Психофізика: суть напряму. Психологія сенсорних процесів

3.1.1. Вступ

Психологія сенсорних процесів (від лат. sensus -відчуття) вивчає початковий момент психічних процесів, і в цьому її особлива важливість для психологічної науки загалом.

Первинний контакт людини з навколишнім світом і власним організмом, що дає їй вихідну інформацію про властивості та стани зовнішнього та внутрішнього середовища, відбувається за допомогою відчуттів (у класичній термінології) або сенсорних процесів (у сучасній термінології). Це безпосередньо чуттєве відображення окремих властивостей об'єкта, що сприймається, або явища.

Відповідно до концепції походження психіки О.М. Леонтьєва (1981), однією з найбільш опрацьованих, відчуття – філогенетично вихідна форма психіки. Обгрунтовано, що критерії виникнення психічного - це поява у найпростіших тварин (у зв'язку з виникненням рухомого способу життя) чутливості як здатності відповідати не лише на безпосередньо біологічно значущі об'єкти (на відміну від подразливості рослин), а й на подразники, які несуть про них лише сигнальну інформацію (наприклад, на хімічні речовини, що викликають запах їжі, а не саму їжу).

Місце відчуття у низці пізнавальних

процесів

Вперше Фома Аквінський у XIII ст. виділив у психіці та поведінці людини когнітивну сферу (пізнання світу) та афективну (емоційні стани). У сучасних посібниках такий поділ залишається поширеним.

Прийнято проводити його вже не тільки за однією підставою (функціональною, як це закладено у Фоми Аквінського), але за двома критеріями: а) знову за функцією - пізнавальною для першої сфери (когнітивною), а регулюючої поведінка і сама пізнання - для другої , До якої крім всіх видів афективних процесів включаються також процеси вольові, психічні стани та властивості особистості; б) по продуктивності: когнітивні процеси - продуктивні, оскільки у виході їх формуються специфічні когнітивні освіти (продукти цих процесів) - образи відчуття, сприйняття, сліди пам'яті, розв'язання завдань, думки, рефлексивні образи. Процеси ж, властивості та стану, що входять до другої групи, не призводять до утворення специфічних продуктів. Спільність пізнавальної функції, що поєднує собою всю когнітивну сферу (хоча є й інші точки зору), представляється й у тріадичних концепціях структури психіки. А саме: у класичній тріаді «розум, почуття, воля», що сягає Аристотеля (де воля виділена з афективної сфери в самостійну), а також у сучасній теорії системної будови психіки, що включає когнітивну підсистему, регулятивну (що поєднує за функціональним принципом почуття і волю ) та комунікативну [Ломов, 1999].

У сучасних підручниках психології та університетських курсах у всьому світі вивчення когнітивних процесів слідує навчанню В. Вундта (1890) про їхню ієрархічну будову. За принципом зростаючої складності та якісної специфіки Вундт виділив основні структурно-функціональні рівні організації когнітивних процесів: відчуття, сприйняття, пам'ять, мислення, мовлення, свідомість. Отже, відчуття (самі сенсорні процеси та його продукти) - це вихідний, базовий рівень когнітивної сфери психіки.

Слід сказати, що з середини XX в. склалися також інші традиції в розумінні її структури, а саме: 1) відносити відчуття і сприйняття до сенсорно-перцептивного рівня, а інші, складніше організовані, процеси (від пам'яті до свідомості) - до рівня когнітивного; або 2) розглядати всі пізнавальні процеси (від відчуття до свідомості) як стадії досить загального за своїм психологічним змістом процесу прийому та переробки інформації (парадигма когнітивної психології), а весь цей процес представляти як вихідний блок цілісного поведінкового акта, куди входить порівняння сприйнятої інформації з вилученої з пам'яті, що включає мету суб'єкта, прийняття рішення, виконання.

Специфіка сенсорних процесів

Протягом усієї історії психології не припиняються дискусії про співвідношення сенсорних та перцептивних процесів – і як про самостійну проблему, і в рамках проблеми структури когнітивної сфери в цілому. Розмежування відчуття та сприйняття запропонував Т.

Рейд (1785). У сучасній психології сенсорних і перцептивних процесів воно залишається поширеним - за критеріями цілісності та предметності образу. Сприйняття-відображення цілісного об'єкта або явища, що включає його предметне значення (наприклад, сприйняття місяця, удару дзвону, смаку дині тощо), на відміну від відчуття - відображення окремих сторін дійсності, що не сприймається до конкретного об'єкта з його предметним значенням (відчуття світлової плями, гучного звуку, солодкого смаку тощо). При цьому під відчуттям розуміється і сам процес сенсорного відображення, і його продукт-сенсорний образ. Асоціаністська психологія ХІХ ст. представляла цілісний образ сприйняття як асоціацію окремих відчуттів ознак об'єкта один з одним та його предметним значенням.

На початку XX ст. ці уявлення заслужено критикували гештальтисти, але при цьому вони впали в іншу крайність: зовсім ігнорували існування у феноменальному досвіді відчуттів та визнавали лише цілісні перцепти, що залежать не тільки від об'єкта, а й значною мірою від природжених властивостей сприйняття. Водночас ще раніше (Фех-нер, 1860) виникнення психофізики показало можливості експериментально та кількісно вивчати відчуття як функцію стимуляції. У другій половині XX століття у зарубіжній психології думку про єдність сенсорно-перцептивних процесів послідовно обстоює Дж. Гібсон (1990). Проте в даний час зберігаються уявлення про специфіку сенсорних процесів по відношенню до перцептивних. Вони розвинені О.М. Леонтьєва (1959-1975) в концепції про природу чуттєвого відображення. У ній класична двоїстість перцептивного образу постає як єдність його чуттєвої тканини, експериментально дослідженої учнями Леонтьєва (Столін, 1976; Логвиненко, 1976; та ін), тобто сенсорної основи образу, що і відповідає традиційному поняття «відчуття», та предметного значення. У споглядально-сенсуалістичній психології ХІХ ст. (Е. Тітченер та ін.) відчуття пропонувалося вичленяти з суб'єктивного досвіду методом аналітичної інтроспекції, яка представляла їх свідомості як далі нерозкладні елементи цього досвіду. Разом з тим в образах відчуттів виділялися чотири їх атрибути: якість (модальність або субмодальність), інтенсивність, просторова та тимчасова структура, що, на відміну від аналітичної інтроспекції, не втратило свого значення (Boring, 1963; Hensel, 1966; Ананьєв, 1977) . О. Кюльпе наприкінці ХІХ ст. і потім С. Стівене (1934) доводили, що окремі атрибути відчуттів можна розмежувати, якщо вони змінюються незалежно один від одного або залишаються постійними при зміні інших властивостей (наприклад, при зміні суб'єктивної яскравості світлової плями його видимий колір, площа, тривалість зберігаються колишніми) . Стівене експериментально побудував функції сталості гучності при зміні його висоти і протилежні функції (з невеликими відхиленнями на кінцях шкали). Насправді немає повної незалежності зміни одних сенсорних ознак від інших, але є відносна. Тому в психологічних дослідженнях сенсорних процесів вичленувалися і зберігаються окремі напрями, що вивчають суб'єктивне відображення різних ознак об'єкта в рамках чотирьох аспектів відчуття (у зорі – кольору, яскравості, розміру, глибини, форми, руху, швидкості тощо). буд.; у слуху - гучності, висоти, тембру звуку; у шкірній чутливості – дотику, тиску, температури, болю; у всіх випадках - для різних величин відчуття, його просторових і тимчасових характеристик). гучності, або висоті, або тембрі, або довжині

ності, або локалізації в просторі). Таким чином, специфіка сенсорних процесів по відношенню до перцептивних має місце насамперед у рамках конкретного завдання, поставленого перед спостерігачем і виконуваного ним. А саме: завдання, що вимагає виділити задану ознаку об'єкта (і при цьому відволіктися від інших) і зробити з ним необхідні дії (наприклад, виявити на тлі шумів гучніший звук, розрізнити два світлові сигнали по яскравості, оцінити, наскільки кислими є розчини різної концентрації ). У різних видах практичної діяльності широко поширені подібні завдання (див. підрозд. 3.1.5). Тому вивчення сенсорних процесів має найважливіше значення як теоретичне (як дослідження вихідної форми психічного відображення), а й прикладне. Зазначимо, що у вітчизняних дослідженнях поряд із терміном «сенсорний» використовується також термін «сенсорно-перцептивний», у зарубіжних роботах, як правило, вживається перше поняття («sensory»).

Психофізичний, психофізіологічний

та психосемантичний методи вивчення

сенсорних процесів

Дослідження сенсорних процесів ведуться в рамках трьох основних дисциплін – психофізики, психофізіології та психосемантики з використанням їх специфічних методів.

Психофізіологічні методи дають змогу виявити механізми сенсорних процесів, пов'язані з функціонуванням нервової системи людини. Це реєстрація та аналіз вегетативних проявів сенсорних процесів (найчастіше – КГР), реакцій рецепторів (мікрофонного ефекту равлика, електроретинограми), адаптаційних периферичних реакцій (звуження зіниці на світло та кровоносних судин на холод), показників типологічних властивостей нервової системи. Такі характеристики використовуються щодо диференціально-

психологічних механізмів міжіндивідуальної варіативності сенсорних процесів та їхньої індивідуальної динаміки, пов'язаної зі зміною рівня психофізіологічної активованості; у дослідженнях субсенсорної чутливості (до підпорогової стимуляції, яка недостатня для усвідомлених відчуттів та викликає відповідь лише на рівні мимовільних фізіологічних реакцій), а також у тих випадках, коли довільна відповідь утруднена (у осіб з патологією мови та маленьких дітей). Психофізіологічні методи включають також реєстрацію та аналіз біоелектричної активності мозку, що дозволяє виявити об'єктивний поріг виявлення сигналу та найбільш розвинене у дослідженнях колірного зору та механізмів кодування сенсорної інформації в нервовій системі. Все ж таки психофізіологічні механізми сенсорних процесів - предмет даної самостійної галузі знання, тому вони будуть розглядатися (у підрозд. 3.1.3, 3.1.4) лише у зв'язку з матеріалами психофізики - основного серед напрямів у вивченні сенсорних процесів, що використовують психологічні методи.

Інший такий напрямок (який стає все більш поширеним) – психосемантика – вивчення індивідуальних систем значень та категорій, уявлень, емоційно-естетичних асоціацій, що опосередковують сприйняття сенсорних ознак об'єктів. У цих дослідженнях (підрозд. 3.1.3) на основі методів семантичного диференціалу Осгуда, особистісних конструктів Келлі, багатовимірного шкалювання, спеціалізованих інтерв'ю піддослідних, зокрема, виявлено, що таке опосередкування підвищує власне сенсорну чутливість людини; крім того, побудовано психологічні моделі сенсорних просторів, що допомагають зрозуміти, як представлені сенсорні ознаки у суб'єктивному світі людини.

Отже, магістральним напрямом у вивченні сенсорних процесів психологічними методами (тобто реєстрацією та аналізом довільних відповідей людини на сенсорну інформацію, що сприймається) є психофізика. Це історично перша експериментальна галузь психології. Офіційне народження психології відносять до 1879 р. - відкриття першої у світі експериментальної лабораторії В. Вундта, проте ще в 1860 р. вийшов у світ капітальна праця Г.Т. Фехнера "Елементи психофізики". У ньому була представлена ​​розроблена автором нова наука: порогова теорія психофізики, її експериментальні методи та отримані (протягом багатьох тисяч вимірів) фундаментальні результати щодо оцінки порогів чутливості. І теорія, і методи і результати стали класичними. Найважливіше значення роботи Фехнера - обґрунтування принципової вимірності суб'єктивних психічних феноменів (на матеріалі відчуттів) та можливості їх вивчення строгими експериментальними методами. Таким чином, Фехнер спочатку заклав природничо фундамент психології - вивчення психічних процесів за їх об'єктивним поведінковим проявам, що дозволяє описати суб'єктивні феномени. Завдяки цьому психологія з суто описового розділу філософії перетворилася на самостійну експериментальну науку. Фехнер розробив методологію кількісного дослідження психічних процесів, значення якої є неминущим для психології і використовується донині (як і його граничні методи). Принципи та методи психологічних вимірів, розвинені в психофізиці (звісно, ​​і після Фехнера), застосовуються у всіх галузях психологічного знання.

Цілі цього викладу - перш за все висвітлити сучасні дослідження сенсорних процесів. Ранні ж концепції і ті розділи, які докладно представлені в наявних посібниках, лише коротко перерахуємо, відіславши читача до рекомендованої літератури. Це історичний розвиток перед-

уявлень про органи почуттів та їх функції: закон специфічних енергій органів почуттів, поняття про аналізатори, рецепторна та рефлекторна теорії відчуттів, види класифікацій відчуттів, адаптація та сенсибілізація [Величковський та ін., 1973; Лурія, 1975; Хрестоматія з відчуття та сприйняття, 2002], взаємодія аналізаторів, синестезії, системна організація сенсорики [Величковський та ін., 1973; Гібсон, 1990; Лурія, 1975; Пізнавальні процеси, 1982], багатовимірні моделі сенсорного простору, побудовані в середині XX ст. для колірного зору [Соколов, Ізмайлов, 1986], сенсорно-тонічна теорія сприйняття [Скотникова, 2002].

При викладі матеріалів психофізики увагу знову насамперед приділено систематизації сучасних концепцій та напрямів досліджень, які представлені лише в англомовній літературі або розкидані за різними вітчизняними джерелами, а також найважливішим узагальнюючим теоріям. Відомості ж, детально висвітлені в доступних посібниках, дані коротко або опущені. Це класичні та більшість сучасних теорій дискретності-безперервності роботи сенсорної системи та методи вимірювання чутливості [Бардін, 1976; Гусєв та ін., 1997; Проблеми та методи психофізики, 1974; Світлі та ін., 1964], концепція сенсорного розсіювання та розрізнення Л. Терстона [Гусєв та ін, 1997; Проблеми та методи психофізики, 1974], суб'єктивне шкалювання С. Стівенса та два класи сенсорних континуумів - протетичні та метатетичні [Гусєв та ін., 1997; Лу-пандін, 1989; Стівене, 1960], моделі прийняття рішення у виявленні та розрізненні із зовнішнім навчанням [Ат-Кінсон, 1980], концепція субсенсорної зони та об'єктивна сенсометрія, теорія рівнів адаптації [Хрестоматія по відчуттю та сприйняттю, 2002].

3.1.2. Найбільші концепції

психофізики та провідні напрямки

досліджень, що сформувалися

до середини 70-х років. XX століття

Психофізика - психологічна дисципліна, що вивчає вимір людських відчуттів, тобто визначення кількісних відносин між величинами фізичних подразників та відчуттів. В даний час до галузі психофізики відносять не тільки власне відчуття, але й інші психічні явища, що взаємодіють у процесі побудови чуттєвого образу або впливають на нього: сприйняття і пам'ять, прийняття рішення, увага та ін. Таким чином, психофізика розуміється як розгалужена галузь психології , що вивчає закони чуттєвого відображення, а також поведінку та діяльність людини при сприйнятті та оцінці сигналів зовнішнього та внутрішнього середовища [Забродін, Лебедєв, 1977].

Поставивши проблему виміру відчуттів, Р. Фехнер припускав, що людина здатна безпосередньо кількісно оцінювати їх величини. Тому він запропонував непрямий спосіб виміру – в одиницях фізичної величини стимулу. Величина відчуття уявлялася як сума ледь помітних його збільшення над вихідною точкою. Для її позначення Фехнер ввів поняття порогу відчуття, яке вимірюється в одиницях стимулу. Абсолютний поріг і розрізняльний (диференціальний, або ледь помітна відмінність - езр) - це мінімальна величина стимулу (або відповідно відмінності двох стимулів), перевищення якої викликає усвідомлене відчуття цього стимулу (або відмінності стимулів), а зниження не викликає. Для вимірювання абсолютного та диференціального порогів Фехнер розробив три методи: мінімальні зміни, середню помилку та константні стимули. Підсумувавши виміряні величини езр над абсолютним порогом до цього відчуття, отримаємо його величину. Поняття порога Фехнера та його порогові методи збереглися і широко використовуються досі. У прикладних роботах застосовується визначення величини відчуття числом езр. Виходячи із закону Вебера про сталість ледь помітного збільшення величини стимулу до його вихідної величини і прийнявши апріорний постулат про рівність суб'єктивних величин зер у всьому діапазоні стимулів, Фехнер математично вивів логарифмічну функцію залежності величини відчуття від величини стимулу. Це основний психофізичний закон Фехнера: R = k (InS – lnS 0), де R – величина відчуття, S – величина діючого стимулу, S o – абсолютний поріг. Таким чином, вимірявши абсолютний поріг, можна обчислити величину відчуття для стимулу, що діє. Постулат Фехнера критикується за безпідставність (заслужено), а теорія – за те, що ігнорує феномен хибної тривоги, якому сучасна психофізика приділяє велику увагу. В цілому ж психофізика Фехнера була і залишається класичною [Бардін, 1976]. Майже через століття після появи психофізики Фехнера паралельно їй утвердилася інша парадигма, заснована на припущенні про можливість безпосередньої кількісної оцінки людиною величини своїх відчуттів. С. Стівене в 1940-60-ті рр. (Слідом за своїми попередниками - Плато, Брен-тано, Терстоном) розробив прямі методи вимірювання відчуттів та побудови суб'єктивних сенсорних шкал (заснованих на визначенні людиною порядку своїх відчуттів за зростанням, або відстаней або відносин між ними, або на присвоєння нею числових значень). Суб'єктивні величини відчуттів, що визначаються прямими методами, виявилися пов'язаними з об'єктивними величинами стимулів статечною залежністю. Стівене отримав її також і математичним шляхом: R = k (S - S 0) n (основний психофізичний закон Стівена), ввівши апріорний постулат (що викликає як критику, так і згоду) про сталість відносини ледь помітного

приросту відчуття до його вихідної величини в усьому ряді відчуттів.

Пізніше розроблені закони, що виражаються іншими математичними рівняннями: експоненціальною функцією (Putter, 1918), тангенціальною (Zinner, 1930-1931), арктангенціальною (Beneze, 1929), інтегральною фі-гамма функцією (Ho3 і 9, Hous 9, Hous 2, Hous 9, Hous 9, Hous 9, Hous 2, Hous 9, Hous 2, Hous 9, Hous 9, Hous, 3, 3, 3). на універсальність і мають досить вузькі сфери застосування. Різні висловлювання психофізичного закону здебільшого не суперечать одне одному, оскільки описують різні сторони сенсорно-перцептивних процесів. Запропоновано варіанти узагальненого психофізичного закону, що описують і логарифмічну, і статечну функції (Ekman, 1956; Baird, 1975), а також ці та будь-які математичні функції, проміжні між ними [Забродін, Лебедєв 1977]. Цей закон, як найбільш узагальнений, буде розглянутий нижче.

У деяких зарубіжних роботах психофізика Фехнера називається об'єктивною, а психофізика Стівенса – суб'єктивною (за методологічним принципом [П'єрон, 1966]).

Прийнято також виділяти у психофізиці два основних розділи: так звану «Психофізику-I» (вчення про чутливість сенсорних систем) та «Психофізику-II» (вчення про сенсорні шкали для вимірювання вищепорогових відчуттів). У Фехнера такого поділу не існувало, тому що вимір і чутливості, і величин відчуттів базувалося на одній підставі - поняття порога. Однак надалі в обох розділах психофізики були створені безпорогові методи вимірювань, і ці розділи перетворилися на самостійні напрямки дослідження зі своєю методологією, феноменологією та понятійним апаратом. Проміжне становище з-поміж них займає проблематика, що з основним психофізичним законом.

Розрізняють також класичну та так звану сучасну психофізику. У сфері психофізики-I відмінність з-поміж них у цьому, що сучасна психофізика допускає власні шуми у сенсорної системі і розглядає виявлення подразників малої інтенсивності як виділення слабкого сигналу з флуктуирующего шуму. У класичній психофізіці сенсорний шум не можна порівняти з рівнем навіть слабкого сигналу. Тож сучасної психофізики реакція хибної тривоги - закономірний відповідь сенсорної системи, а класичної - поведінкова реакція, викликана несенсорными чинниками. У галузі пси-хофізики-І класична психофізика – це побудова шкал накопичених езр, а сучасна – шкалювання суб'єктивних оцінок стимулу. Поділяють також психофізику сенсорних та психофізику перцептивних процесів, що вивчають, відповідно, кількісні закономірності відображення окремих властивостей об'єкта (традиційна дисципліна) та цілісного об'єкта.

Проблема дискретності - безперервності сенсорного ряду у класичній психофізиці

Порогова концепція Фехнера постулювала реальність існування сенсорного порога, що поділяє всі стимули на ті, що відчуваються і не відчуваються. Таким чином, ряд відчуттів видавався дискретним: зі зростанням величини стимулу наступне відчуття виникає після попереднього лише тоді, коли приріст стимулу перевищить порогову величину (ЕЗР). То була перша концепція дискретності роботи сенсорної системи. Порогові методи Фехнера дають опис процесу переходу від невідчуття до відчуття як психометричної функції - залежності частоти правильних відповідей випробуваного від величини стимулу. Теоретично функція має вигляд плавної S-подібної кривої, порогова точка на якій знаходиться розрахунковим шляхом (рис. 3.1). Фехнер пояснював плавний характер кривою тим, що поріг флуктує у часі, а його опоненти (Г. Мюллер, Дж. Ястров, Г. Урбан) – відсутністю порога в сенсорній системі.

На основі плавного характеру психо-

Мал. 3.1.Теоретичний вид психометричної функції.

S – вісь стимулів; Р – вісь ймовірностей (частот) відповідей; S O 25 , S_, 5 - величини стимулів, що дають 25 та 75% правильних відповідей; S s [- значення еталонного стимулу (у задачі розрізнення); Md - середнє значення функції, що відповідає абсолютному порогу (в задачі його виміру) або точці суб'єктивної рівності (суб'єктивному еквіваленту зразка) - у задачі розрізнення.

метричною кривою розвинуто класична теорія безперервності сенсорного ряду. Він представлявся як безперервний ряд проміжних ступенів ясності - тому на психометричній кривій немає будь-якої точки, що відрізняється за своїми властивостями від інших. Джерелом варіабельності результатів експерименту вважалася дія випадкових внесених змінних, а не флуктуації порога в часі (як у пороговій теорії Фехнера). Баланс сприятливих та несприятливих випадкових факторів розподіляється за нормальним законом Гауса. Таким чином, розгорнулася дискусія з проблеми дискретності - безперервності сенсорного ряду, яка досі залишається однією з основних проблем психофізики [Бардін, 1976].

Психофізична теорія виявлення

сигналу- сучасна концепція безперервності

роботи сенсорної системи

Двома основними експериментально-теоретичними парадигмами, що існували в психофізиці до середини двадцятого століття, були граничні

Мал. 3.2.Щільність ймовірностей розподілу миттєвих значень сенсорного ефекту шуму (N) та сигналу (S).

Xs – вісь значень сенсорного ефекту; С – положення критерію прийняття рішення. Вертикальне штрихування - щільність ймовірностей правильних відповідей «так» («попадань»), коса штрихування - щільність ймовірностей неправильних відповідей «так» («хибних тривог»). а -симетричний критерій: P(S) = P(N) = 0,5; б -"ліберальний" критерій: P(S) = 0,8; P(N) = 0,2; в - "строгий" критерій: P (S) = 0,2; P(N) = 0,8.

психофізика Фехнера та психофізика суб'єктивних оцінок Стівенса. Третя парадигма пов'язані з появою психофізичної теорії виявлення сигналу (signal detection theory - SDT) (Tanner, Swets, Birdsall, Green, 1954-1972), що базується на статистичній теорії прийняття рішення, розробленої в радіотехніці. Це перегляд колишньої психофізики та важливий крок у розумінні природи відповідей людини у сенсорних завданнях. Теорія розроблена завдання виявлення звукового сигналу і натомість шуму і застосована далі до розрізнення сигналів та інших модальностям. У класичній психофізиці відповідь випробовуваного розумівся як пряме відбиток його сенсорних вражень, тому основі цих відповідей оцінювалася чутливість (як величина, зворотна порога). SDT виділила у відповіді дві складові – власне сенсорну чутливість спостерігача та ухвалення ним рішення про характер сенсорного враження. Розроблено теоретичну модель, яка описує обидва компоненти поведінки спостерігача, методи їх вивчення та окремі заходи оцінки. Стало ясно, що показники порога – це характеристики не «чистої» чутливості, але сумарні заходи виконання, які від особливостей прийняття рішення. (Проте порогові методи залишилися в арсеналі психофізики і широко використовуються, особливо в ряді прикладних областей, для приблизної експрес-оцінки чутливості, де вони виявили переваги перед методами SDT - підрозд. 3.1.4.)

Основна експериментальна парадигма SDT-виявлення сигналу на тлі випадкового шуму - або зовнішнього (що пред'являється спостерігачеві), або внутрішнього шуму сенсорної системи. Щільність ймовірностей розподілу миттєвих значень шуму описуються нормальним законом. Так само розподілом (лише зміщеним вправо по осі інтенсивності сигналу і шуму) характеризується сигнал, доданий до шуму. Сенсорні ефекти сигналу і шуму є точним відображенням цих двох розподілів. Передбачається, що випробовуваний знає ці розподіли і вирішує, яке їх викликало сенсорний ефект, оцінюючи ставлення їх правдоподібності з урахуванням обраного ним критерію прийняття рішення (рис. 3.2). Критерій може відповідати будь-якому значенню сигналу та шуму, оскільки визначається несенорною інформацією про апріорні ймовірності пред'явлення сигналу та шуму та вартості відповідей - про це спостерігач дізнається з інструкції. Таким чином, класичне поняття порога як реальної межі між стимулами, що відчуваються і не відчуваються, на сенсорній осі замінено поняттям

Мал. 3.3.Теоретичний вид робочої характеристики спостерігача (РХ) р(Н) – ймовірності влучень; p(FA) - ймовірність помилкових тривог. Дуга РХ будується за точками, що характеризує різні положення критерію спостерігача експериментально.

критерію, який спостерігач може довільно поміщати у будь-яку точку цієї осі. Тим самим сенсорна вісь виявляється безперервною.

Відповіді спостерігача бувають чотирьох типів: попадання (правильне виявлення сигналу), спокій (правильне заперечення сигналу), помилкова тривога (відповідь «так – був сигнал» – при пред'явленні тільки шуму) та пропуск сигналу. SDT переносить фокус психофізичного дослідження на аналіз процесу ухвалення рішення. З цією метою в різних серіях експерименту спостерігачеві дається несенорна інформація, що спонукає зміщувати критерій рішення (у методі «так» - «ні»), або він повинен у кожній пробі за кількома категоріями (4-6) оцінити ймовірність того, що був сигнал ( тобто використовувати відповідне число критеріїв рішення – у методі оцінки). В обох методах для кожного значення критерію результати виявлення характеризуються двома емпіричними частотами - попадань і хибних тривог (що достатньо, оскільки частоти спокою та перепусток лише доповнюють їх до одиниці).

Аналіз результатів виявлення проводиться шляхом побудови робочої характеристики спостерігача (РХ) – залежності ймовірності попадання (Hit – Н) від ймовірності помилкової тривоги (False

Мал. 3.4.Робочі показники спостерігача, відповідні різним величинам чутливості, тобто. зростання індексу <Х починаючи від 0 (випадкового вгадування).

alarm – FA) (рис. 3.3). РХ визначає поведінку людини в експериментах SDT, де стимуляція стаціонарна: пред'являється лише одна пара стимулів - шум та сигнал. (У розрізненні, яке описується так само, як виявлення, і вивчається тими ж методами, як сигнал зазвичай задається пара різних стимулів, а як шум - пара однакових, але може бути і навпаки.) Інший опис поведінки спостерігача дає психометрична функція, Так як порогові завдання будуються протилежним чином: стимул у різних пробах може мати набагато більше значень (5-7 у методі констант і практично необмежену кількість значень у двох інших методах), процес рішення вважається стаціонарним. (Насправді у багатьох сучасних роботах зафіксовано непостійність критерію у порогових експериментах - але це результат впливу «змінних суб'єкта», а не спеціально заданої несенорної інформації, як у парадигмі SDT.) Точки РХ ідеального спостерігача відповідають одній і тій же величині чутливості. При зниженні чутливості РХ зміщується до діагоналі (де вірні відповіді та помилки рівноймовірні) одиничного квадрата, що утворюють ймовірності попадань і хибних тривог, а при підвищенні - до лівого верхнього його кута (де попадання часті, а помилкові тривоги рідкісні - 4). .

Кожне значення критерію прийняття рішення відповідає крутості кривої РХ у даній точці та визначається тангенсом кута нахилу дотичної до кривої в цій точці (див. рис. 3.3) (що відповідає похідній у цій точці). Теоретичне значення критерію (($) розраховується на основі апріорних ймовірностей сигналу і шуму та вартості всіх чотирьох типів відповідей. Для оцінки емпіричних значень критерію існує ряд показників (див. нижче та в підрозд. 3.1.4). Сенсорна чутливість спостерігача - d" («detectabi-lity»- виявність) відповідає відстані між середніми розподілами шуму і сигналу в одиницях стандартного відхилення (воно приймається рівним для обох розподілів) [Бардін, 1976; Гусєв та ін., 1997; Проблеми та методи психофізики, 1974; Світлі та ін., 1964].

На основі експериментальних даних d"обчислюється як z s- z n- Різниця нормованих відхилень (знайдених за таблицями нормального розподілу густин ймовірностей) частот і попадань хибних тривог. Використовуються інші заходи чутливості (див. [Бардин, 1976] і подразд. 3.1.4 цієї глави). Згідно з SDT, для оцінки чутливості без оцінки динаміки критерію рекомендується третій метод, також розроблений на основі цієї теорії, - «вимушений вибір» (вибір випробуваним одного з двох (або більше) інтервалів спостереження, де, на його думку, був сигнал). Приймається, що критерій у цій процедурі стабільний, тому чутливість оцінюється точніше [Бардін, 1976]. (Однак пізніше отримані дані про нестабільність критерію у вимушеному виборі та більш стійких індексах чутливості у методі «так-ні» (Войтенко, 1989; Дубровський, Лові, 1995, 1996).

Сучасні концепції дискретності сенсорного ряду

Ці концепції докладно охарактеризовані у літературі [Бардін, 1976; 1993; Забродін, Лебедєв, 1977], тому представимо їх коротко. Найбільшою після

Фехнера порогової концепцією стала нейроквантова теорія (von Bekesy, 1930-1936; Stevens etal., 1941). У ній сенсорний ефект пов'язаний із роботою гіпотетичних функціональних одиниць у сенсорній системі – нейроквантів, або NQ. Кожен NQ спрацьовує, коли роздратування досягає його порогового рівня. Залежно від сили подразника активується різне число NQ в одиницю часу, чим визначається різна інтенсивність відчуттів. Через війну теорія передбачає прямолінійну форму психометричної функції, на відміну звичайної S-образной. Лінійні функції були отримані авторами в експериментах, але згодом виявлялися вкрай рідко, оскільки вимагають придушення всіх шумів.

Розвиток теорії виявлення сигналу призвело до появи нових порогових концепцій, що використовують запропоновану метрику сенсорного простору (у вигляді стандартного відхилення нормального розподілу шумових сенсорних ефектів) та визнають помилкові тривоги закономірними відповідями спостерігача (на відміну від класичної психофізики). У високопороговій теорії (Blackwell, 1953) передбачається, що відчуття може викликати тільки сигнал, але не шум, тобто поріг розташовується вище за середнє значення шуму, сенсорний ефект від якого не може перевершити поріг. В результаті помилкові тривоги на сенсорній основі неможливі, тому вони вважаються наслідком вгадування. РХ має вигляд прямої лінії. У теоріях низького порогу, навпаки, допускається сенсорна природа хибних тривог. Це теорія: низькопорогова, двох і трьох станів.

Низькопорогова теорія (Swets et al., 1961) передбачає існування одного порога, нижче якого сенсорні події невиразні, а вище - сенсорний континуум безперервний. Механізм прийняття рішення функціонує лише тоді, коли сенсорний ефект перевищує поріг. Для сенсорних подій нижче порога вводиться такий самий механізм вгадування, як у теорії високого поро-

га. РХ є частиною дуги для низьких частот помилкових тривог, а високих - відрізок прямий, як передбачає високопорогова теорія.

У теорії двох станів (Luce, 1963) передбачаються два можливі стани сенсорної системи при дії сигналу - виявлення та невиявлення та поріг між ними. Правило рішення - вгадування на сенсорній основі, якщо обидва стани рівноймовірні. Відповідно РХ має вигляд не плавної дуги, як у SDT, а складається з двох прямолінійних відрізків (більш крутий відповідає низьким частотам хибних тривог, а більш пологий - високим).

У теорії трьох станів (Atkinson, 1963) два з трьох можливих станів сенсорної системи: виявлення та невиявлення - своїм характером детермінують відповіді спостерігача, третій стан (невизначеність) він змушений долати, вибираючи на основі несенорної інформації певну стратегію відповіді. Три стани системи розділені двома порогами, тому РХ включає три прямолінійних відрізка і дедалі більше наближається до дугоподібної кривої SDT. Понад те, передбачається, що РХ може змінювати форму, т. е. описується механізм роботи сенсорної системи зі змінною чутливістю. Ця ідея виявилася найбільш плідною і в різних випадках виникала згодом в інших

Елементи психофізики

Наявність залежності відчуттів від зовнішніх подразнень змушує порушити питання характері цієї залежності, т. е. про основні закономірності, яким вона підпорядковується. Це центральне питання так званої психофізики. Її основи закладені дослідженнями Е. Вебера та Г. Фехнера. Оформлення вона отримала в «Елементах психофізики» (1859) Фехнера, які вплинули на подальші дослідження. Основне питання психофізики – це питання про пороги. Розрізняють абсолютніі різницевіпороги відчуття або пороги відчуттяі пороги розрізнення.

Дослідження з психофізики встановили передусім, що ні всякий подразник викликає відчуття. Він має бути такий слабкий, що не викличе жодного відчуття. Ми не чуємо безлічі вібрацій навколишніх тіл, не бачимо неозброєним оком безлічі навколо нас мікроскопічних змін, що відбуваються постійно. Потрібна відома мінімальна інтенсивність подразника для того, щоб спричинити відчуття. Ця мінімальна інтенсивність роздратування називається нижнімабсолютним порогом. Нижній поріг дає кількісний вираз для чутливості чутливість рецептора виражається величиною, обернено пропорційною порогу Е = I/J,де Е -чутливість та J -порогова величина подразника.

Поряд з нижнім існує і верхнійабсолютний поріг, тобто максимальна інтенсивність, можлива для відчуття цієї якості. У існуванні порогів рельєфно виступає діалектичне співвідношення між кількістю та якістю. Ці пороги для різних видів відчуттів різні. У межах одного й того ж виду вони можуть бути різні у різних людей, в однієї й тієї ж людини в різний час, за різних умов.

За питанням про те, чи має місце відчуття певного виду (зорове, слухове і т. д.), неминуче слідує питання про умови розрізнення різних подразників. Виявилося, що з абсолютними існують різницеві пороги розрізнення. Еге. Вебер встановив, що потрібне певне співвідношення між інтенсивностями двох подразників у тому, щоб вони дали різні відчуття. Це співвідношення виражено в законі, встановленому Вебером відношення додаткового подразника до основного має бути величиною постійної

де Jпозначає роздратування, ÑJ - Це приріст, К -постійна величина, яка залежить від рецептора.

Так, у відчутті тиску величина надбавки, необхідної для отримання ледь помітної різниці, повинна завжди дорівнювати приблизно "/30 вихідної ваги, тобто для отримання ледь помітної різниці у відчутті тиску до 100 г потрібно додати 3,4 г, до 200 - 6,8 г, до 300 - 10,2 г і т. д. Для сили звуку ця константа дорівнює "/10, для сили світла -"/100 і т.д.

Подальші дослідження показали, що закон Вебера дійсний лише для подразників середньої величини при наближенні до абсолютних порогів величина надбавки перестає бути постійною. Поруч із обмеженням закон Вебера допускає, як виявилося, і розширення. Він застосовується не тільки до ледь помітних, але і до будь-яких відмінностей відчуттів. Відмінності між парами відчуттів здаються нам рівними, якщо рівні геометричні співвідношення відповідних подразників. Так, збільшення сили освітлення від 25 до 50 свічок дає суб'єктивно такий ефект, як збільшення від 50 до 100.

Елементи психофізики - поняття та види. Класифікація та особливості категорії "Елементи психофізики" 2015, 2017-2018.

Іншим найважливішим джерелом, з урахуванням якого формувалася експериментальна психологія, стала психофізика. Густав Фехнер (1801)-- 1887) в роботі «Елементи психофізики» сформулював основне завдання психофізики:розробити точну теорію співвідношення між фізичним та психічним світами, а також між душею та тілом. Відповідно він розрізняв дві психофізики: внутрішню(вона має вирішити питання про співвідношення між душею і тілом, між психічним та фізіологічним) та зовнішню(її завдання - співвідношення між психічним та фізичним). Фехнер розробив лише зовнішню психофізику.

Для роботи в цій галузі Фехнер створив експериментальні методи. Він сформулював основний психофізичний закон. Все це склало нову самостійну галузь знання – психофізику. Метою Фехнерабув вимір відчуттів. Оскільки подразник, який викликає відчуття, може бути виміряний, Фехнер припустив, що засобом виміру відчуття може бути вимірювання інтенсивності фізичного подразника. Точкою відліку у своїй виступала та мінімальна величина подразника, коли він виникає перше, ледь помітне відчуття. Це нижній абсолютний поріг. Фехнер прийняв припущення, що всі ледь помітні різниці у відчуттях рівні між собою, якщо рівні прирости між подразниками, які відбуваються у геометричній прогресії. Різнисний поріг Фехнер обрав як міру виміру відчуття. Таким чином, інтенсивність відчуття дорівнює сумі різницевих порогів. Ці міркування та конкретні математичні обчислення призвели Фехнера до відомого рівняння, відповідно до якого інтенсивність відчуття пропорційна логарифму подразника.

Для психофізичних вимірів Фехнер розробив три методи: метод ледь помітних відмінностей, метод середніх помилок та метод постійних подразників, або метод справжніх та хибних випадків. Ці класичні методи виміру використовуються до теперішнього часу.

Фехнер вперше здійснив додаток математики до психології. Це порушило величезний інтерес і, звісно, ​​критику.

Було помічено, що закон вірний лише у певних межах, т. е. якщо інтенсивність подразника зростає, то зрештою настає така величина цього подразника, після якої його збільшення вже не призводить до збільшення відчуття. Це й низка інших критичних зауважень не похитнули впевненості Фехнера у своєму законі. Погоджуючись із критиками в деталях, він говорив: «Вавилонська вежа не була добудована тому, що працівники не могли зіткнутися щодо способу її побудови; мій психофізичний монумент уціліє, тому що працівники не можуть зіткнутися щодо способу його руйнування».

Третьою областю, з урахуванням якої зросла експериментальна психологія, стала психометрія. Її предметомє вимірювання швидкості перебігу психічних процесів:відчуттів та сприйняттів, найпростіших асоціацій. Ця нова лінія у психології почалася в астрономії. Астрономами було відмічено, що реакція на вплив ніколи не відбувається негайно, завжди є деяке запізнення відповіді на сигнал. Було встановлено факт індивідуальних відмінностей у швидкості сприйняття.

Різниця у показаннях між окремими спостерігачами була названа Безселем «особистим рівнянням».

Почалося вимір часу індивідуального рівняння. Виявилося, що навіть у однієї людини воно може бути різним. З'ясувалося, що однією з умов, що істотно впливає на цей час, є та обставина, що очікується або не очікується сигнал. Великий поштовх для досліджень у цій галузі був дано винаходом також астрономами спеціального апарату для вимірювання часу реакції - хроноскопа.

Справжній розвиток психометріяотримала у дослідженнях голландського фізіолога Ф. Дондерс.

Дондерс (1818)-- 1889) винайшов методику дослідження часу складних психічних процесів (1869). Спочатку вимірювався час простої реакції, тобто час, що протікає з моменту появи якого-небудь простого слухового або зорового подразника до моменту у відповідь на нього руху. Потім завдання ускладнювалося і набувало форми реакцій вибору, реакцій розрізнення.

Вимірювався час цих складніших реакцій. Потім з часу складних реакцій віднімали час, що витрачається на просту реакцію, залишок приписувався тому психічному процесу, який потрібно для операції вибору, розрізнення або вирішення інших завдань.

Великий внесок у психометрію зробив австрійський фізіолог З. Екснер. Йому належить термін «час реакції». Німецький фізіолог Л. Лангезробив розрізнення сенсорної та моторної реакцій і показав, що залежно від того, чи налаштований випробуваний на сенсорну сторону процесу чи має установку на його моторний аспект, час реакції істотно змінювався. З цього часу розпочинається дослідження установки.

Дослідження кількісних аспектів психічних процесів відкривали можливість об'єктивного підходи до психічних явищ. У цьому полягає важливе значення робіт у галузі психофізики та психометрії. Їхні результати сприяли матеріалістичному розумінню психіки. Сама постановка питання про перебіг психічних процесів у часі зустріла різку критику з боку ідеалістів.

Наявність залежності відчуттів від зовнішніх подразнень змушує порушити питання характері цієї залежності, т. е. про основні закономірності, яким вона підпорядковується. Це центральне питання так званої прихофізики. Її основи закладені дослідженнями Е. Вебера та Г. Фехнера. Оформлення вона здобула в «Елементах психофізики» (1859) Фехнера, які справили значний вплив на подальші дослідження. Основне питання психофізики – це питання про пороги. Розрізняють абсолютніі різницевіпороги відчуття або пороги відчуттяі пороги розрізнення.

Дослідження з психофізики встановили передусім, що ні всякий подразник викликає відчуття. Він може бути таким слабким, що не викличе жодного відчуття. Ми не чуємо безлічі вібрацій навколишніх тіл, не бачимо неозброєним оком безлічі навколо нас мікроскопічних змін, що відбуваються постійно. Потрібна відома мінімальна інтенсивність подразника для того, щоб спричинити відчуття. Ця мінімальна інтенсивність роздратування називається нижнімабсолютним порогом. Нижній поріг дає кількісний вираз для чутливості: чутливість рецептора виражається величиною, обернено пропорційною до порога: Е= I/J,де Е -чутливість та У - порогова величина подразника.

Поряд з нижнім існує і верхнійабсолютний поріг, тобто максимальна інтенсивність, можлива для відчуття цієї якості. У існуванні порогів рельєфно виступає діалектичне співвідношення між кількістю та якістю. Ці пороги різних видів відчуттів різні. У межах одного й того ж виду вони можуть бути різні у різних людей, в однієї й тієї ж людини в різний час, за різних умов.

За питанням про те, чи має місце відчуття певного виду (зорове, слухове і т. д.), неминуче слідує питання про умови розрізнення різних подразників. Виявилося, що з абсолютними існують різницеві пороги розрізнення. Еге. Вебер встановив, що потрібне певне співвідношення між інтенсивностями двох подразників у тому, щоб вони дали різні відчуття. Це співвідношення виражено у законі, встановленому Вебером: відношення додаткового подразника до основного має бути величиною постійної:

де Jпозначає роздратування, AJ -його приріст, К -постійна величина, яка залежить від рецептора.

Так, у відчутті тиску величина збільшення, необхідної для отримання ледь помітної різниці, повинна завжди дорівнювати приблизно 1 / 30 вихідної ваги, тобто для отримання ледь помітної різниці у відчутті тиску до 100 г потрібно додати 3,4 г, до 200 - 6,8 г, до 300 - 10,2 г і т. д. Для сили звуку ця константа дорівнює 1/10, для сили світла - 1/100 і т.д.

Подальші дослідження показали, що закон Вебера дійсний лише для подразників середньої величини: при наближенні до абсолютних порогів величина збільшення перестає бути постійною. Поруч із обмеженням закон Вебера допускає, як виявилося, і розширення. Він застосовується не тільки до ледь помітних, але і до будь-яких відмінностей відчуттів. Відмінності між парами відчуттів здаються нам рівними, якщо рівні геометричні співвідношення відповідних подразників. Так, збільшення сили освітлення від 25 до 50 свічок дає суб'єктивно такий ефект, як збільшення від 50 до 100.

Виходячи із закону Вебера, Фехнер зробив припущення, що ледь помітні різниці у відчуттях можна розглядати як рівні, оскільки всі вони - величини нескінченно малі, і вжити їх як одиницю заходу, за допомогою якої можна чисельно висловити інтенсивність відчуттів як суму (або інтеграл) ледве помітних (нескінченно малих) збільшення, рахуючи від порога абсолютної чутливості. У результаті він отримав два ряди змінних величин – величини подразників та відповідні їм величини відчуттів. Відчуття зростають в арифметичній прогресії, коли подразники зростають у геометричній прогресії.Відношення цих двох змінних величин можна виразити у логарифмічній формулі:

Е = KlogJ + С,

де Доі С є деякі константи. Ця формула, що визначає залежність інтенсивності відчуттів (в одиницях ледь помітних змін) від інтенсивного відчуття.

ти відповідних подразників, і є так званим психофізичний закон Вебера – Фехнера.

Допущена при цьому Фехнер можливість підсумовування нескінченних, а не тільки кінцевих різниць відчуттів, більшістю досліджень вважається довільною. Крім того, слід зазначити, що ряд явищ, розкритих новітніми дослідженнями чутливості, не укладається в рамки закону Вебера-Фехнера. Особливо значне протиріччя із законом Вебера- Фехнера виявляють явища протопатичної чутливості, оскільки відчуття області протопатичної чутливості не виявляють поступового наростання у міру посилення подразнення, а після досягнення відомого порога відразу ж з'являються максимально. Вони наближаються за характером до типу реакцій за принципом «усі чи нічого». Не узгоджуються, мабуть, із законом Вебера-Фехнера та деякі дані сучасної електрофізіології органів чуття.

Подальші дослідження Г. Гельмгольца, підтверджені П. П. Лазарєвим, замінили початкову формулювання закону Вебера-Фехнера складнішою формулою, що виражає загальний принцип, керуючий усіма явищами роздратування. Однак і спроба Лазарєва висловити перехід роздратування у відчуття в математичних рівняннях не охоплює всього різноманіття процесів чутливості.

Пороги і, отже, чутливість органів ніяк не доводиться представляти як раз і назавжди фіксовані постійні ліміти. Ціла низка досліджень радянських авторів показала їх надзвичайну мінливість. Так, А. І. Богословський, К. X. Кекчеєв та А. О. Долін показали, що чутливість органів чуття може змінюватися за допомогою утворення інтерсенсорних умовних рефлексів (які підкоряються взагалі тим же законам, що і звичайні рухові та секреторні умовні рефлекси). Дуже переконливо явище сенсибілізації було виявлено щодо слухової чутливості. Так, А. І. Бронштейн констатував зниження порогів чутності під впливом звукових подразнень, що повторюються. Б. М. Теплов виявив різке зниження порогів відмінності висоти внаслідок вкрай нетривалих вправ (див. с. 204 - 205). В. І. Кауфман - на противагу тенденції К. Сішора, Г. М. Уіппла та ін. розглядати індивідуальні відмінності порогів звуковисотної чутливості виключно як природні особливості організму, що не змінюються, - експериментально показав, по-перше, залежність порогів (так само як самого типу) сприйняття висотних різниць від характеру музичної діяльності піддослідних (інструменталісти, піаністи тощо. буд.) і, по-друге, змінність цих порогів (і типу) сприйняття висотних різниць. Кауфман тому дійшов висновку, що здатність розрізнення висоти звуку залежно від конкретних особливостей діяльності цієї особистості може певною мірою змінюватися. Н. К. Гусєв дійшов аналогічних результатів про роль практики дегустації у розвитку смакової чутливості.<...>

Пороги чутливості суттєво зрушуються залежно від ставлення людини до того завдання, яке він дозволяє, диференціюючи ті чи інші чуттєві дані. Один і той же фізичний подразник однієї і тієї ж інтенсивності може виявитися і нижчим, і вищим за поріг чутливості і, таким чином, бути або не бути поміченим залежно від того, яке значення він набуває для людини: чи з'являється він як байдужий момент оточення даного індивіда чи стає значним показником умов його діяльності. Тому, щоб дослідження чутливості дало скільки-небудь закінчені результати і призвело до практично значимих висновків, воно має, не замикаючись у рамках лише фізіології, перейти і в психологічний план. Психологічне дослідження має, таким чином, справу не тільки з «подразником»,але і з предметом,і не тільки з органом,але і з людиною.Цим більш конкретним трактуванням відчуття в психології, що пов'язує його з усім складним життям особистості в її реальних взаєминах з навколишнім світом, обумовлено особливе значення психологічного та психофізіологічного, а не тільки фізіологічного, дослідження для вирішення питань, пов'язаних із потребами практики.

1. Введення
2.Інформація. Основні поняття
теорія інформації. Кількість
інформації.
3. Одиниці вимірювання кількості
інформації
4.Інформаційна ентропія. Формула
Хартлі. Формула Шеннона

5.Загальна схема знімання, передачі та
реєстрації інформації
6. Застосування теорії інформації в
медицині
1.Психофізика. Основні поняття.
2. Закони психофізики. Закон Вебера
3. Закон Вебера-Фехнера
4. Закон Стівенса
5. Сенсорні системи.
6. Слухова сенсорна система

Основні поняття теорії інформації

Інформація - сукупність відомостей про
всіляких
явищах,
об'єктах
і
предмети, які приносять нові знання про них
Інформаційна
ентропія
–
міра
невизначеності, яка залежить від числа
станів у
яких може бути
система.
Кількість інформації – величина
чисельно рівна зменшенню ентропії в
результаті настання будь-якої події
(повідомлення)

Формула Хартлі.

Формула Хартлі:
I = k logn = - k logP = - k log1/n
Якщо ми візьмемо як основу
логарифма 2, то k = 1, а одиниця
інформації
і
інформаційної
ентропії називатиметься БІТ.
I = log2n = - log2P = - log21/n

Формула Шеннона

Формула Шеннона:
H = -∑Pi∙log2Pi
Формула Шеннона для
рівноймовірних подій:
H = -∑(1/n)∙log2(1/n) = - log2(1/n) =
log2n

Загальна схема знімання, передачі та реєстрації інформації.

Пропускна здатність каналу зв'язку

C = H/t,
Де С – пропускна спроможність - Біт/с;
Н
–
максимальне
кількість
інформації, яка може бути
передано каналом зв'язку - Біт;
t – час, протягом якого
передавалася інформація – с.

Одиниця інформації

I = log2n;
Звідки: 1 = log22, тобто.
Один біт – кількість інформації
про те, що сталося одне з двох
рівноймовірних подій

ЗАВДАННЯ 1

Яка кількість інформації отримає
експериментатор при одноразовому
вилучення кульки з кошика, в якому
знаходиться по 73 чорних, зелених, білих
і червоних куль, якщо:
А) він сприймає всі кольори;
В) він сприймає червоний та зелений
кольори, як сірий.

РІШЕННЯ (А)

А)Оскільки експериментатор сприймає все
кольору, а кількість кульок кожної з
кольорів однаково, то з рівною ймовірністю:
Р(А) = m/4m = ¼
будуть вилучатися кульки будь-якого з квітів,
отже для вирішення задачі можна
застосувати формулу Хартлі:
І = log24 = 2 біти
Відповідь: І = 2 біти

РІШЕННЯ (В)

В) Оскільки експериментатор сприймає не все
кольору, а кількість кульок кожної з кольорів
однаково, то з рівною ймовірністю:
Р(А) = m/4m = ¼ будуть вилучатися кульки
білого та чорного кольору та з ймовірністю
Р(А) = 2m/4m = ½
кульки сірого кольору, отже для
розв'язання задачі потрібно застосувати формулу
Шеннона:
H = -∑Pi∙log2Pi

РІШЕННЯ (В)

(1/2) = 2-1; (1/4) = 4-1
Н= +(1/2)∙ log22 +2 (1/4)∙ log24
= 1/2 +1 = 1,5 біта.
ВИСНОВОК?

ЗАВДАННЯ 2

Чому дорівнює інформаційна
ентропія системи, яка
може перебувати у 6-ти
станах із ймовірностями:
Р1 = 0,25; Р2 = 0,25
і Р3 = Р4 = Р5 = Р6 = 0,125?

РІШЕННЯ

Завдання 3

З якої кількості символів
складається алфавіт,
використаний для передачі
повідомлення, що складається з 5
символів, якщо це повідомлення
містить 25 біт інформації?

РІШЕННЯ

Для вирішення цього завдання
необхідно застосувати формулу
Хартлі: I = 5∙log2n.
25 = 5∙log2n.
5 = log2n. Таким чином: N = 25 = 32
Відповідь: N = 32

Завдання 4

Яка кількість інформації
містить зернятко,
якого може вирости
рослина, що приймає один
з 4-х видів квітів та один з
восьми видів листя?

Рішення

I = I1 + I2
I1 = log2N1
I2 = log2N2
I = log2N1 + log2N2 =
log24+log28 =2 біта + 3 біта
= 5 біт

Застосування теорії інформації у медицині

Впровадження - інформаційних технологій для
управління
медичними
установами
різного рівня, у тому числі технологій
пов'язаних
з
діагностикою,
лікуванням,
реабілітацією та профілактикою здоров'я
пацієнтів,
автоматизованих
систем
обробки
інструментальних та лабораторних даних,
включають автоматизоване робоче місце
(АРМ) лікаря.

Елементи психофізики. Сенсорні системи.

Психофізика-наука,
вивчає взаємозв'язок
між відчуттями та
властивостями, що викликали
їх подразників.

Основні поняття психофізики

- Абсолютний поріг – найменша сила
подразника (стимулу), що викликає
відчуття;
- Абсолютний
максимальний
порог найбільша
сила
подразника,
що викликає відчуття;
Диференціальний поріг – найменше
зміна
сили
подразника,
що викликає зміну відчуттів;

Диференціальний просторовий та тимчасовий пороги

Диференціальний просторовий поріг
–
найменше
відстань
між
подразниками
при
якому
вони
сприймаються окремо.
Диференціальний тимчасовий поріг
найменший проміжок часу між
подразниками
при
якому
вони
сприймаються окремо.

ЗАКОН ВЕБЕРУ

S/S = const
Ставлення ледве
відчутної зміни
сили стимулу до його
вихідного значення є
величина постійна

ЗАКОН ВЕБЕРА-ФЕХНЕРА

dE = const; (З 1)
dR/R = const; (С2); С1 = k С2
dE=k dR/R
E=k dR/R
E = k ln(R/R0)

ЗАКОН СТИВЕНСУ

dE/E = const; dR/R = const;
dE/E=k dR/R dE/E=k dR/R
lnE + C1 = k lnR + C2
k
lnE = lnR + lnC lnE =
lnC Rk
E = C (R - R0) k

СЕНСОРНІ СИСТЕМИ

Сенсорними
(чутливими)
називають системи,
здатні вловлювати,
передавати та аналізувати
інформацію

СЛУХОВА СЕНСОРНА СИСТЕМА

СЛУХОВА СЕНСОРНА СИСТЕМА

Орган слуху людини є
складну систему, що складається з наступних
елементів:
1 – вушна раковина; 2 - зовнішній слуховий
прохід; 3 - барабанна перетинка; 4 молоточок; 5 - ковадло; 6 - стремінце; 7 овальне вікно; 8 - вестибулярні сходи; 9
- кругле вікно; 10 - барабанні сходи; 11
- равликовий канал; 12 - основна
(Базилярна) мембрана.

Схематичне уявлення слухової системи

Роль зовнішнього вуха

Зовнішнє вухо складається з вушної
раковини, слухового проходу (у вигляді
вузької трубки), барабанної перетинки.
Вушна
раковина
грає
роль
звуковловлювача,
концентруючого
звукові хвилі на слуховому проході,
внаслідок чого звуковий тиск на
барабанну перетинку збільшується по
порівняно зі звуковим тиском у
падаючої хвилі приблизно в 3 рази.

Роль зовнішнього слухового проходу

Звук надходить у систему через зовнішній
слуховий канал, який є закритою з
одного боку акустичною трубою довжиною L
= 2,5 см. Звукова хвиля проходить через
слуховий прохід і частково відбивається від
барабанної перетинки. У слуховому каналі, як
у трубі, резонуватиме хвиля довжиною λ =
4L = 4 0,025 = 0,1 м. Частота, на якій
виникає акустичний резонанс,
визначається так: ν = v/λ = 340/(40 0,25) = 3,4
кГц.

Роль середнього вуха

Середнє вухо є пристроєм,
призначеним
для
передачі
звукових коливань із повітряної
середовища зовнішнього вуха в рідке середовище
внутрішнього вуха. Середнє вухо містить
барабанну перетинку, овальне та
круглі вікна, а також слухові
кісточки
(молоточок,
ковадло,
стремечко).

Роль середнього вуха

При проходженні звуку через середнє вухо відбувається
збільшення рівня його інтенсивності на 28 дБ, ніж
досягається зниження втрат рівня інтенсивності
звуку при переході з повітряного середовища в рідке,
що становить 29 дБ. Середнє вухо також забезпечує
ослаблення передачі коливань у разі звуку
великої інтенсивності шляхом рефлекторного
ослаблення зв'язку між кісточками Для захисту
барабанної перетинки від перепадів тиску служить
невелика євстахієва труба, яка з'єднує
порожнина середнього вуха з верхньою частиною глотки (з
атмосферою).

Роль внутрішнього вуха

Звуковосприймаюча система слухового апарату
є внутрішнє вухо і равлик, що входить до нього.
Внутрішнє вухо є замкнутою
порожнину. Ця порожнина, яка називається лабіринтом, має
складну форму та заповнена рідиною перилимфою. Вона складається з двох основних частин:
равлики, що перетворює механічні коливання в
електричний сигнал, та півкруги вестибулярного
апарату, що забезпечує рівновагу тіла в полі
сили тяжіння.

Частотно-виборчі властивості основної мембрани

В даний час вважається, що сприйняття
висоти
тону
визначається
становищем
максимуму коливань основної мембрани
Коливання основної мембрани стимулюють
рецепторні
клітини,
розташовані
в
кортієвому органі, внаслідок чого виникають
потенціали дії, що передаються слуховим
нервом у кору головного мозку.

Бінауральний ефект

Бінауральний ефект - здатність
встановлювати напрямок
джерело звуку в горизонтальній
площини внаслідок різниці фаз і
неоднаковий інтенсивностей
звукових хвиль, що потрапляють у різні
вуха.

Звук

Звук – поздовжні механічні
хвилі, що поширюються в
будь-якому середовищі, крім вакууму з
частотою від 16 Гц до 20 000 Гц.
Звук є адекватним
подразником для слухової
сенсорної системи

Суб'єктивні характеристики звуку

Суб'єктивними характеристиками звуку
є:
Висота тону, якій відповідає
фізична характеристика звуку-частота.
Гучність, якій відповідає фізична
характеристика звуку-інтенсивність.
Тембр, якій відповідає фізична
характеристика звуку-акустичний спектр

Шкала гучності

E = k lg(I/I0)
Одиницю виміру
гучності звуку
називають тлом.

Звукові методи досліджень

Звук може бути джерелом інформації про
стан органів людини.
Аускультація – безпосереднє
вислуховування звуків, що виникають усередині
організму.
Перкусія – дослідження внутрішніх органів
за допомогою постукування по поверхні тіла
та аналізу виникаючих при цьому звуків.
Постукування здійснюється або за допомогою
спеціальних молоточків, або за допомогою
пальці.

ФОНОКАРДІОГРАФІЯ

Фонокардіографія – графічна
реєстрація тонів і шумів серця та їх
діагностична інтерпретація.
Запис здійснюється за допомогою
фонокардіографа, який складається з
мікрофона, підсилювача, частотних
фільтрів, реєструючого пристрою.

Шкала інтенсивності

Рівнем інтенсивності називають
десятковий логарифм відносини
інтенсивності звуку до порога чутності:
L = lg(I/I0)
Одиницею виміру рівня інтенсивності
є білим (Б). Зазвичай використовують більше
дрібну одиницю рівня інтенсивності децибелу (дБ): 1 дБ = 0,1 Б. Рівень
інтенсивності в децибелах обчислюється за
наступним формулам:

Шкала інтенсивності

L = 10 lg(I/I0) = 20 lg(P/P0)
Якщо людина чує звуки,
що приходять з одного напрямку
від кількох некогерентних
джерел, то їх інтенсивності
складаються:
I = I1 + I2 + I3 + …

ЗАВДАННЯ 1

Яке значення інтенсивності
звуку у Вт/м2 необхідно для
того, щоб людина почула
його, якщо в оцінці його слуха
за допомогою аудіометра було
отримано значення його гостроти
слуху на частоті 1 кГц – 40 дБ.

РІШЕННЯ

В даному випадку для вирішення задачі
необхідно застосовувати формулу:
L = 10 lg(I/I0)
Тоді: 40 = 10 lg(I/I0), звідки:
4 = lg(I/I0), т.ч.:
4
I/I0=10
4
-12+4
-8
2
I = I0 10 = 10
= 10 Вт/м.

ЗАВДАННЯ 2

Звук, якому на вулиці відповідає
рівень інтенсивності L1 = 50 дБ,
чути в кімнаті так, як звук з
рівнем інтенсивності L2 = 30 дБ.
Знайти ставлення інтенсивностей
звуку на вулиці та в кімнаті.

РІШЕННЯ

Для вирішення даної задачі застосуємо
формулу для шкали інтенсивностей:
L1 – L2 = 10 lg(I1/I2), звідки:
2= ​​lg(I1/I2),
Отже: I1/I2 = 100.
Відповідь: I1/I2 = 100.

ЗАВДАННЯ 3

Вентилятор створює звук, рівень
інтенсивності якого L = 60 дБ.
Знайти рівень інтенсивності
звуку при роботі двох поряд
стоять вентиляторів.