|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Абсолютный абсолютный (дифференциальные)Стр 1 из 9Следующая ⇒
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Им. Н.И.ЛОБАЧЕВСКОГО
Г.С. Шляхтин Методы измерения Чувствительности СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ ЧЕЛОВЕКА Учебное пособие Издательство Нижегородского госуниверситета Нижний Новгород УДК 159.9.072 ББК Ю 935.11 Ш 70
Рецензенты: доктор психологических наук, профессор В.В.Большакова, кандидат психологических наук, доцент С.А.Гапонова.
Шляхтин Г.С. Методы измерения чувствительности сенсорных систем человека: Учебное пособие – Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского государственного университета им.Н.И.Лобачевского, 2003. ─ 69 с.
В учебном пособии рассматриваются классические и современные психофизические методы измерения чувствительности сенсорных систем. Описываются меры чувствительности и соответствующие процедуры их получения. Даны рекомендации по использованию описываемых методов. Для студентов и аспирантов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Психология». Ил. 16. Библиогр. 9 назв.
ISBN 5-85746-744-6 ББК Ю 935.11
©Шляхтин Г.С., 2003
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Одной из областей психологии, где впервые была предпринята попытка количественно оценить «субъективное», является психофизика, занимающаяся проблемами измерения ощущений и механизмами формирования образов ощущения. Более 150 лет назад были проведены первые работы по измерению порогов ощущений и сформулирован один из наиболее известных законов психологии – закон Вебера, названный так по имени немецкого ученого Э.Х.Вебера, в 1831 году открывшем, что разностный порог в разных модальностях изменяется прямо пропорционально величине исходного стимула. Справедливости ради следует отметить, что у Вебера были предшественники. Еще в 1729 году французский физик Бугер установил такую же зависимость для восприятия освещенности. В 1860 году немецкий исследователь Г.Т.Фехнер публикует ставшую впоследствии классической работу «Элементы психофизики», в которой впервые вводится определение порога ощущения как реально измеримой величины, описаны методы его измерения и сформулирован основной психофизический закон, носящий сейчас его имя – закон Фехнера. С этого момента в научном мире не прекращались дискуссии о природе порогов, возможности (или невозможности) измерения ощущения. Вторая половина ХХ столетия ознаменовалась появлением работ, которые использовали качественно новые идеи и подходы к данным проблемам. В области измерения ощущений это относится в первую очередь к работам американского психолога С.Стивенса, предложившего новый вариант психофизического закона (1961). В области пороговых измерений – это использование идей теории статистических решений и теории обнаружения сигнала с фактическим отказом от понятия «порог ощущения» в том смысле, какой в него вкладывали основатели психофизики (Таннер В., Светс Дж., 1954; Грин Д., Светс Дж., 1966). Следствием этого явилось выделение «современной психофизики» в противовес «классической психофизике», со своей теоретической парадигмой и методическим арсеналом. В настоящее время психофизика является одной из наиболее развитых областей психологии как в теоретическом отношении, так и в методическом. Методы пороговых измерений и методы шкалирования, разработанные психофизиками, широко используются в других сферах психологии и в других науках.
Классические ПОРОГОВЫЕ МЕРЫ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ Пороги чувствительности
Чувствительность является одним из основных свойств сенсорной системы и характеризует ее способность адекватным образом реагировать на действие стимула. Под адекватной реакцией в данном случае подразумевается формирование образа ощущения (сенсорного образа), возникающего в результате действия на рецепторы стимула соответствующей модальности и процессов, протекающих в центральных отделах анализатора. Выделяют два вида чувствительности – абсолютную чувствительность (АЧ) и разностную чувствительность (РЧ) – см рис.1. Последнюю иногда называют дифференциальной чувствительностью.
Нижний Верхний Разностные Порог порог пороги
Рис.1. Классификация видов чувствительности и видов порогов чувствительности сенсорной системы
АЧ измеряется величиной абсолютных порогов чувствительности, РЧ - величиной разностных порогов чувствительности (РП). Абсолютные пороги бывают двух видов – нижний абсолютный порог (НАП) и верхний абсолютный порог (ВАП). НАП – наименьшая величина стимула (Imin), способная вызвать самое слабое ощущение (Rmin) – см. рис.2. Если величина стимула меньше НАП, то такой стимул не ощущается. ВАП – наибольшая величина стимула (Imax), еще способная вызвать максимальное по величине адекватное ощущение (Rmax). Если величина стимула превышает ВАП, ощущение либо изменяется качественно (например, превращается в болевое), либо исчезает вовсе. РП – наименьшее изменение величины действующего стимула (Δ Iпор), достаточное для едва заметного изменения ощущения (Δ Rmin). Если различие между двумя значениями стимула (или двумя стимулами) меньше РП, они воспринимаются равными по величине – т.е. не различаются. Таким образом, если I2 - I1 < Δ Iпор, то ощущение не изменяется и его величина остается равной R1, где I1, I2 – стимулы; если I2 - I1 = Δ Iпор, то ощущение изменяется на минимально возможную величину Δ Rmin и становится равным R2. Согласно такому подходу, минимально возможное различие между двумя ощущениями не может быть меньшим Δ Rmin.
Rmin R1 R2 Rmax
Рис.2. Соотношение величины стимула (I) и величины ощущения (R) при определении порогов Таким образом, значения абсолютных порогов (НАП и ВАП) определяют диапазон ощущаемых воздействий стимула, за пределами которого объективно действующие на сенсорную систему стимулы не воспринимаются. Разностные (дифференциальные) пороги определяют разрешающую способность сенсорной системы внутри диапазона ощущаемых воздействий. В области разностной чувствительности действует закон Вебера:
т.е. отношение величины разностного порога к величине стимула, относительно которого этот порог измерен, является константой (дробь Вебера). Следует отметить, однако, что для значений стимула, приближающихся к НАП или ВАП, закон Вебера перестает соблюдаться. Наиболее часто используемое операциональное определение порогов опирается на представление о стохастичности (случайности) сенсорного процесса. Так, НАП определяется как такое значение стимула, которое обнаруживается испытуемым с вероятностью 0, 5 (т.е. в 50% предъявленных проб). РП определяется как такая величина различия между двумя стимулами (Δ I), которая обнаруживается также с вероятностью 0, 5. Графический способ определения порогов приведен на рис.3. При определении РП вместо величины стимула I берется величина Δ I, отражающая величину различия между сравниваемыми (различаемыми) стимулами I1 и I2, а Робн – вероятность обнаружения различия между стимулами. Психометрическая функция, изображенная на рис.3, описывает зависимость вероятности обнаружения стимула (или различия между стимулами) от величины стимула (или величины различия стимулов). Ниже будут рассмотрены ставших классическими три основных метода измерения порогов, описание которых было дано еще Фехнером: · метод границ (или метод минимальных изменений); · метод установки (или метод средней ошибки); · метод констант (или метод постоянных раздражителей).
Рис.3. Графическое определение величины НАП (I – величина стимула, Робн – вероятность обнаружения стимула, а – психометрическая функция) Несмотря на столь солидный возраст, они до настоящего времени широко применяются как в исследовательской работе, так и в практической сфере. Конечно, арсенал пороговых методов измерения чувствительности не ограничивается только ими. В настоящее время существует большое число таких методов и их вариаций, но в их основе, как правило, лежат упомянутые три классических метода. Каждый из этих методов может использоваться как для определения величины абсолютных порогов, так и разностных порогов. Поэтому в дальнейшем при описании метода будет браться только один вариант – измерение нижнего абсолютного порога. В случае измерения разностных (дифференциальных) порогов варьируемой от пробы к пробе величиной будет уже не абсолютная величина стимула I, а величина различия между переменным стимулом ( Ivar ) и постоянным (стандартным) стимулом ( Iconst ) – то есть величина DI = Ivar - Iconst. Весь эксперимент по измерению порога состоит из множества отдельных стимульных проб, которые в методах границ и установки объединяются в восходящие и нисходящие ряды (см. ниже). Под стимульной пробой понимается однократное предъявление испытуемому в интервале наблюдения одного из используемых значений стимула I (или двух стимулов с разницей в DI ), предваряемое предупредительным сигналом и завершающееся ответом (реакцией) испытуемого.
Методы измерения порогов чувствительности
Метод границ Процедура. Испытуемому последовательно предъявляются стимульные пробы, каждая из которых содержит одно из заранее определенных значений стимула I. Диапазон значений стимула выбирается таким, чтобы наименьшее значение стимула (Imin) практически никогда не воспринималось испытуемым, а наибольшее значение (Imax) – воспринималось в подавляющем числе проб. Количество фиксированных значений стимула (I1=Imin, I2 I3, …, In=Imax), используемых в методе границ, рекомендуется выбирать от 5 до 11. Стимулы предъявляются в строгом порядке: в первой пробе первым предъявляется наименьший стимул I1=Imin, затем I2 и далее по возрастающей до тех пор, пока испытуемый не обнаруживает наличие стимула в пробе (восходящий ряд ); во второй пробе первым предъявляется наибольший стимул In=Imax, затем меньший по величине стимул In-1 и далее по убывающей, пока испытуемый не отметит исчезновение стимула в очередной пробе (нисходящий ряд ). Нисходящие и восходящие ряды чередуются. Количество рядов определяется экспериментатором в соответствии с конкретными задачами исследования (чаще всего оно задается требованиями к уровню статистической значимости получаемых данных). От испытуемого требуется отметить момент, когда в восходящем или нисходящем ряду он замечает появление (исчезновение) стимула. Этот момент отмечается в протоколе эксперимента.
Протокол эксперимента. Оформляется соответственно приводимому в табл.1 образцу для 11 значений стимула и 10 рядов (5 восходящих и 5 нисходящих).
Получаемые показатели. После завершения эксперимента по полученным данным, которые зафиксированы в протоколе эксперимента, для каждого ряда определяется единичное значение порога (Iед.пор). Единичное значение порога - это такое значение стимула, при котором происходит изменение ответов испытуемых с «Нет» на «Да» в восходящих рядах, и с «Да» на «Нет» в нисходящих (в протоколе это значение обозначено пунктирной линией).
Таблица 1 Образец протокола эксперимента в методе границ
* - «+» - ответ испытуемого «Да, есть стимул в пробе»; «-» - ответ испытуемого «Нет стимула в пробе»; ** - восходящие ряды – нечетные, нисходящие ряды – четные.
Искомое значение порога подсчитывается как среднее арифметическое единичных значений порогов в сериях: Iпор = (7, 5+4, 5+8, 5+7, 5+6, 5+3, 5+7, 5+5, 5+8, 5+4, 5) / 10 = 6, 4 усл.ед. В основе этого способа расчета величины порога лежит использование линейной аппроксимации при вычислении единичных значений порога. В некоторых случаях представляет интерес такой показатель, как величина зоны неопределенности – т.е. тех значений стимулов, в отношении которых у испытуемого нет достаточной уверенности относительно их наличия или отсутствия в стимульной пробе. Количественно оценкой величины зоны неопределенности может выступить величина среднеквадратического отклонения единичных значений порогов σ : где n – общее количество предъявленных стимулов. Область применения. Как правило, используется для предварительной или же приблизительной оценки величины порога чувствительности. Достоинством метода является быстрота и относительная простота процедуры, а недостатком – неточность оценки Iпор. Последнее обусловлено знанием испытуемым характера изменений сигнала - увеличение или уменьшение стимулов в восходящих и нисходящих рядах. В результате у него формируется определенное ожидание очередного значения сигнала в ряду, что влияет на принятие решения о наличии или отсутствии стимула в пробе.
Метод установки
Процедура. Во многом аналогична использовавшейся в методе границ, только теперь испытуемому дана возможность самому изменять величину стимула в восходящих и нисходящих рядах. То есть испытуемый в методе установки играет активную роль. От него требуется устанавливать в восходящих и нисходящих рядах такую величину стимула, которая оказывается на грани перехода от воспринимаемых значений стимула к не воспринимаемым (или наоборот). При этом испытуемому разрешается многократно менять направление изменения величины стимула в отдельной пробе ряда в процессе поиска нужного граничного значения стимула. Выбранное в каждой отдельной пробе такое граничное значение представляет собой единичное значение порога, аналогичное рассматривавшемуся выше Iед.пор., и заносится в протокол эксперимента. Протокол. В связи с тем, что в протокол эксперимента заносится только одно число для каждого восходящего и нисходящего рядов, форма итогового протокола оказывается более простой, чем в методе границ. Образец этой формы для 5 восходящих и 5 нисходящих рядов приведен в табл.2.
Таблица 2 Образец протокола эксперимента в методе установки
* - восходящие ряды – нечетные, нисходящие ряды – четные.
Показатели. Как и в предыдущем методе, для определения величины порога чувствительности используется расчет среднего арифметического единичных значений порогов, полученных в ходе эксперимента: Iпор = (4, 2+5, 6+5, 3+6, 4+3, 7+7, 1+5, 5+4, 9+5, 1+5, 7) / 10 = 5, 35 усл.ед. Для оценки величины зоны неопределенности, как и раньше, используется среднеквадратическое отклонение единичных значений порога (см. выше). Область применения. Практически совпадает с той, которая была определена для метода границ: предварительная и приближенная оценка величины порога. Вместе с тем в ряде случаев метод может обеспечить большую точность в связи со снижением влияния ожиданий на процессы принятия решения.
Метод постоянных стимулов
Процедура. Вокруг предлагаемого значения порога в диапазоне от очень редко до почти всегда воспринимаемых величин стимула располагается от 5 до 10 равноотстоящих друг от друга на оси I значений стимула (оптимально – 7 градаций). Каждое из этих значений стимула предъявляется в эксперименте равное число раз (т.е. все значения стимула имеют одинаковую частоту предъявления). Количество предъявлений определяется конкретными задачами исследования и может варьировать от 10 до 500. При этом последовательность предъявления этих значений обязательно должна быть случайной – т.е. испытуемый не должен знать, какое из значений стимула будет ему предъявлено в следующей пробе. Его задачей является обнаружение наличия (или отсутствия) стимула в каждой пробе (интервале наблюдения). Т.е. испытуемый должен выбрать один из вариантов ответов- был раздражитель в пробе – «Да», или его там не было - «Нет». Протокол. Примерная форма протокола приведена в табл.3 для варианта, когда используется 7 значений величины стимула, каждое из которых предъявляется по 10 раз. Показатели. На основе полученных данных подсчитывается число случаев правильного обнаружения стимулов для каждого из использовавшихся в эксперименте стимульных значений ( I ), а затем – частоту (вероятность) их правильного обнаружения: Pобн= m/n. (3) По полученным результатам строится график зависимости Pобн от I (рис.3) и определяется значение порога Iпор. Графический способ определения порога является самым простым и достаточно точным.
Таблица 3 Образец протокола эксперимента в методе констант
*- «+» – ответ «Да»; «-» - ответ «Нет».
За величину порога принимается значение стимула, которое обнаруживается с вероятностью 0, 5. Можно использовать как обычную систему координат, так и нормальную систему (z-координаты), что и изображено на рис.4. При использовании z-координат и аппроксимации данных линейной функцией методом наименьших квадратов результат будет наиболее точным. Для нашего примера Iпор = 5, 33 усл.ед. Область применения. Метод постоянных раздражителей позволяет получить наиболее точные значение порога по сравнению с другими методами. Его результаты не искажаются ожиданиями испытуемых относительно очередных значений предъявляемых стимулов, так как порядок их предъявления случаен. Вместе с тем он требует несколько больших затрат времени на проведение исследования и может использоваться там, где главным является точность и надежность измерения, а не быстрота.
Рис.4. Зависимость вероятности правильного обнаружения стимула ( Pобн и Zобн ) от его величины ( I ) (психометрическая функция)
Следует также заметить, что метод постоянных раздражителей в чем-то ближе к современным методам и благодаря в некотором смысле оптимальности сочетания точность/надежность пользуется популярностью у исследователей. Самой оптимальной стратегией принятия решений в этих условиях будет та, которая направлена на минимизацию общего среднего риска и, соответственно, получение максимального выигрыша – так называемая «байесовская» стратегия. Правило принятия решения, соответствующее этой стратегии, будет состоять в учете стоимостей различных четырех исходов в принятии решения (или соответствующих значений рисков) при определении значений порогов принятия решения λ 0:
или, используя новые обозначения, V1 = C11 – C12, V2 = C22 – C21, запишем новое определение для порога принятия решения:
Соответственно, правило принятия решения будет выглядеть следующим образом:
То есть принимается решение, которое обеспечит максимальный выигрыш (минимальный риск) при имеющихся стоимостях различных исходов, априорных и апостериорных вероятностях. Тем самым обеспечивается учет при принятии решения трех важнейших факторов:
· прогноза возможного состояния среды (априорные вероятности);
· поступившей информации о реально существующем состоянии среды (апостериорные вероятности);
· важности (стоимости) для субъекта различных исходов при принятии решения (величина риска или выигрыша). Таким образом, при использовании байесовской стратегии принятия решения человек использует всю доступную ему информацию о ситуации для достижения оптимальности решения. Рассмотрим, как работает такой механизм принятия решения на примере «Охотник» при изменении стоимостей различных исходов, но неизменности априорных и апостериорных вероятностей.
Исходные данные: Априорные вероятности: q1=0, 5; q2=05,. То есть прогноз, который делает охотник, опираясь на информацию, полученную до начала охоты (слухи, мнение товарищей-охотников и местных жителей, и т.п.), таков: «Вероятность встретить на охоте зайца равна 0, 5». Апостериорные вероятности: p(ej /h1)=0, 2; p(ej/h2)=0, 8. Т.е., отправившись на охоту и проходя по опушке леса, охотник слышит в кустах шорох (ej), весьма похожий на тот, который может вызвать заяц. Отношение правдоподобия: λ (ej)= Исходя из этих начальных условий, рассмотрим три варианта развития ситуации, различающиеся величиной доходов и расходов охотника (стоимостями исходов).
Вариант1: Стоимости: цена добытого охотником зайца – 100 рублей; Правило принятия решения Правило принятия решения, которым будет руководствоваться испытуемый в этом случае, будет достаточно простым:
если sj > s0 , то принимается решение «Да, стимул был» (гипотеза h1); если sj < s0 , то принимается решение «Нет, стимула не было» (гипотеза h2).
Для того, чтобы субъект мог дать один из этих ответов, необходимо определить то критическое значение s0, которое разделит всё множество значений s на две области, соответствующие ответам ² ДА² и ² НЕТ². Процедура определения s 0 задаётся теми закономерностями процесса принятия решения, которые рассмотрели ранее в разделе 2. Однако теперь рассматриваются уже не дискретные величины апостериорных вероятностей p(ej /h1) и p(ej /h2), а функции распределения плотности вероятности возникновения сенсорного события при наличии (или без) стимула в пробе - f(s) и f(n) соответственно (см. рис.6). А взамен отношения правдоподобия λ используется функция отношения правдоподобия f(λ ), которая для случая нормального закона распределения функций f(s) и f(n) является монотонно возрастающей:
а ее общий вид представлен на рис.7.
Рис.7. Общий вид функции отношения правдоподобия
Порог принятия решения λ 0 определяется субъектом в полном соответствии с правилами, описанными ранее в разделе 2 - исходя из имеющихся значений априорных вероятностей qs, qn и стоимостей решений C. Затем, через функцию отношения правдоподобия f(λ ) определяется пороговое значение s0 , которое и позволяет принимать решение о переводе сенсорного события в категорию «сенсорный образ Š ». Соответственно четырём типам исходов (см. таблицу 4), можно определить их вероятности, если определены λ 0 и s0:
(далее будем обозначать как Pобн);
Графически эти четыре вероятности представляют собой площади под графиками функций f(s) и f(n), изображенными на рис.6., слева и справа от критической точки s0. На рис.6 заштрихованы площади, соответствующие Pобн и Pлт. При этом: Pобн+ Pпроп =1, (17а) Pлт + Pотр =1. (17b)
Учитывая эти соотношения, очевидно, что для полного описания ситуации достаточно знать одну величину из первого равенства ( Pобн или Pпроп ), и одну - из второго ( Pлт или Pотр ).
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ сенсорной ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ Современная психофизика предлагает достаточно широкий набор методов и методических приемов измерения чувствительности сенсорных систем, опирающихся на изложенные выше теоретические подходы. Вместе с тем можно выделить три метода, которые являются в некотором роде базовыми и выступают в качестве исходных при разработке различных вариантов и модификаций. К этим основным методам относятся:
a) метод «ДА-НЕТ» (англоязычный вариант названия: «YES-NO»); b) метод оценки («rating»); c) метод вынужденного выбора («forced-choise»).
Во всех этих методах основной задачей является такое построение процедуры измерения, которое дает возможность получить достоверные значения вероятности правильного обнаружения Pобн и вероятности ложной тревоги Pлт. , построить рабочую характеристику наблюдателя (РХ) и рассчитать итоговый показатель чувствительности d¢ .
4.1. Метод ² ДА-НЕТ² Метод является самым простым и вместе с тем содержит все основные элементы, присущие методам этой группы.
В основе метода «ДА-НЕТ» лежит несколько простых правил:
1. Используетсяодно значение стимула - для оценки показателя чувствительности d¢ в каждом отдельном эксперименте используется только одно значение стимула. Если берётся другое значение стимула, то для оценки d¢ должен быть проведён новый эксперимент с этим значением I , в результате которого будет получено новое значение d¢ . Таким образом, различным величинам стимулов I будут соответствовать разные значения d¢ . По итогам предъявления проб с этим значением I определяется Pобн. 2. Используются пустые пробы - под «пустой пробой» понимается отдельная проба, у которой в интервале наблюдения отсутствует стимул. Наличие пустых проб необходимо для оценки вероятности ложных тревог - Pлт. Если в эксперименте Pлт = 0, это, как правило, означает, что значение стимула I слишком велико, в результате чего распределение f(s) смещено относительно f(n) по оси сенсорных эффектов далеко вправо. Либо в силу каких-либо причин испытуемый использует такой критерий принятия решения, что пороговое значение s0 смещено также далеко вправо (см. рис.6). 3. Исключаются нейтральные ответы - от испытуемого требуют в каждой отдельной пробе дать один из двух ответов: «ДА»- в интервале наблюдения данной пробы был предъявлен стимул; «НЕТ»- в интервале наблюдения данной пробы стимула не было.
Всякие другие варианты ответов, отражающие степень уверенности испытуемого в наличии или отсутствии стимула, запрещены (например: «скорее всего, стимула не было»; «кажется, был»; «наверное, был, но до конца не уверен»).
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-05-05; Просмотров: 553; Нарушение авторского права страницы
Диапазон ощущаемых значений стимула
НАП I1 I2 ВАП 
0 Imin Imax
, (1)
= 
, (2)
, (12)
. (13)
(14а)
(14b)
= 
= 4, 0. 
, (15)
- вероятность правильного обнаружения стимула (16a)
- вероятность пропуска стимула ( Pпроп ); (16b)
- вероятность ложной тревоги ( Pлт ); (16с)
- вероятность правильного отрицания ( Pотр ). (16d)