ЧУСТВИТЕЛЬНОСТЬ И ЕЕ ИЗМЕРЕНИЕ

Различные органы чувств, дающие нам сведения о состоянии окружающего нас внешнего
мира, могут быть более или менее чувствительны к отображаемым ими явлениям, т.е. могут отображать эти явления с большей или меньшей точностью. Для того чтобы в результате действия раздражителя на органы чувств возникло ощущение, необходимо, чтобы вызывающий его стимул достиг определенной величины. Эта величина называется нижним абсолютным порогом чувствительности. Нижний абсолютный порог чувствительности - минимальная сила раздражителя, вызывающая едва заметное ощущение. Это порог сознательного опознания раздражителя.

Однако существует и другой, более “низкий” порог, – физиологический. Этот порог отражает предел чувствительности каждого рецептора, за которым уже не может наступить возбуждение (рис. 3).

Так, например, одного фотона может быть достаточно для того, чтобы возбудить рецептор в сетчатке глаза, но необходимо 5-8 таких порций энергии для того, чтобы наш мозг воспринял светящуюся точку. Вполне понятно, что физиологический порог ощущений определен генетически и может изменяться только в зависимости от возраста или других физиологических факторов. Порог восприятия (сознательного опознания), напротив, гораздо менее стабилен. Он, кроме названных факторов, зависит также и от уровня бодрствования мозга, от внимания мозга к сигналу, который преодолел физиологический порог.

Высокая интенсивность

 

сознательное

опознание верхний порог

порог сознательного

с опознания (изменчивый)

т

 

и нижний абсолютный

порог

м

подсознательное

или подпороговое у порог физиологического

восприятие возбуждения (более

л постоянный)

 

 

 

отсутствие нулевая

ощущения интенсивность

 

 

Рис. 3. Зависимость ощущения от величины стимула

 

 

Между этими двумя порогами существует зона чувствительности, в которой возбуждение
рецепторов влечет за собой передачу сообщения, но оно не доходит до сознания. Несмотря на то, что окружающая среда в любой момент посылает нам тысячи всевозможных сигналов, мы можем уловить лишь небольшую часть из них.

В то же время, будучи не осознаваемыми, находясь за нижним порогом чувствительности, эти раздражители (субсенсорные) способны оказывать влияние на осознаваемые ощущения. С помощью такой чувствительности может, например, изменяться наше настроение, в некоторых случаях они влияют на желания и интерес человека к определенным объектам действительности.

В настоящее время существует гипотеза, что в зоне под уровнем сознания – в подпороговой зоне – сигналы, воспринятые органами чувств, возможно, обрабатываются низшими центрами нашего мозга. Если это так, то ежесекундно должны существовать сотни сигналов, которые проходят мимо нашего сознания, но тем не менее регистрируются на более низких уровнях.

Такая гипотеза позволяет найти объяснение многим спорным явлениям. Особенно, когда речь идет о перцептивной защите, подпороговом и экстрасенсорном восприятии, об осознании внутренней реальности в условиях, например, сенсорной изоляции или в состоянии медитации.

То, что раздражители меньшей силы (подпороговые) не вызывают возникновения ощущений, является биологически целесообразным. Кора в каждый отдельный момент из бесконечного количества импульсов воспринимает лишь жизненно важные, задерживая все остальные, в том числе импульсы от внутренних органов. Нельзя представить себе жизнь организма, у которого кора больших полушарий одинаково воспринимала бы все импульсы и обеспечивала на них реакции. Это привело бы организм к неминуемой гибели. Именно кора больших полушарий “стоит на страже” жизненных интересов организма и, повышая порог своей возбудимости, превращает неактуальные импульсы в подпороговые, избавляя тем самым организм от ненужных реакций.

Однако, подпороговые импульсы не безразличны для организма. Подтверждением этому служат многочисленные факты, полученные в клинике нервных болезней, когда именно слабые, подкорковые раздражители из внешней среды создают в коре больших полушарий доминантный очаг и способствуют возникновению галлюцинаций и “обмана чувств”. Подпороговые звуки могут восприниматься больным как сонм навязчивых голосов при одновременном полном безразличии к настоящей человеческой речи; слабый, еле заметный луч света может вызвать галлюцинаторные зрительные ощущения различного содержания; еле заметные тактильные ощущения – от контакта кожи с одеждой – ряд всевозможных острых кожных ощущений.

Переход от невоспринимаемых стимулов, не вызывающих ощущения, к воспринимаемым происходит не постепенно, а скачкообразно. Если воздействие уже почти достигло порогового значения, то бывает достаточно слегка изменить величину действующего стимула, чтобы он из полностью невоспринимаемого превратился в полностью воспринимаемый.

Вместе с тем, даже весьма значительные изменения величины стимулов в пределах допорогового диапазона не порождают никаких ощущений, за исключением рассмотренных выше субсенсорных стимулов и, соответственно, субсенсорных ощущений. Точно так же существенные изменения значения уже достаточно сильных, запороговых стимулов тоже могут не вызывать никаких изменений в уже имеющихся ощущениях.

Итак, нижний порог ощущений определяет уровень абсолютной чувствительности данного анализатора, связанной с сознательным опознанием стимула. Между абсолютной чувствительностью и величиной порога существует обратная зависимость: чем меньше величина порога, тем выше чувствительность данного анализатора. Это отношение можно выразить формулой Е – 1/Р, где: Е - чувствительность, а Р - пороговая величина раздражителя.

Наши анализаторы обладают различной чувствительностью. Так, порог одной обонятельной клетки человека для соответствующих пахучих веществ не превышает 8 молекул. Однако, чтобы вызвать вкусовое ощущение, требуется по крайней мере в 25000 раз больше молекул, чем для создания обонятельного ощущения.

Очень высока чувствительность зрительного и слухового анализатора. Человеческий глаз, как показали опыты С.И.Вавилова (1891—1951), способен видеть свет при попадании на сетчатку всего 2-8 квантов лучистой энергии. Это значит, что мы способны были бы видеть в полной темноте горящую свечу на расстоянии до 27 километров. В то же время, для того чтобы мы ощутили прикосновение, необходимо в 100–10000000 раз больше энергии, чем при зрительных или слуховых ощущениях.

Для каждого вида ощущений существуют свои пороги. Некоторые из них в представлены в таблице 2.

Таблица 2

Средние значения абсолютных порогов возникновения ощущений
для разных органов чувств человека

 

Органы чувств	Величина абсолютного порога ощущения, представленная в виде условий, при которых возникает едва заметное ощущение данной модальности
Зрение	Способность воспринимать ясной темной ночью пламя свечи на расстоянии до 27 км от глаза
Слух	Различение тикания ручных часов в полной тишине на расстоянии до 6 метров
Вкус	Ощущение присутствия одной чайной ложки сахара в 8 л воды
Запах	Ощущение наличия духов при одной лишь их капле в помещении, состоящем из 6 комнат
Осязание	Ощущение движения воздуха, производимого падением крыла мухи на поверхность кожи с высоты около 1 см

Абсолютная чувствительность анализатора характеризуется не только нижним, но и верхним порогом ощущения. Верхним абсолютным порогом чувствительности называется максимальная сила раздражителя, при которой еще возникает адекватное действующему раздражителю ощущение. Дальнейшее увеличение силы раздражителей, действующих на наши рецепторы,
вызывает в них лишь болевое ощущение (например, сверхгромкий звук, слепящий свет).

Величина абсолютных порогов, – как нижнего, так и верхнего, – изменяется в зависимости от различных условий: характера деятельности и возраста человека, функционального состояния
рецептора, силы и длительности раздражения и т.п.

Ощущение возникает не сразу, как только нужный стимул начал действовать. Между началом действия раздражителя и появлением ощущения проходит определенное время. Оно называется латентным периодом. Латентный (временной) период ощущения – время от начала действия раздражителя до возникновения ощущения. Во время латентного периода происходит преобразование энергии воздействующих стимулов в нервные импульсы, их прохождение по специфическим и неспецифическим структурам нервной системы, переключение с одного уровня нервной системы на другой. По длительности латентного периода можно судить об афферентных структурах центральной нервной системы, через которые, прежде чем попасть в кору головного мозга, проходят нервные импульсы.

С помощью органов чувств мы можем не только констатировать наличие или отсутствие того или иного раздражителя, но и различать раздражители по их силе и качеству. Минимальное различие между двумя раздражителями, вызывающее едва заметное различие ощущений, называется порогом различения, или разностным порогом.

Немецкий физиолог Э. Вебер (1795-1878), проверяя способность человека определять более тяжелый из двух предметов в правой и левой руке, установил, что разностная чувствительность относительна, а не абсолютна. Это значит, что отношение добавочного раздражителя к основному должно быть величиной постоянной. Так, если на руке лежит груз в 100 граммов, то для возникновения едва заметного ощущения увеличения веса необходимо добавить около 3,4 грамма. Если же вес груза составляет 1000 граммов, то для возникновения ощущения едва заметного различия нужно добавить около 33,3 грамма. Таким образом, чем больше величина первоначального раздражителя, тем больше должна быть и прибавка к ней.

С разностным порогом связан и оперативный порог различимости сигналов – та величина различия между сигналами, при которой точность и скорость различения достигают максимума.

Порог различения для различных органов чувств различен, но для одного и того же анализатора он представляет собой постоянную величину. Для зрительного анализатора эта величина представляет собой отношение приблизительно 1/100, для слухового - 1/10, для тактильного - 1/30. Экспериментальная проверка этого положения показала, что оно справедливо только для раздражителей средней силы.

Сама постоянная величина, выражающая отношение того приращения раздражителя к его исходному уровню, которое вызывает ощущение минимального изменения раздражителя, получила название константы Вебера. Ее значения для некоторых органов чувств человека приведены в табл. 3.

Этот закон постоянства величины приращения раздражителя был установлен, независимо друг от друга, французским ученым П. Бугером и немецким ученым Э. Вебером и получил название закона Бугера-Вебера. Закон Бугера-Вебера – психофизический закон, выражающий постоянство отношения приращения величины раздражителя, породившего едва заметное изменение силы ощущения, к его исходной величине: ∆I / I = К, где: I - исходная величина раздражителя,
∆I — его приращение, К - константа.

 

Таблица 3

Значение константы Вебера для разных органов чувств

 

Вид ощущений	Значение константы Вебера
Ощущение изменения высоты звука Ощущение изменения яркости света Ощущение изменения веса предметов Ощущение изменения громкости звука Ощущение изменения давления на поверхность кожи Ощущение изменения вкуса соляного раствора	0,003 0,017 0,020 0,100 0,140 0,200

 

 

Другая выявленная закономерность ощущений связана с именем немецкого физика Г. Фехнера (1801-1887). Из-за частичной слепоты, вызванной наблюдением за Солнцем, он занялся изучением ощущений. В центре его внимания – давно известный факт различий между ощущениями в зависимости от того, какова была первоначальная величина вызывающих их раздражителей.
Г. Фехнер обратил внимание на то, что подобные эксперименты за четверть века до этого проводил Э. Вебер, который ввел понятие “едва заметного различия между ощущениями”. Оно не всегда одинаково для всех видов ощущений. Так появилось представление о порогах ощущений, то есть о величине раздражителя, вызывающего или меняющего ощущение.

Исследуя зависимость, которая существует между изменениями силы воздействующих на
органы чувств человека раздражителей и соответствующими изменениями величины ощущений, и, учитывая экспериментальные данные Вебера, Г. Фехнер выразил зависимость интенсивности ощущений от силы раздражителя следующей формулой S = K lg J + C, где: S - интенсивность ощущения, J - сила раздражителя, K и С - константы.

Согласно этому положению, которое носит название основного психофизического закона, интенсивность ощущения пропорциональна логарифму силы раздражителя. Иначе говоря, при возрастании силы раздражителя в геометрической прогрессии интенсивность ощущения увеличивается в арифметической прогрессии. Это отношение получило название закона Вебера-Фехнера, а книга Г. Фехнера “Основы психофизики” имела ключевое значение для развития психологии как самостоятельной экспериментальной науки (рис. 4).

Существует также и закон Стивенса – один из вариантов основного психофизического закона, предполагающий наличие не логарифмической, а степенной функциональной зависимости
между величиной стимула и силой ощущения – S = K × I n, где: S — сила ощущения, I — величина действующего стимула, К и n — константы.

Спор о том, какой из законов лучше отражает зависимость раздражителя и ощущения, так и не завершился успехом ни одной из ведущих дискуссию сторон. Однако есть общее у этих законов: и тот, и другой утверждают, что ощущения меняются непропорционально силе физических стимулов, действующих на органы чувств, и сила этих ощущений растет гораздо медленнее, чем величина физических стимулов.

Согласно этому закону, для того чтобы сила ощущения, имеющего условную исходную величину 0, стала равной 1, необходимо, чтобы величина первоначально вызвавшего его раздражителя возросла в 10 раз. Далее, для того чтобы ощущение, имеющее величину 1, возросло в три раза, нужно, чтобы исходный раздражитель, составляющий 10 единиц, стал равным 1000 единицам и т.д., т.е. каждое последующее увеличение силы ощущения на единицу требует усиления раздражителя в десять раз.

с

и

л

а

 

о

щ

у

щ

е 1

н

и

я

 

 

1 10 100 1000 сила раздражителя

пороговое значение в физических единицах

раздражителя

 

Рис. 4. Логарифмическая кривая зависимости величины ощущения от силы раздражителя
(согласно закону Вебера-Фехнера)

 

 

Разностная чувствительность, или чувствительность к различению, также находится в обратной зависимости к величине порога различения: чем порог различения больше, тем меньше разностная чувствительность. Понятие разностной чувствительности используется не только для характеристики различения раздражителей по интенсивности, но и по отношению к другим особенностям некоторых видов чувствительности. Например, говорят о чувствительности к различению форм, размеров и цвета зрительно воспринимаемых предметов или о звуковысотной чувствительности.

Впоследствии, когда изобрели электронный микроскоп и провели исследования электрической активности отдельных нейронов, оказалось, что генерация электрических импульсов подчиняется закону Вебера-Фехнера. Это свидетельствует о том, что данный закон своим происхождением обязан в основном электрохимическим процессам, происходящим в рецепторах и преобразующим воздействующую энергию в нервные импульсы.