблему измерения ощуще­ний, Г. Фехнер предполагал, что человек не способен непосредственно количест­венно оценивать их величины. Поэтому он предложил косвенный способ измерения — в единицах физической величины стимула. Величина ощущения представлялась как сумма едва заметных его приращений над исходной точкой. Для ее обозначения Фехнер ввел понятие порога ощущения, измеряемого в единицах стимула. Абсолют­ный порог и различительный (дифферен­циальный, или едва заметное различие -езр) — это та минимальная величина сти­мула (или соответственно различия двух стимулов), превышение которой вызывает осознанное ощущение этого стимула (или различия стимулов), а снижение не вызы­вает. Для измерения абсолютного и диф­ференциального порогов Фехнер разрабо­тал три метода: минимальных изменений, средней ошибки и константных стимулов. Просуммировав измеренные величины езр над абсолютным порогом до данного ощу­щения, получим его величину. Понятие порога Фехнера и его пороговые методы сохранились и широко используются по­ныне. В прикладных работах применяется также определение величины ощущения числом езр. Исходя из закона Вебера о


постоянстве едва заметного приращения величины стимула к его исходной вели­чине и приняв априорный постулат о равенстве субъективных величин езр во всем диапазоне стимулов, Фехнер матема­тически вывел логарифмическую функцию зависимости величины ощущения от ве­личины стимула. Это основной психофи­зический закон Фехнера: R = k (InS —lnS0), где R — величина ощущения, S — величина действующего стимула, S0 — абсолютный порог. Таким образом, измерив абсолютный порог, можно вычислить величину ощуще­ния для действующего стимула. Постулат Фехнера критикуется за безоснователь­ность (заслуженно), а теория — за то, что игнорирует феномен ложной тревоги, которому современная психофизика уделяет большое внимание. В целом же психофизика Фехнера была и остается классической.

Спустя почти столетие после появле­ния психофизики Фехнера параллельно ей утвердилась другая парадигма, основанная на допущении о возможности непосредст­венной количественной оценки человеком величины своих ощущений. С. Стивене в 40—60-е гг. (вслед за своими предшествен­никами -- Плато, Брентано, Терстоном) разработал прямые методы измерения ощу­щений и построения субъективных сенсор­ных шкал (основанных на определении че­ловеком порядка своих ощущений по воз­растанию, либо расстояний или отношений между ними, либо на присвоении им чис­ловых значений). Субъективные величины ощущений, определяемые прямыми мето­дами, оказались связанными с объективны­ми величинами стимулов степенной зави­симостью. Стивене получил ее также и математическим путем: R = k (S - S0)n (основной психофизический закон Сти-венса), введя априорный постулат (вызы­вающий как критику, так и согласие) о постоянстве отношения едва заметного прироста ощущения к его исходной вели­чине во всем ряду ощущений.

Позднее разработаны законы, выража­емые другими математическими уравнени­ями: экспоненциальной функцией [Putter, 1918], тангенциальной [Zinner, 1930—1931], арктангенциальной [Beneze, 1929], интег­ральной фи-гамма функцией [Houston,



3. ПОЗНАНИЕ И ОБЩЕНИЕ




1932] и др., которые не претендуют на уни­версальность и имеют достаточно узкие области применения. Различные выраже­ния психофизического закона в большин­стве случаев не противоречат друг другу, поскольку описывают разные стороны сенсорно-перцептивных процессов. Пред­ложены варианты обобщенного психофи­зического закона, описывающие и лога­рифмическую, и степенную функции [Ekman, 1956; Baird, 1975], а также эти и любые математические функции, проме­жуточные между ними [Забродин, 1977]. Этот закон как наиболее обобщенный будет рассмотрен ниже.

В некоторых зарубежных работах психо­физика Фехнера называется объективной, а психофизика Стивенса — субъективной (по методологическому принципу [Pieron, 1966]).

Принято также выделять в психофизике два основных раздела: так называемую «Психофизику-I» (учение о чувствитель­ности сенсорных систем) и «Психофизи-ку-П» (учение о сенсорных шкалах для измерения вышепороговых ощущений). У Фехнера такого разделения не сущест­вовало, так как измерение и чувствитель­ности, и величин ощущений базировалось на одном основании — понятии порога. Однако в дальнейшем в обоих разделах психофизики были созданы беспороговые методы измерений, и эти разделы превра­тились в самостоятельные направления исследования со своей методологией, феноменологией и понятийным аппара­том. Промежуточное положение между ними занимает проблематика, связанная с основным психофизическим законом.

Различают также классическую и так называемую современную психофизику. В области психофизики-! различие между ними в том, что современная психофизика допускает собственные шумы в сенсорной системе и рассматривает обнаружение раз­дражителей малой интенсивности как выделение слабого сигнала из флуктуиру­ющего шума. В классической же психо­физике сенсорный шум не сопоставим с уровнем даже слабого сигнала. Поэтому для современной психофизики реакция ложной тревоги — закономерный ответ сенсорной системы, а для классической -


поведенческая реакция, вызванная несен­сорными факторами. В области психофи-зики-Н классическая психофизика — это построение шкал накопленных езр, а со­временная — шкалирование субъективных оценок стимула.

Проблема дискретности -непрерывности сенсорного ряда в классической психофизике

Пороговая концепция Фехнера посту­лировала реальность существования сен­сорного порога, делящего все стимулы на ощущаемые и неощущаемые. Таким образом, ряд ощущений представлялся дискретным: с ростом величины стимула последующее ощущение возникает после предыдущего только тогда, когда прирост стимула превысит пороговую величину (езр). Это была первая концепция дискрет­ности работы сенсорной системы. Поро­говые методы Фехнера дают описание процесса перехода от неощущения к ощущению в виде психометрической функции — зависимости частоты правиль­ных ответов испытуемого от величины стимула. Теоретически функция имеет вид плавной S-образной кривой, пороговая точка на которой находится расчетным путем (рис. 3.1). Фехнер объяснял плав-

р

0,75 0,50 0,25

Md
0,75

^0,25

Рис. 3.1.Теоретический вид психометрической функции

S — ось стимулов; Р — ось вероятностей (частот)

ответов; S025, S075 — величины стимулов, дающие

25 и 75% правильных ответов; Sst — значение

эталонного стимула (в задаче различения); Md — среднее значение функции, соответствую­щее абсолютному порогу (в задаче его измерения) либо точке субъективного равенства (субъективному эквиваленту эталона) — в задаче различения


3.1. Психология сенсорных процессов. Психофизика





ный характер кривой тем, что порог флук­туирует во времени, а его оппоненты (Г. Мюллер, Дж. Ястров, Г. Урбан) — отсут­ствием порога в сенсорной системе.

Была развита классическая теория непрерывности сенсорного ряда. Он пред­ставлялся как непрерывный ряд промежу­точных степеней ясности — поэтому на психометрической кривой нет какой-либо точки, отличающейся по своим свойствам от остальных. Источником вариабельности результатов эксперимента считалось дейст­вие случайных внесенсорных переменных, а не флуктуации порога во времени (как в пороговой теории Фехнера). Баланс благо­приятных и неблагоприятных случайных факторов распределяется по нормальному закону Гаусса. Таким образом, разверну­лась дискуссия по проблеме дискретности — непрерывности сенсорного ряда, которая до настоящего времени остается одной из основных проблем психофизики.

Психофизическая теория обнаружения сигнала - современная концепция непрерывности работы сенсорной системы

Двумя основными экспериментально-теоретическими парадигмами, существо­вавшими в психофизике до середины нашего столетия, были пороговая психо­физика Фехнера и психофизика субъектив­ных оценок Стивенса. Третья парадигма связана с появлением психофизической теории обнаружения сигнала (signal detection theory - - SDT [Tanner, Swets, Birdsall, Green, 1954-1966]), базирующей­ся на статистической теории принятия решения, разработанной в радиотехнике. Это пересмотр прежней психофизики и принципиальный шаг в понимании при­роды ответов человека в сенсорных зада­чах. Теория разработана для задачи обна­ружения звукового сигнала и применена далее к различению и остальным модаль­ностям. В классической психофизике ответ испытуемого понимался как прямое отражение его сенсорных впечатлений, по­этому на основе этих ответов оценивалась чувствительность (как величина, обратная порогу). SDT выделила в ответе две состав-


ляющие — собственно сенсорную чувст­вительность наблюдателя и принятие им решения о характере сенсорного впечат­ления. Разработана теоретическая модель, описывающая оба компонента поведения наблюдателя, методы их изучения и раз­дельные меры оценки. Стало ясно, что показатели порога — это характеристики не «чистой» чувствительности, но суммар­ные меры исполнения, зависящие от особенностей принятия решения. (Тем не менее пороговые методы остались в арсе­нале психофизики и широко используют­ся, особенно в ряде прикладных областей, для приблизительной экспресс-оценки чувствительности, где они обнаружили преимущества перед методами SDT подразд. 3.1.4.)

Основная экспериментальная парадигма SDT - обнаружение сигнала на фоне случайного шума — либо внешнего (предъ­являемого наблюдателю), либо внутрен­него шума сенсорной системы. Плотности вероятностей распределения мгновенных значений шума описываются нормальным законом. Таким же распределением (лишь смешенным вправо по оси интенсивности сигнала и шума) характеризуется сигнал, добавленный к шуму. Сенсорные эффекты сигнала и шума представляются точным отображением этих двух распределений. Предполагается, что испытуемый знает эти распределения и решает, какое из них вызвало сенсорный эффект, оценивая отношение их правдоподобия на основе выбранного им критерия принятия реше­ния (рис. 3.2). Критерий может соответст­вовать любому значению сигнала и шума, поскольку определяется несенсорной ин­формацией об априорных вероятностях предъявления сигнала и шума и стоимос­тях ответов — об этом наблюдатель узнает из инструкции. Таким образом, классичес­кое понятие порога как реальной границы между ощущаемыми и неощущаемыми стимулами на сенсорной оси заменено по­нятием критерия, который наблюдатель может произвольно помещать в любую точку этой оси. Тем самым сенсорная ось оказывается непрерывной.

Ответы наблюдателя бывают четырех типов: попадание (правильное обнаруже­ние сигнала), покой (правильное отрица-



3. ПОЗНАНИЕ И ОБЩЕНИЕ







Рис. 3.2.Плотности вероятностей распределения

мгновенных значений сенсорного эффекта шума (N)

и сигнала (S)

Xs - ось значений сенсорного эффекта; С& — положение критерия принятия решения. Вертикальная штриховка — плотности вероятностей правильных ответов «да» («попаданий»), косая штриховка — плотности вероятностей неправиль­ных ответов «да» («ложных тревог»).

а — симметричный критерий: P(S) = P(N) = 0,5;

б — «либеральный» критерий: P(S) = 0,9; P(N) = 0,1;

а — «строгий» критерий: P(S) = 0,1; P(N) = 0,9

ние сигнала), ложная тревога (ответ «да — был сигнал» — при предъявлении только шума) и пропуск сигнала. SDT переносит фокус психофизического исследования на анализ процесса принятия решения. С этой целью в разных сериях экспери­мента наблюдателю дается несенсорная информация, побуждающая смещать кри­терий решения (в методе «да» -- «нет»), либо он должен в каждой пробе по не­скольким категориям (4—6) оценить веро­ятность того, что был сигнал (т. е. исполь­зовать соответствующее число критериев решения -- в методе оценки). В обоих методах для каждого значения критерия результаты обнаружения характеризуются двумя эмпирическими частотами — попа­даний и ложных тревог (что достаточно, так как частоты покоя и пропусков лишь дополняют их до единицы).

Анализ результатов обнаружения прово­дится путем построения рабочей характе­ристики наблюдателя (РХ) — зависимости вероятности попадания от вероятности ложной тревоги (рис. 3.3). РХ описывает поведение человека в экспериментах SDT, где стимуляция стационарна: предъявля­ется лишь одна пара стимулов — шум и сигнал. (В различении, которое описыва­ется так же, как обнаружение, и изучается теми же методами, в качестве сигнала обычно задается пара разных стимулов, а в качестве шума — пара одинаковых, но


может быть и наоборот.) Иное описание поведения наблюдателя дает психометри­ческая функция, так как пороговые задачи строятся противоположным образом: сти­мул в разных пробах может иметь гораздо больше значений (5-7 в методе констант и практически неограниченное число зна­чений в двух других методах), процесс же решения полагается стационарным. (В действительности во многих современ­ных работах зафиксировано непостоянство критерия в пороговых экспериментах -но это результат влияния «переменных субъекта», а не специально заданной не­сенсорной информации, как в парадигме SDT.) Точки РХ идеального наблюдателя соответствуют одной и той же величине чувствительности. При снижении чувстви­тельности РХ смещается к диагонали (где верные ответы и ошибки равновероятны) единичного квадрата, образующие кото­рого — вероятности попаданий и ложных тревог, а при повышении — к левому верх­нему его углу (где попадания часты, а лож­ные тревоги редки — рис. 3.4).

Каждое значение критерия принятия
решения соответствует крутизне кривой
РХ в данной точке и определяется танген­
сом угла наклона касательной к кривой в
этой точке (см. рис. 3.3) (что соответствует
производной в этой точке). Теоретическое
значение критерия (Ь) рассчитывается на
основе априорных вероятностей сигнала и
шума и стоимостей всех четырех типов
ответов. Для оценки эмпирических значе­
ний критерия существует ряд показателей
(см. ниже и в подразд. 3.1.4). Сенсорная
чувствительность наблюдателя d'

(«detectability» — обнаружимость) соответ­ствует расстоянию между средними рас­пределений шума и сигнала в единицах стандартного отклонения (оно принима­ется равным для обоих распределений).


3.1. Психология сенсорных процессов. Психофизика





Р(Н)

P(FA)


Р(Н)


P(FA)


I



Рис. 3.3.Теоретический вид рабочей характеристики наблюдателя (РХ)

р(Н) — вероятности попаданий; p(FA) — вероят­ности ложных тревог. Дуга РХ строится по точкам, характеризующим различные положения критерия наблюдателя в эксперименте

На основе экспериментальных данных d' вычисляется как zs— zn — разность норми­рованных отклонений (найденных по таблицам нормального распределения плотностей вероятностей) частот и попа­даний ложных тревог. Используются и дру­гие меры чувствительности (см. [2] и под-разд. 3.1.4 этой главы). Согласно SDT, для оценки чувствительности без оценки динамики критерия рекомендуется третий метод, также разработанный на основе этой теории - - «вынужденный выбор» (выбор испытуемым одного из двух интер­валов наблюдения, где, по его мнению, был сигнал). Принимается, что критерий в этой процедуре стабилен, поэтому чувст­вительность оценивается точнее. (Однако позднее получены данные о нестабиль­ности критерия в вынужденном выборе и более устойчивых индексах чувствитель­ности в методе «да—нет» [Войтенко, 1989; Дубровский, Лови, 1995, 1996].)

Современные концепции дискретности сенсорного ряда

Эти концепции подробно охарактери­зованы в литературе [2, 3, 7], поэтому представим их кратко. Крупнейшей после Фехнера пороговой концепцией явилась нейроквантовая теория [von Bekesy, 1930— 1936; Stevens et al., 1941]. В ней сенсорный эффект связан с работой гипотетических


Рис. 3.4.Рабочие характеристики наблюдателя, соответствующие различным величинам чувстви­тельности, т. е. возрастанию индекса d' начиная от 0 (случайного угадывания)

функциональных единиц в сенсорной сис­теме — нейроквантов, или NQ. Каждый NQ срабатывает, как только раздражение достигает его порогового уровня. В зави­симости от силы раздражителя активиру­ется различное число NQ в единицу времени, чем и определяется разная ин­тенсивность ощущений. В результате теория предполагает прямолинейную фор­му психометрической функции, в отличие от обычной S-образной. Линейные функ­ции были получены авторами в экспери­ментах, но впоследствии обнаруживались крайне редко, так как они требуют подав­ления всех шумов.

Развитие теории обнаружения сигнала привело к появлению новых пороговых концепций, использующих предложенную метрику сенсорного пространства (в виде стандартного отклонения нормального распределения шумовых сенсорных эф­фектов) и признающих ложные тревоги закономерными ответами наблюдателя (в отличие от классической психофизики). В высокопороговой теории [Blackwell, 1953] предполагается, что ощущение может вызвать только сигнал, но не шум, т. е. порог располагается выше среднего значе­ния шума, сенсорный эффект от которого не может превзойти порог. В результате ложные тревоги на сенсорной основе невозможны, поэтому они считаются след­ствием угадывания. РХ имеет вид прямой линии. В теориях же низкого порога,


3.1. Психология сенсорных процессов. Психофизика





темы (изменение сенсорного эффекта при повторении стимула) и нормальность рас­пределения сенсорных эффектов, т. е. ис­пользуется модель сенсорного рассеяния Терстона. Найдена возможность оценки абсолютных слуховых порогов на основе дифференциальных, т. е. сложная проблема пороговых измерений сведена к более простой. Установлено индивидуальное постоянство дисперсии сенсорных эффек­тов, которую автор вычленяет из диспер­сии психометрической функции разра­ботанным им способом по учету скачков критерия. На этой основе автор делает вывод об индивидуальной стабильности чувствительности. Теория предполагает пороговый принцип работы сенсорной системы, однако детально он проработан позднее (см. об этом ниже, так же как о трактовке процесса решения).

Стохастическая рекуррентная модель обнаружения сигнала

Модель является выражением принци­пиального отхода от одномерного пред­ставления об однокачественных сенсорных впечатлениях, линейно расположенных на единой сенсорной оси (как это принято в классической психофизике и SDT). Раз­работано представление о сенсорных эффектах, локализованных в многомерном сенсорном пространстве (в развитие мо­дели SDT).

Это модель векторного описания про­цесса обнаружения [Забродин, 1970—1971]. Мгновенные значения сенсорных эффек­тов сигнала и шума представляются векто­рами в ^-мерном сенсорном пространстве, где k — число меняющихся векторов. Так как эти значения меняются во времени, они образуют два замкнутых объема в дан­ном пространстве. Задача наблюдателя -найти криволинейную поверхность сече­ния для пересекающейся части объемов, т. е. геометрическое место точек, где окан­чивается вектор их деления в разные моменты наблюдения. Предложен стохас­тический рекуррентный алгоритм вычис­ления вектора деления, характеризующий не только результат, но и временную ди­намику обнаружения: величины сенсор-


ного эффекта, критерия оптимальности, шагов наблюдения, адаптации и научения. При разных значениях этих параметров, проверенных экспериментально, модель дает РХ, соответствующую либо SDT, либо теориям Блеквелла или Льюса, т. е. оказы­вается, что эти теории не исключают друг друга, но описывают в различных услови­ях разные режимы работы наблюдателя. Возможность переменной чувствитель­ности сенсорной системы — принципиаль­ное следствие модели (сходной в этом с моделью Аткинсона, (1963), на основе которой автор далее разработал системно-динамическую концепцию процессов обнаружения и различения. Они принци­пиально нестационарны в обеих своих основных подсистемах — когнитивной (не­стационарность отображения стимульной информации в сенсорное пространство, собственная динамика сенсорных образов, непостоянство чувствительности при сме­щениях критерия — в отличие от модели Индлина) и решающей (см. ниже).

Модели принятия решения с научением в обнаружении и различении

В представленных концепциях обнару­жения и различения, которые разрабо­таны на основе методологии SDT, был сделан важный шаг в описании процессов принятия решения в этих задачах.

В рамках теории обнаружения сигнала характеристики процесса решения полага­ются стационарными в ходе всего опыта — заданными несенсорной информацией (о вероятностях стимулов и стоимостях ответов), которая дается наблюдателю в начале опыта и не зависит от последова­тельности стимулов и ответов. Такая за­висимость обосновывается в ряде моделей с обучением наблюдателя [Luce, 1963; Atkinson, 1963]. Эти модели фокусируют анализ на динамике процесса решения в ходе опыта как результате научения наблю­дателя по мере вхождения в задачу: при постепенном усвоении несенсорной ин­формации и оптимизации процесса реше­ния на ее основе. Здесь особое значение придается обратной связи о правильности



3. ПОЗНАНИЕ И ОБЩЕНИЕ




ответов субъекта, которую он получает от экспериментатора в процессе или в конце опыта. Она жестко детерминирует смеще­ние критерия наблюдателя. Эти модели «с внешним научением» и теория стохас­тического научения [Bush, Mosteller, 1956], на которой они базируются, достаточно подробно описаны в литературе [1, 3].

Отечественные разработки, в отличие от зарубежных, включают как принципи­альный механизм также самообучение на­блюдателя на основе внутренней обратной связи. Оно проявляется в динамике крите­рия по мере вхождения субъекта в психо­физическую ситуацию. Так, в концепции Ю.А. Индлина (1976—1984) теоретически и экспериментально обоснованы следующие свойства решающей подсистемы. Правило решения -- сравнение субъектом после каждой пробы текущей пропорции отве­тов определенной категории (обычно -ответов «да») с ожидаемой пропорцией и в случае их неравенства — смещение кри­терия ответов для компенсации этого рас­хождения в последующих ответах. Таким образом, критерий динамичен. Наблюда­тель самообучается путем формирования субъективной вероятности ответа на осно­вании предыдущих ответов и обучается путем формирования субъективной веро­ятности следующего сигнала (или шума). Следовательно, для решающей системы характерна высокая степень адаптивности.

Ю.М. Забродиным (1976-1977) разра­ботана концепция адаптивного субопти­мального наблюдателя, в которой обосно­вана принципиальная нестационарность поведения человека в сенсорных задачах. Для решающей подсистемы — это вариа­тивность критериев оптимальности и наблюдателя, правил решения. Субоптималь­ность проявляется в том, что наблюдатель изменяет эти компоненты решения, про­гнозируя характер ближайших сигналов. То есть, в ходе решения наряду с его научением под влиянием внешней несен­сорной информации происходит и само­обучение путем усвоения объективных и формирования субъективных вероятностей стимуляции и своих ответов, учета их значимости. В результате происходит адап­тивный переход от первоначально приня­того критерия к оптимальному в данной


задаче (см. ниже). Сформулирована кон­цепция организации процессов принятия решения по иерархическим уровням: а) определение рода критерия оптималь­ности — I или II; б) выбор вида критерия оптимальности на основе стоимостей исходов решения; в) выбор, исходя из установленного критерия оптимальности, конкретного правила решения (правила оценки вероятности присутствия сигнала в наблюдении); г) размещение критерия наблюдателя (разделяющей границы -одной или нескольких) на оси сенсорных эффектов; д) перемещение критерия на­блюдателя по этой оси под влиянием переменных ситуации.

Критерии оптимальности решения

Критерий оптимальности(КО), т. е.
качества решения, — мера эффективности
решения, которая детерминируется его
целью и в соответствии с ней отражает
также предпочтительность способов и
результатов деятельности. КО задается: либо
инструкцией об априорных вероятностях
сигнала и шума и о стоимостях каждого
из четырех типов ответов наблюдателя
(попаданий, ложных тревог, покоя и про­
пусков сигнала) — суммах выигрыша за
верные решения и проигрыша — за оши­
бочные; либо обратной связью о правиль­
ности ответов; либо же вся эта информа­
ция усваивается им самостоятельно в ходе
решения. Соотношения вероятностей
одинаковым образом, а стоимостей -
по-разному задаются различными

математическими моделями деятельности наблюдателя, что и определяет отличие видов КО друг от друга. Существуют следующие классификации КО:

1. Ю.М. Забродин выделяет четыре вида КО: один обобщенный в двух вари­антах, SDT и Бэйеса, и три частных.

Критерий SDT: цель решения — мак­симизировать выигрыш. Стоимости вер­ных ответов положительные (либо нуле­вые), ошибочных — отрицательные (либо нулевые). Наблюдатель должен учитывать их все для вынесения максимально выиг­рышного суждения.


3.1. Психология сенсорных процессов. Психофизика





К = Ps x P(Y/s) x C(Y/s) - Ps x P(N/s) x

x C(N/s) + Pn x P(N/n) x C(N/n) -

- Pn x P(Y/n) x C(Y/n),

где К — КО по SDT, Ps — априорная веро­ятность появления сигнала, Рп — априор­ная вероятность появления шума, P(Y/s) — вероятность попаданий, P(Y/n) — вероят­ность ложных тревог, P(N/s) — вероятность пропусков, P(N/n) -- вероятность покоя, C(Y/s) — стоимость попадания, C(Y/n) -стоимость ложной тревоги, C(N/s) — стои­мость пропуска, C(N/n) — стоимость покоя.

Критерий Бэйеса: цель решения -минимизировать проигрыш (средний риск). Стоимости верных ответов нулевые, оши­бочных — отрицательные, что побуждает наблюдателя ориентироваться преиму­щественно на ошибки.

Критерии SDT и Бэйеса близки по смыслу (игровые) и цели решения (мак­симизировать выигрыш и минимизировать проигрыш). Поэтому они обычно объеди­няются в один общий класс критериев. Как частные случаи КО (по SDT и Бэйесу) рассматриваются:

критерий Неймана—Пирсона: цель ре­шения -- минимизировать вероятность ошибок одного рода (обычно — пропус­ков) при фиксации вероятности ошибок другого рода (обычно — ложных тревог). В таком типичном случае стоимость лож­ных тревог отличается от стоимостей трех остальных исходов, которые равны между собой. Информацию о стоимостях и ап­риорных вероятностях сигнала и шума наблюдатель может достоверно не знать (лишь допускать ее). В этом случае исполь­зование данного критерия оптимально. Так обычно работает необученный наблюда­тель, поддерживая уровень ложных тревог постоянным, независимо от характера сигнального распределения;

минимаксный критерий: цель реше­ния - - минимизировать максимальные ошибки обоего рода. Оптимален в случаях, когда наблюдатель не знает априорных вероятностей сигнала и шума и ориенти­руется на усвоенные им в ходе наблюдения их аналоги, стремясь уравнять вероятности обеих ошибок.

2. Дж. Иган [9] аналогично выделяет критерии SDT, Неймана—Пирсона, мини-


максный, а также критерий Зигерта: цель решения - - максимизировать процент правильных ответов. Стоимости верных ответов равны стоимостям ошибочных, поэтому наблюдатель максимизирует как ожидаемый выигрыш, так и долю правиль­ных ответов.

3. Ю.П. Леонов [13] выделяет три вида
КО: Байеса (обобщенный) и две его разно­
видности: Неймана—Пирсона и идеального
наблюдателя (цель решения — минимизи­
ровать полную вероятность ошибки).

4. Ю.М. Забродин (1976, 1977) помимо
этого разделяет два рода КО. Критерий
I рода: цель решения — минимизировать
субъективную неопределенность входной
информации, т. е. расстояние от центров
образов шумового и сигнального распре­
делений до разделяющей их границы (кри­
терия наблюдателя). Это информационный
критерий, наиболее естественный для
человека: ответы на основе априорной
информации (физических и вероятностных
свойств сигналов) и апостериорной (веро­
ятностей ответов). КО II рода: цель реше­
ния — достичь максимально устойчивой
деятельности в указанном минимальном
расстоянии. Это игровой КО: ориентация
на стоимости ответов. Обычно необученный
наблюдатель вначале использует критерий
I рода, далее же, усвоив информацию о
стоимостях, — критерий II рода, выбирая
вид КО в рамках критерия II рода. Таким
образом, процесс решения представляется
иерархическим.

Критерий наблюдателя

Заказать ✍️ написание учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Сейчас читают про: