Рита Л. Аткинсон, Ричард С. Аткинсон, Эдвард Е. Смит, Дэрил Дж. Бем, Сьюзен Нолен-Хоэксема Введение в психологию

Примечательно, что мир, который мы познаем посредством наших органов чувств, — не тот же самый, о котором другие биологические виды узнают с помощью их органов чувств. Каждый из органов чувств человека настроен на восприятие определенного вида стимулов, существенных для его выживания, и нечувствителен к стимулам другого рода. У биологических особей виды стимулов, к которым они чувствительны, различны, как различны и их жизненные потребности. Например, собаки гораздо чувствительнее нас к запахам, поскольку в поведении, критичном для выживания— например, при поиске пищи, помечании тропы и идентификации родни, — они в основном полагаются на запахи.

В этой главе мы обсудим некоторые основные свойства органов чувств, уделяя особое внимание органам чувств у человека. Некоторые из рассматриваемых исследований имеют отношение к психологическим явлениям, а некоторые — к биологическим основам этих явлений. Фактически ни в одной другой области психологии биологический и психологический подходы не взаимодействовали столь плодотворно. На обоих уровнях анализа часто будет проводиться различие между ощущением и восприятием. На психологическом уровне ощущения — это переживания, связанные с простыми стимулами (вспышкой красного света, например), а при восприятии происходит последующая интеграция и смысловая интерпретация этих ощущений («это пожарная машина»). На биологическом уровне в процессах ощущения участвуют сами органы чувств и идущие от них нервные пути, и они имеют отношение к начальным этапам приобретения стимульной информации; в процессах восприятия участвуют высшие уровни коры мозга, которые, как известно, больше связаны с процессом осмысливания. Эти различения полезны с точки зрения изложения материала, но они несколько произвольны. Психологические и биологические процессы, происходящие на ранних этапах обработки стимульной информации, иногда влияют на конечную интерпретацию ее значения; кроме того, ограничившись рассмотрением нервной системы, вы не обнаружите четкой границы между первоначальным приемом стимульной информации органами чувств и последующим использованием этой информации мозгом. Тем не менее мы будем иметь в виду различение между ощущением и восприятием, причем в этой главе будут рассматриваться процессы ощущения, а в 5-й главе — процессы восприятия.

Материал данной главы охватывает различные ощущения: зрение, слух, обоняние, вкус и осязание; последнее включает ощущения давления, температуры и боли. В повседневной жизни всякое действие часто сопровождается многими ощущениями: откусывая кусочек персика, мы его видим, чувствуем его текстуру, вкус и запах, слышим звук своих жевательных движений. Однако в интересах анализа мы будем рассматривать каждое ощущение отдельно. Прежде чем перейти к анализу отдельных ощущений, или сенсорных модальностей, обсудим некоторые свойства, общие для всех ощущений.

Процедуры для определения абсолютного порога называются психофизическими методами. В одном из широко применяемых методов экспериментатор сначала отбирает набор стимулов, интенсивность которых близка к пороговой (например, набор лампочек с разной интенсивностью слабого свечения). Стимулы предъявляются испытуемому по одному в случайном порядке, а он должен сказать «да», если стимул обнаружен, и «нет» — если не обнаружен. Каждый стимул предъявляется по многу раз, и для стимула каждой величины определяется доля положительных ответов.

На рис. 4.1 показана зависимость доли ответов «да» от величины стимула (световой интенсивности, например). Эти данные типичны для такого рода экспериментов; с ростом интенсивности доля ответов «да» постепенно растет. Испытуемый иногда обнаруживает стимулы с интенсивностью всего 3 единицы, а иногда ему не удается обнаружить стимул с интенсивностью 8 единиц. Психологи согласились в том, что когда поведение характеризуется такого рода графиком, абсолютный порог определяется как интенсивность стимула, при которой последний обнаруживается в 50% случаев. Так, для данных, показанных на рис. 4.1, абсолютный порог составляет 6 единиц. (Величина абсолютного порога может значительно варьировать как у разных индивидов, так и у одного индивида в разное время, в зависимости от его мотивации и физического состояния.)


Рис. 4.1. Психометрическая функция, согласно эксперименту обнаружения. По вертикальной оси отложена доля случаев, когда испытуемый отвечает: «Да, я обнаружил стимул»; по горизонтальной оси — мера величины физического стимула. Такие графики называют психометрическими функциями, и их можно получить для любого параметра стимула.
Обнаружение изменений интенсивности. Мир постоянно меняется, и способность обнаруживать эти изменения, очевидно, ценна для выживания. Неудивительно, что психологи посвятили немало усилий изучению способности обнаруживать изменения интенсивности. Исследования, посвященные обнаружению изменений интенсивности, преследуют цель ответить на основной вопрос: насколько должны различаться два стимула, чтобы человек мог ощутить разницу между ними?

Стимул должен превысить некоторую минимальную величину, прежде чем можно будет что-либо обнаружить; точно так же между интенсивностями двух стимулов должно появиться определенное различие, чтобы можно было надежно отличить один от другого. Например, разница интенсивностей двух звуковых тонов должна достичь определенной величины, прежде чем один будет слышен громче другого; а чтобы они на слух различались по высоте, их частоты должны отличаться на определенную величину. Минимальное различие интенсивностей двух стимулов или их качество, необходимое для суждения о том, что эти стимулы разные, называется дифференциальным порогом, или едва заметным различием. Подобно абсолютному порогу, едва заметное различие определяется статистически. При использовании вышеописанной экспериментальной методики едва заметное различие определяется как количество изменения, необходимое, чтобы испытуемый обнаруживал разницу между двумя стимулами в 50% случаев.

Эти эксперименты имеют древнюю историю. В 1834 году немецкий психолог Эрнст Вебер провел подобное исследование и обнаружил одну из наиболее фундаментальных закономерностей в психологии. Он открыл, что чем выше начальная интенсивность стимула, тем больше должно быть изменение стимула, чтобы испытуемый его заметил. Вебер замерил ЕЗР интенсивности для нескольких модальностей, включая зрение и слух. Он заметил, что ЕЗР повышается с ростом интенсивности стандарта, и предположил, что ЕЗР есть постоянная часть интенсивности стимула (закон Вебера). Если, например, ЕЗР равно 1 при интенсивности 50, оно будет равно 2 при интенсивности 100, 4 при 200 и так далее (в этом примере ЕЗР всегда будет составлять 0,02 от интенсивности стандарта).

Существует два типа времени реакции. Простое время реакции предполагает нажатие на кнопку или какое-либо другое простое действие, например движение глаз или голосовой сигнал, сразу после обнаружения стимула. Такие реакции широко используются для измерений в исследованиях простого обнаружения. Чаще всего оказывается, что чем меньше интенсивность стимула, тем больше время реакции. На рис. 4.3 показано типичное время реакции на начало звукового тона в зависимости от интенсивности тона (Chocolle, 1940). Хотя тон всегда значительно превышает абсолютный порог для слуха, время реакции меньше для более интенсивных тонов. Аналогичные результаты были получены для простого времени реакции при обнаружении зрительных и тактильных стимулов (Coren, Ward & Enns, 1999).

Время реакции выбора предполагает выбор одной из нескольких различных реакций, в зависимости от предъявляемого стимула (например, нажать правую кнопку в ответ на красный свет или левую кнопку в ответ на зеленый свет). Этот тип реакции широко используется в исследованиях на различение. Как вы и могли предположить, чем меньше различие между стимулами, тем больше время реакции (Coren, Ward & Enns, 1999).
Сенсорное кодирование
Теперь, когда мы кое-что знаем о чувствительности различных органов чувств, можно перейти к биологическим основам ощущений.

Перед мозгом стоит грандиозная задача — ощущать мир. Каждый из органов чувств реагирует на определенного рода стимулы: зрение — на световую энергию, слух и осязание — на механическую энергию, вкус и обоняние — на химическую. Но мозг ничего этого не понимает. Он говорит только на языке электрических сигналов, связанных с нервными разрядами. В каждой сенсорной модальности должно сначала произойти преобразование соответствующей физической энергии в электрические сигналы, которые затем своими путями следуют в мозг. Этот процесс перевода называется превращением. Его осуществляют специальные клетки в органах чувств, называемые рецепторами. Зрительные рецепторы, например, расположены тонким слоем на внутренней стороне глаза; в каждом зрительном рецепторе есть химическое вещество, реагирующее на свет, и эта реакция запускает ряд событий, в результате которых возникает нервный импульс. Слуховые рецепторы представляют собой тонкие волосяные клетки, расположенные глубоко в ухе; вибрации воздуха, являющиеся звуковым стимулом, изгибают эти волосяные клетки, в результате чего и возникает нервный импульс. Аналогичные процессы происходят и в других сенсорных модальностях.

Рецептор — это специализированная нервная клетка, или нейрон (см. гл. 2); будучи возбужденной, она посылает электрический сигнал промежуточным нейронам. Этот сигнал движется, пока не достигнет своей рецептивной зоны в коре мозга, причем у каждой сенсорной модальности имеется своя рецептивная зона. Где-то в мозге — может, в рецептивной зоне коры, а может, в каком-то другом участке коры — электрический сигнал вызывает осознанное переживание ощущения. Так, когда мы ощущаем прикосновение, это ощущение «происходит» у нас мозге, а не на коже. Однако те электрические импульсы в мозге, которые прямо опосредуют ощущение касания, сами были вызваны электрическими импульсами, возникшими в рецепторах осязания, которые расположены в коже. Сходным образом, ощущение горького вкуса рождается не в языке, а в мозге; но мозговые импульсы, опосредующие ощущение вкуса, сами были вызваны электрическими импульсами вкусовых рецепторов языка. Таким образом, рецепторам принадлежит важная роль в обеспечении связи внешних событий с осознанными переживаниями. Многочисленные аспекты наших осознанных восприятий обусловлены конкретными нервными событиями, происходящими в рецепторах.

Кодирование интенсивности и качества. Наши сенсорные системы развивались, собирая информацию о предметах и событиях мира. Какого рода информация необходима нам для того, чтобы узнать, скажем, о таком событии, как короткая вспышка яркого красного света? Ясно, что полезно было бы знать ее интенсивность (яркость), качество (красная), длительность (короткая), местоположение и время ее включения. Каждая из сенсорных систем дает некоторую информацию об этих различных свойствах, хотя основным предметом большинства исследований являются свойства интенсивности и качества (или содержания) — именно они и будут интересовать нас в этой главе. Приведем примеры этих двух свойств сенсорного опыта: при виде ярко-красного пятна мы ощущаем качество красноты с большой интенсивностью; когда мы слышим слабый высокий тон, мы ощущаем качество высоты тона с небольшой интенсивностью.

Следовательно, рецепторы и их проводящие пути к мозгу должны кодировать интенсивность и качество. Нас интересует, как они это делают? Ученые, изучающие эти процессы кодирования, должны уметь определить, какие именно нейроны активируются данными стимулами. Обычно для этого ведется регистрация активности единичных клеток рецептора и проводящих путей во время предъявления испытуемому различных входных сигналов или стимулов. Так можно точно определить, на какие свойства стимула реагирует тот или иной нейрон.

Иллюстрация типичного эксперимента с регистрацией активности единичной клетки показана на рис. 4.4. Хотя это эксперимент со зрением, аналогичный метод применялся в исследованиях других видов чувствительности.


Рис. 4.4. Регистрация активности единичной клетки. Обезьяну под анестезией помещают в устройство, фиксирующее ее голову. Стимул — часто это мигающая или двигающаяся светлая полоса — проецируется на экран. Микроэлектрод, имплантированный в зрительную систему обезьяны, следит за активностью единичного нейрона, а снимаемый с него сигнал усиливается и показывается на осциллографе.
До начала эксперимента животное (в данном случае обезьяну) подвергают хирургической операции, во время которой в определенные участки зрительной коры вживляются тонкие провода. Разумеется, такая операция проводится в условиях стерильности и при соответствующей анестезии. Тонкие провода — микроэлектроды — покрыты изоляцией везде, кроме самого кончика, которым регистрируется электрическая активность контактирующего с ним нейрона. После имплантации эти микроэлектроды не вызывают боли, и обезьяна может жить и передвигаться вполне нормально. Во время собственно эксперимента обезьяну помещают в устройство для тестирования, а микроэлектроды подсоединяют к усиливающим и регистрирующим устройствам. Затем обезьяне предъявляют различные зрительные стимулы. Наблюдая, от какого электрода поступает устойчивый сигнал, можно определить, какой нейрон реагирует на каждый из стимулов. Поскольку эти электрические сигналы очень слабые, их надо усилить и отобразить на экране осциллографа, преобразующего их в кривые изменения электрического напряжения. Большинство нейронов вырабатывают ряд нервных импульсов, отражающихся на осциллографе в виде вертикальных всплесков (спайков). Даже при отсутствии стимулов многие клетки вырабатывают редкие импульсы (спонтанная активность). Когда предъявляется стимул, к которому чувствителен данный нейрон, можно видеть быструю последовательность спайков.

Регистрируя активность единичной клетки, ученые немало узнали о том, как органы чувств кодируют интенсивность и качество стимула. Основной способ кодирования интенсивности стимула — это число нервных импульсов в единицу времени, т. е. частота нервных импульсов. Покажем это на примере осязания. Если кто-то слегка касается вашей руки, в нервных волокнах появляется ряд электрических импульсов. Если давление увеличивается, величина импульсов остается той же, но их число в единицу времени возрастает (рис. 4.5). То же самое с другими модальностями. В общем, чем больше интенсивность, тем выше частота нервных импульсов и тем больше воспринимаемая интенсивность стимула.

А как обстоит дело с различными качествами в пределах одной сенсорной модальности? Как мы отличаем красное от зеленого или сладкое от кислого? Видимо, кодирование здесь также связано со специфическими нейронами. К примеру, есть подтверждение тому, что человек отличает сладкое от кислого просто потому, что для каждого вида вкуса имеются свои нервные волокна. Так, по сладким волокнам передается в основном информация от рецепторов сладкого, по кислым волокнам — от рецепторов кислого, и то же самое с солеными волокнами и горькими волокнами.

Однако специфичность — не единственный возможный принцип кодирования. Возможно также, что в сенсорной системе для кодирования информации о качестве используется определенный паттерн нервных импульсов. Отдельное нервное волокно, максимально реагируя, скажем, на сладкое, может реагировать, но в различной степени, и на другие виды вкусовых стимулов. Одно волокно сильнее всего реагирует на сладкое, слабее — на горькое и еще слабее — на соленое; так что «сладкий» стимул активировал бы большое количество волокон с разной степенью возбудимости, и тогда этот конкретный паттерн нервной активности и был бы в системе кодом для сладкого. В качестве кода горького по волокнам передавался бы другой паттерн. Как мы увидим далее при подробном рассмотрении органов чувств, для кодирования качества используется и нервная специфичность, и паттерны.