Вторым основанием для вывода формулы зависимости ощущения от стимула было так называемое соотношение Вебера. Это соотношение было основано на впоследствии экспериментально подтвержденном предположении, что отношение едва заметного различия к величине исходного стимула равно некоторой константной для каждой сенсорной модальности величине. Чем больше интенсивность исходного стимула, тем больше нужно увеличить его, чтобы заметить разницу, т. е. тем больше величина едва заметного различия. В нашем условном примере (рис. 11-5) этот принцип в общем соблюден.
Итак, DDI: I = С, где DDI — величина едва заметного различия, I — величина (интенсивность) исходного стимула, С — константа.
Опираясь на положения о равенстве минимальных различий между ощущениями и соотношение Вебера, Фехнер математически вывел формулу основного психофизического закона:
R=C(lgS-lgS0),
где R — величина ощущения; С — константа, связанная с соотношением Вебера; S — величина действующего стимула; S0 — абсолютный порог.
· Соотношение Вебера – отношение едва заметного различия к величине исходного стимула равно некоторой константной для каждой сенсорной модальности величине.
Примерно через сто лет после появления книги Фехнера Стивенс выдвинул идею возможности непосредственной количественной оценки человеком своих ощущений. Кроме того, он пересмотрел основной постулат Фехнера о константности минимальных различий между ощущениями: вместо DDR = С Стивенс предложил DDR: R = С. Это соотношение выглядит аналогично соотношению Вебера, но только в нем фигурируют не физические величины, а психические — ощущения. Соотношение Стивенса означает, что отношение минимального приращения ощущения к исходному ощущению равно постоянной величине. Проще говоря, если мы испытываем слабое ощущение, то чтобы испытать несколько более сильное, нужно лишь незначительное изменение в ощущениях, чтобы почувствовать разницу, а если мы переживаем очень сильное ощущение, то только мощный всплеск в нашей душевной жизни заставит нас заметить, что что-то в наших ощущениях изменилось.
Основываясь на предложенном соотношении, Стивенс математически вывел формулу основного психофизического закона:
R=C(S-S0)ⁿ
Зависимость между ощущением и физическим стимулом имеет, по Стивенсу, не логарифмический, а степенной характер. Позднее были предложены другие многочисленные формулы основного психофизического закона. Подводя итоги изложения данной проблемы можно сказать, что психофизическая «общественность» в последнее время склоняется к мнению, что форма соотношения физического и сенсорных рядов зависит от условий наблюдения, задачи, стоящей перед субъектом, и т. п.
Функция кинестетической и вестибулярной чувствительности состоит в информировании индивида о его собственных движениях и положении в пространстве. Кинестетические ощущения — это совокупность сенсорной информации, поступающей из мышц, сухожилий и связок. Вестибулярные ощущения основаны на информации, приходящей из полукружных канальцев внутреннего уха. Одна из основных функций системы вестибулярных ощущений, обеспечить устойчивую основу для зрительного наблюдения. Когда мы двигаемся (ходим, бегаем, прыгаем), наша голова тоже приходит в движение. Если бы не было каких-либо компенсаторных, корректирующих механизмов, мы видели бы мир так, как это бывает на видеозаписи, когда оператор снимает на ходу или на бегу: изображение прыгало бы, дрожало, металось из стороны в сторону. За счет же существования рефлекторного механизма, который компенсирует каждое движение головы противоположным по направлению движением глаз, перед нами предстает довольно стабильная картина мира.
Кожная чувствительность обеспечивает индивида информацией о том, что соприкасается с его телом: это может быть предмет или некоторая среда (например, водная или воздушная). Наибольшей чувствительностью обладают ладони, кончики пальцев, губы и язык. Современные исследователи различают четыре разновидности кожной чувствительности: ощущения давления, тепла, холода и боли.
Есть довольно веские основания полагать, что для различных типов кожных ощущений существуют свои специализированные рецепторы (чувствительные клетки). Несколько противоречивая картина складывается при рассмотрении болевой чувствительности. Ряд исследователей полагает, что существуют специализированные болевые рецепторы. По мнению других, боль возникает в ответ на чрезмерную стимуляцию любого кожного рецептора.
Болевая чувствительность имеет крайне важное биологическое значение: болевые ощущения сигнализируют о возможной физической опасности. Человеку, не имеющему болевой чувствительности, а случаи такой патологии наблюдались, постоянно угрожает опасность (SternbachR.A., 1963; MelzackR., 1973). Вообразите, что произойдет с нами, если мы хотя бы на один день утратим болевую чувствительность. Например, мы можем прикоснуться к горячему утюгу и вовремя не отдернуть руку.
Основной функцией вкусовой чувствительности является обеспечение индивида информацией о том, можно ли употребить внутрь данное вещество. Основные вкусовые качества — это кислость, соленость, сладость и горечь. По-видимому, все другие вкусовые ощущения вызываются сочетанием этих четырех качеств. Химическая основа вкусовых ощущений пока недостаточно изучена, поэтому не существует общего ответа на вопрос, какие вещества по своему химическому строению вызывают основные вкусовые ощущения. Специалистам в области пищевых производств приходится в силу этого в большинстве случаев действовать методом проб и ошибок, прибегая к услугам дегустаторов.
Обоняние обеспечивает индивида информацией о наличии в воздухе различных химических веществ. Обоняние играет гораздо меньшую роль в нашей жизни, чем в жизни многих животных. Когда речь заходит об обонянии, невольно вспоминаешь наших четвероногих друзей — собак. Исследования показывают, что чувствительность к запахам у собак больше, чем у нас, примерно в тысячу раз (MarshallD.A., MoultonD.G., 1981; CainW.S., 1988).
Несмотря на то, что люди обладают относительно слабым обонянием, они все-таки кое на что способны в этом смысле. Примерно двадцать лет назад была проведена серия интересных экспериментов. Участников эксперимента - мужчин и женщин — просили носить футболку в течение 24 часов, не снимая ее, не принимая душ и не пользуясь дезодорантами. Через двадцать четыре часа каждую нестиранную футболку положили в отдельный мешок и дали каждому испытуемому понюхать три футболки, не глядя на них. Одна из футболок принадлежала самому испытуемому, другая — одной из женщин-испытуемых, третья — одному из мужчин-испытуемых. Результаты показали, что три четверти участников этого эксперимента были способны по запаху идентифицировать свою футболку и правильно определить, кому принадлежала каждая из оставшихся: мужчине или женщине (RussellM.J., 1976; McBurneyD. H., LevineJ. M., CavanaughP. H., 1977).
С помощью слуха индивид получает передаваемую посредством волновых колебаний среды информацию о поведении удаленных от него объектов. Основными характеристиками звуковых волн являются амплитуда и частота. Это физические характеристики звука. Они трансформируются при воздействии на нас в психические (сенсорные). Чем больше амплитуда звуковой волны, тем громче нам кажется звук, чем больше его частота, тем выше (тоньше) он нам кажется. Громкость и высота, таким образом, — основные сенсорные характеристики звука.
Здоровый молодой человек слышит звуки в диапазоне примерно от 20 до 20 000 Гц. Один герц соответствует высоте звука, издаваемого предметом, совершающим одно колебание в секунду. Ощущения громкости и высоты взаимосвязаны. Скажем, у человека наибольшая чувствительность к звуку отмечается при частоте звука в 1 000 Гц.
Существует целая группа теорий высотного слуха, или восприятия частоты звука. Британскому физику Э. Резерфорду принадлежит временная теория восприятия частоты. Основные положения этой теории заключаются в следующем: 1) звук вызывает колебания слуховой мембраны, частота которых равна частоте источника звука; 2) ритм колебаний мембраны определяет ритм нервных импульсов, идущих по слуховому нерву. Дальнейшие исследования показали, что максимальная частота нервных импульсов, передающихся по нервному волокну, всего лишь порядка 1 000 Гц, а слышать мы можем звуки гораздо большей частоты.
Г. Гельмгольцем была предложена альтернативная теория восприятия частоты, которая получила название теории местоположения. Теория основана на предположении, что нервная система интерпретирует возбуждения различных участков слуховой мембраны как различные высоты (частоты звука). Например, стимуляция одних участков мембраны вызывает ощущение высокого звука, а возбуждение рецепторов другого участка — ощущение низкого звука. Таким образом, предполагалось, что характер возбуждения рецепторов мембраны, общая картина ее деформации под воздействием звуковой волны зависит от высоты звука.
Экспериментальные исследования, проведенные во второй половине нашего столетия, во многом подтвердили гипотезу Гельмгольца. Однако выяснилось, что с помощью нее оказалось невозможным объяснить восприятие низкочастотных звуков: при частоте ниже 50 Гц звуковая волна деформирует мембрану равномерно, так что рецепторы, расположенные в различных частях мембраны, не отличаются по уровню возбуждения. Как же тогда мы воспринимаем звуки частотой ниже 50 Гц?