Основные представления о сенсорных процессах в психофизических исследованиях

В настоящее время достаточно актуальной и сравнительно интенсивно разрабатываемой является проблема психического отражения фундаментальных физических свойств внешнего мира - пространственно-временных, модельных и энергетических,- которая изучается одной из старейших областей научной психологии - психофизикой. По существу психофизика разрабатывает методы исследования и описания качественных и количественных характеристик "субъективного пространства", а также динамики этих характеристик и их роли в процессе развития и функционирования человека - в фило- и онтогенезе, в поведении и деятельности. С точки зрения классической психологии эти проблемы относятся к широко известным проблемам психофизических порогов и психофизического шкалирования.

В области психофизики принцип отражения как ведущий и конструктивный принцип анализа психических явлений проявляется в настоящее время с наибольшей полнотой, начиная от глубокого анализа структуры и свойств внешних воздействий и кончая исследованием особенностей внутренней организации - топологии и метрики - многомерного субъективного сенсорного пространства. Разработка основных проблем психофизики может составить базу для дальнейших перспективных исследований организации психических образов, изучения их сигнальной, информационной и регулирующей роли.

Практическое значение разработки этих проблем вполне очевидно - они связаны с чрезвычайно широким диапазоном операторской деятельности по приему и переработке сигналов разного рода в современных системах контроля, управления и связи, и имеют прямой выход на исследования проблем анализа и синтеза систем кодирования сигнальной информации. Поэтому вопрос углубленного анализа и проверки существующих теоретических психологических концепций и математических моделей в этой области, так же как и вопрос о целенаправленном экспериментальном исследовании психофизических проблем, становится достаточно острым.

Можно выделить основные факторы, которые так или иначе определяют структуру исследования сенсорно-перцептивных процессов в рассмотренном аспекте. Учет этих факторов обеспечивает известную консолидацию научных усилий в области психофизики. К их числу необходимо отнести следующие:

I. Свойства и организацию множества входных сигналов.

II. Особенности сенсорно-перцептивных процессов в реальном поведении и деятельности.

III. Особенности и организацию множества допустимых ответных реакций.

I. Отбор и организация входных сигналов (стимульного материала) являются одним из первых и наиболее важных этапов при исследовании сенсорно-перцептивных процессов. На этом этапе необходимо составить определенный способ организации и описания стимульного материала, который должен отражать особенности потока входных сигналов.

а) Характер и природу единичных сигналов - стимулов, которые определяются их физическими характеристиками; свойства носителя сигнала; пространственно-временную структуру единичного сигнала; модальные (в психологическом смысле) и энергетические характеристики сигнала и соотношение сигнал - помеха. При этом желательно учесть в описании как внешние помехи, связанные с особенностями "фона" и канала передачи сигналов, так и собственные "внутрисигнальные помехи" - нестабильности и флуктуации, которые могут существенно влиять на характеристики приема сигнала. Другими словами, необходимо учесть все существенные физические характеристики единичного сигнала и фона вместе с их статистикой.

б) Способ организации сигналов в классы эквивалентности, в собственно сигнальные (кодовые) группы; т. е. необходимо определить информативные (релевантные) характеристики сигнала, диапазон их изменения, количество и порядок классов сигналов и структуру их организации в ансамбль или алфавит сигналов (во многих случаях - вместе с системой кодирования входных событий). Классы сигналов в предельном случае могут содержать один элемент, а вся совокупность классов образует некоторый объем в сигнальном пространстве и вместе со структурой взаимосвязей классов может быть названа рабочим полем или "оперативным пространством сигналов". (Заметим, что оперативное пространство сигналов вместе с системой кодирования входных событий образует "информационную модель" в системах контроля, управления и связи.)

в) Способ организации потоков сигналов как некоторых последовательностей в пространстве и времени, образующих входной сигнально-информационный процесс в реальной и экспериментальной ситуации. Описывая способ организации последовательности сигналов, необходимо оценить не только вероятностные свойства единичных сигналов (например, вероятность появления), но также всю внутреннюю случайно-детерминированную структуру самого потока, последовательности в целом; сюда относятся характеристики интервалов между сигналами, особенности расположения сигналов в пространстве, свойства самого потока сигналов, его структура, стационарность, связность, последействие (простейшие или марковские потоки и т. п.), эргодичность, автокорреляция или средний спектр мощности, мгновенные спектры, плотность потока информации и т. д.

г) Параметры описания потока и классов сигналов желательно выбирать, исходя из особенностей отражения свойств физического мира человеком, т. е. эти параметры должны иметь отчетливо выраженные психологические корреляты в субъективном сенсорном пространстве. Таким образом, необходимо знать список основных психологических коррелятов физических признаков сигнала. Некоторые сведения об этом содержатся в руководстве по экспериментальной психологии С. С. Стивенса [13]. Если какие-либо параметры сигнала не имеют отчетливых психологических коррелятов, не поддаются точному измерению или не учитываются в дальнейшем анализе, то целесообразно выбирать эти параметры либо неизменными, либо, по возможности, однородными в психологическом смысле.

II. При исследовании сенсорно-перцептивных процессов следует учитывать предельные возможности и специфику человека как приемника сигналов. Эти особенности человека, в первом приближении, заключаются в следующем.

а) Человека следует рассматривать как сложную адаптивную систему. Это, прежде всего, означает динамичность и изменчивость его характеристик в зависимости от условий внешней среды и наличие памяти прошедших событий, а также способность к научению. Включение памяти и прошлого опыта в нашем случае приводит к изменению, трансформации первоначально заданных характеристик сигнально-информационного процесса за счет прогнозирования будущих событий и формирования особой структуры субъективных условных вероятностей, отражающих извлечение и накопление информации о свойствах внешнего мира и проявляющихся в эффектах ожидания, готовности, преднастройки и т. д. Благодаря памяти формируются оценки результатов и последствий предыдущих реакций, а также оценка возможных последствий будущих реакций. Благодаря адаптации происходит выход на устойчивые режимы работы в стационарных средах и, напротив, непрерывное изменение характеристик в нестационарных ситуациях. Перечисленные основные особенности должны так или иначе найти свое отражение при составлении описания работы человека.

б) Диапазон потенциально воспринимаемых человеком сигналов (область адекватного отражения) ограничен. Эти границы носят название верхних и нижних абсолютных порогов адекватного отражения сигналов. Основной (но не единственной) причиной такого ограничения являются геометрические (как, например, в случае поля зрения) или биофизические (как, например, в случае частоты звуковых колебаний) особенности периферических отделов сенсорной системы.

в) Системная организация психических процессов накладывает свои определенные ограничения на свойства психического отражения. В частности, при отражении многомерных сигналов различные параметры сигнала, независимые или ортогональные в физическом описании, не обязательно будут независимы (и тем более ортогональными) в психическом образе этих сигналов. Отсюда необходима известная осторожность при разложении внешнего воздействия по параметрам в математической модели входного сигнально-информациопного процесса. Другими словами, человек-приемник может считаться линейной системой лишь в достаточно грубом приближении. Во всяком случае, предположение о линейности должно каждый раз специально оговариваться.

г) Особым свойством человека следует считать совместную оценку статистических, ценностных и семантических аспектов поступающей информации. Таким образом, модели сенсорно-перцептивных процессов должны уделять внимание и этой особенности.

д) Можно с уверенностью полагать, что ответные реакции человека детерминируются не только входной информацией, по и особенностями регуляторных процессов - в первую очередь, процессов решения. Решение, по нашему мнению, является одной из фундаментальных детерминант поведения человека в тех задачах, где сенсорно-перцептивные процессы играют существенную роль: при приеме сигналов из внешнего мира. В связи с этим необходимо решать вопрос об адекватной оценке качества деятельности и об особенностях процессов решения на этом уровне психического отражения.

III. Возможность достаточно произвольного определения и задания множества ответных реакций заставляет нас обратить внимание на организацию и описание этого множества. Множество выходных реакций R в реальном исследовании задается инструкцией экспериментатору и испытуемому. (Это, в свою очередь, привлекает наше внимание к проблеме инструкции в психологическом эксперименте.) Решение проблемы выбора и организации этого множества до сих пор определяется искусством, склонностью и личным опытом исследователя. При этом могут быть полезны следующие соображения.

а) Все множество возможных реакций организма необходимо разделить на множество поведенческих ответных реакций и множество собственных "внутриорганизменных реакций". К последнему относятся все вегетативно-соматические и электрофизиологические реакции,- это реакции, прямо связанные с работой нервной системы, т. е. фактически - признаки рабочего состояния нервной системы. Понятно, что в качестве индикаторов реакции можно выбирать различные аспекты поведения и различные ответы организма (собственные реакции нервной системы). Последние в исследованиях сенсорно-перцептивных процессов часто носят название "объективных реакций" в отличие от первых - поведенческих. При выборе в качестве индикатора реакции различных "объективных" или поведенческих реакций следует отчетливо представлять, что разные индикаторы могут явиться показателями работы разных сторон общего единого механизма. При глубоком и детальном анализе процессов желательно применение комплексных систем измерения реакций, но здесь мы вплотную сталкиваемся с проблемой адекватности измерения реакции целям эксперимента и проблемой общей оценки качества деятельности, т. е. проблемой анализа самой системы реакций.

б) При выборе множества поведенческих реакций в качестве основного индикатора необходимо определить число возможных реакций, т. е. структуру множества допустимых реакций. В большинстве задач приема сигналов структура множества допустимых реакций R детерминируется структурой алфавита входных сигналов, точнее, оперативного пространства сигналов. В этих случаях множество R находится в строго определенном соответствии с оперативным пространством сигналов. Например, в простейших случах множество R изоморфно множеству классов сигналов (или просто разных сигналов). Реальное число различных поведенческих реакций может быть меньше, равно или больше числа входных сигналов. Разумно, однако, чтобы число реакций было равно числу (или больше числа) подлежащих приему классов сигналов. Например, когда все сигналы, подлежащие обнаружению, образуют класс 1, все прочие - класс 0 [10].

в) В тех случаях, когда число допустимых поведенческих реакций больше числа классов входных сигналов, можно говорить об оценке некоторых характеристик сигналов внутри класса. В одном предельном случае множество R непрерывно, например, при воспроизведении входного сигнала (тогда имеет смысл рассматривать результат поведения как оценку сигнала); в другом предельном случае оно состоит из двух элементарных реакций (например, да - нет), и тогда человек решает задачу простейшей классификации сигналов.

г) Задавая определенную связь между множеством входных сигналов S и множеством ответных реакций R, инструкция формирует определенное отображение φ : S -> R. Задачей исследователя является выяснение того, как человек реализует это заданное отображение, что является основой его поведения, каковы конкретные механизмы психических процессов, обеспечивающих тот или иной уровень исполнения. Попятно поэтому, что наиболее интересными являются эксперименты, в которых ф изначально не задано (вырабатывается человеком тем или иным способом), не известно экспериментатору в явном виде, или отклоняется от заданного.

Как можно будет увидеть далее, к настоящему времени накопилось довольно большее число серьезных попыток использования аппарата современной математики для описания и анализа сенсорно-перцептивных процессов с учетом высказанных замечаний. Эти исследования имеют более чем столетнюю историю. Однако начиная с самых ранних психофизических экспериментов выделялись и выделяются до настоящего времени несколько различных уровней описания самих сенсорных процессов. Внутри этих уровней отчетливо обозначается целый ряд подзадач, которые касаются наиболее важных феноменов. Пользуясь современной терминологией, можно сказать, что проблемы психофизики образуют разветвленную иерархичеcкую систему. Таким образом, если обратиться к истории oклассической психофизики и проследить ее развитие ^вплоть до наших дней, можно определить, в известном "смысле, проблемную структуру психофизических исследованний третьей четверти XX столетия.

Основные проблемы психофизики оформились с самого сначала ее возникновения. Первым и важнейшим основавшем выделения этой области психологической науки был фундаментальный постулат о потенциальной измеримости психических феноменов. И хотя психофизика сама яшкогда не ограничивала область своих исследований, тем не менее, естественными первыми шагами были кон-гкретные приложения указанного постулата к простейшим oявлениям психического отражения - в психологии ощущений. Первая задача психофизики состояла в изучении свойств субъективного сенсорного пространства, т. е. свойств ощущений и психологических механизмов их формирования.

Исторически сложилось так, что основное внимание в области психофизики вначале было уделено самой феноменологии ощущений и затем - измерению свойств ощущений, как простейших психических образов. Здесь одновременно ставятся два вопроса: о разрешающей способности сенсорных систем и о метрике пространства ощущений. Первый вопрос естественным образом приводит к проблеме чувствительности сенсорных систем в психологическом смысле, второй - к проблеме шкалирования ощущений.

Так образовались две важнейшие проблемы современной психофизики; возникшее разделение и определяет то, несколько неестественное состояние, в котором психофизика находится в настоящее время. Практические и методические разработки в рамках каждой из выделившихся проблем почти не имеют пересечения, а попытки установить теоретическое единство психофизики приводят к постулированию (не всегда ясному) некоторых свойств исследуемого объекта вне отчетливой связи с фактическим эмпирическим материалом, накопленным в рамках каждой из проблем.

В каждой области исследований - чувствительности и шкалирования - почти с самого начала возникли и в дальнейшем укрепились по две крайние точки зрения на природу и возможности изучения исследуемых объектов. Эти крайние точки зрения явились следствием теоретической идеализации и так же, как исходный постулат об измеримости, были неявно постулированы уже с самого начала без отчетливой опоры на эмпирический материал.

В области исследований чувствительности фундаментальной явилась дилемма: непрерывность - дискретность сенсорных величин; в области шкалирования - возможность и невозможность прямого измерения величин ощущений. Понятно, что две указанных дилеммы в принципе могли определять четыре основных направления исследований. Однако история развития идей в психофизике демонстрирует отсутствие глубокой параллельной проработки каждого из указанных направлений. За более чем столетнюю историю психофизика ощущений дает примеры сложного извилистого пути развития исследовательской мысли с забвением или умолчанием прежних идей или, наоборот, неожиданными возвратами на старые позиции. Жесткое противоборство представлений о дискретности-непрерывности, начавшись со времен Фехнера - Мюллера, фактически привело к отфильтрованным, "чистым" в своей противоположности постулатам (и построенным на них моделям разрешающей способности) в первой половине XX в. - в работах Терстона [25, 26] и Блеквелла [14]. Множество современных моделей и концепций сенсорной чувствительности базируется на представлениях, лежащих между этими позициями.

Аналогичное противоборство в области шкалирования ощущений, начавшись с работ Фехнера - Плато, привело к рафинированным представлениям Терстона, Торгер-сона [25-28] и противоположным им взглядам Стивенса [20-24].

В дальнейшем я остановлюсь па обсуждении группы проблем, связанных с сенсорной чувствительностью, и рассмотрю развитие представлений и моделей психофизических порогов ощущений, в первую очередь, на примере моделей обнаружения сигнала.