Закон вебера фехнера физиология. §4

В 1760 г. французский ученый, создатель фотометрии П.Бугер исследовал свою способность различать тень, отбрасываемую свечой, если экран, на который падает тень, одновременно освещается другой свечой. Его измерения доволь-

но точно установили, что отношение л К/К (где л К - минимальный воспринимаемый прирост освещения, К - исходное освещение) - величина сравнительно постоянная.

В 1834 г. немецкий психофизик Э.Вебер повторил и подтвердил опыты П.Бугера. Э.Вебер, изучая различение веса, показал, что минимально воспринимаемая разница в весе представляет собой постоянную величину, равную приблизительно 1/30. Груз в 31 г различается от груза в 30, груз в 62 г от груза в 60 г; 124 г от 120 г.

В историю исследования по психофизике ощущений это соотношение вошло под названием закона Бугера-Вебера: дифференциальный порог ощущений для разных органов чувств различен, но для одного и того же анализатора он представляет собой постоянную величину, т.о. л R/R = const.

Это отношение показывает, какую часть первоначальной величины стимула необходимо прибавить к этому стимулу, чтобы получить едва заметное изменение ощущения.

Дальнейшие исследования показали, что закон В ебера действителен лишь для раздражителей средней величины: при приближении к абсолютным порогам величина прибавки перестает быть постоянной. Закон Вебера применим не только к едва заметным, но и ко всяким различиям ощущений. Различие между парами ощущений кажутся нам равными, если равны геометрические соотношения соответствующих раздражителей. Так, увеличение силы освещения от 25 до 50 свечей дает субъективно такой же эффект, как увеличение от 50 до 100.

Исходя из закона Бугера-Вебера, Фехнер сделал допущение, что едва заметные различия (е.з.р.) в ощущениях можно рассматривать как равные, поскольку все они - величины бесконечно малые. Если приращение ощущения, соответствующее едва заметной разнице между стимулами, обозначить как л Е, то постулат Фехнера можно записать как л Е = const.

Фехнер принял е.з.р. (лЕ) как единицу меры, при помощи которой можно численно выразить интенсивность ощущений как сумму (или интеграл) едва заметных (бесконечно малых) увеличений, считая от порога абсолютной чувствительности. В результате он получил два ряда переменных величин - величины раздражителей и соответствующие им величины ощущений. Ощущения растут в арифметической прогрессии, когда раздражители растут в геометрической прогрессии.

Как это понимать? Берем, например, такие раздражители, как 10 свечей, увеличиваем их количество: 10 - 100 - 1000 -10000 и т.д. Это геометрическая прогрессия. Когда было 10 свечей, у нас имелось соответствующее ощущение. При увеличении раздражителей до 100 свечей ощущение увеличилось вдвое; появление 1000 свечей вызвало увеличение ощущения в три раза и т.д. Увеличение ощущений идет в арифметической прогрессии, т.е. намного медленнее увеличения самих раздражителей. Отношение этих двух переменных величин можно выразить в логарифмической формуле: Е = К lg R + С, где Е - сила ощущения, R - величина действующего раздражителя, К - коэффициент пропорциональности, С - константа, различная для ощущений разных модальностей.

Эта формула получила название основного психофизического закона, который по сути дела представляет собой закон Вебера-Фехнера. Согласно этому закону, изменение силы ощущения пропорционально десятичному логарифму изменения силы воздействующего раздражителя (рис.8).

Рис. 8. Логарифмическая кривая зависимости величины ощущения от силы раздражителя, иллюстрирующая закон Вебера-Фехнера

Ряд явлений, вскрытых исследованиями чувствительности, не укладывается в рамки закона Вебера-Фехнера. Например, ощущения в области протопатической чувствительности не обнаруживают постепенного нарастания по мере усиления раздражения, а по достижении известного порога сразу же появляются в максимальной степени. Они приближаются по своему характеру к типу реакций «все или ничего».

Спустя примерно полстолетия после открытия основного психофизического закона он вновь привлек к себе внимание и, на основе новых экспериментальных данных, породил дискуссию об истинном, точно выраженном математической формулой характере связи между силой ощущения и величиной раздражителя. Американский ученый С.Стивенс рассуждал следующим образом: что происходит при удвоении освещенности пятна света и, с другой стороны, силы тока (частота 60 гц), пропускаемого через палец? Удвоение освещенности пятна на темном фоне удивительно мало влияет на его видимую яркость. По оценке типичного наблюдателя кажущееся увеличение составляет всего лишь 25%. При удвоении же силы тока ощущение удара увеличивается в десять раз. С.Стивенс отвергает постулат Фехнера (лЕ = const.) и заявляет, что константной является другая величина, а именно отношение л Е/Е. Распространяя закон Бугера-Вебера на сенсорные величины (лЕ/Е = const), С.Стивенс через ряд математических преобразований получает степенную зависимость между ощущением и стимуляцией: Е= кРД где к - константа, определяемая избранной единицей измерения, Е - сила ощущения, R - значение воздействующего раздражителя, п- показатель, зависящий от модальности ощущения. Показатель п принимает значение 0,33 для яркости и 3,5 для электрическо-г2о удара. Эта закономерность получила название закона Стивенса.

По мнению С.Стивенса, степенная функция имеет то преимущество, что при использовании логарифмического масштаба на обеих осях, она выражается прямой линией, наклон которой соответствует значению показателя (п). Это видно на рис. 9: медленное увеличение яркостного контраста и быстрое усиление ощущения удара электрическим током.

J 235 Ю 203050 100 200500500"1000

Рис. 9. Степенная кривая зависимости величины ощущения от силы раздражителя, иллюстрирующая закон Стивенса. 1.Электрический удар. 2. Яркость.

Сто с лишним лет не прекращаются споры между сторонниками логарифмической зависимости силы ощущения от величины стимула (закон Фехнера) и степенной (закон Сти-венса). Если пренебречь чисто психофизическими тонкостями этого спора, то оба закона по своему психологическому смыслу окажутся весьма близкими: тот и другой утверждают, во-первых, что ощущения меняются непропорционально силе физических стимулов, действующих на органы чувств, и, во-вторых, что сила ощущения растет гораздо медленнее, чем величина физических стимулов.

Вопросы для самопроверки

1. Докажите несостоятельность на сегодняшний день методологической основы исследований Фехнера.

2.В чем состоит различие между психофизикой-I и психофизикой-П, классической и современной психофизикой?

3.Какие методы измерения психических процессов (ощущений) получили почетное наименование классических?

4.Что такое порог исчезновения ощущения и порог появления ощущения?

З.Приведите примеры влияния на человека допороговых сигналов.

6.В чем состоит сущность центральной проблемы психофизики-1?

У.Как зависит величина ощущения от силы раздражителя (по Фехнеру и по Стивенсу)?

Основной психофизический закон связан с именем Густава Теодора Фехнера (1801-1887 гг.) - немецкого физика, психолога и философа, основателя психофизики. В своей работе «Элементы психофизики» (1860 г.) он выдвигает идею о том, что науке необходима новая область знания, изучающая закономерности соотношения физических и Данная идея впоследствии имела большое влияние на развитие эксперимента в психологии. Исследования же, проводимые в области ощущений, позволили Фехнеру обосновать его известный психофизический закон Вебера - Фехнера.

Основы же закона связывают с экспериментами Эрнста Генриха Вебера (1795-1878) - немецкого анатома, физиолога, основоположника научной психологии наряду с такими учеными, как В. Вундт, Г. Эббингауз и др. Веберу принадлежит идея измерения в психологической науке.

Первые исследования

Началом, определившим закон Вебера - Фехнера, стали исследования Э. Вебера в области зрительных и слуховых ощущений, а также в области кожной чувствительности (осязания). В частности, Веберу принадлежат опыты с температурной чувствительностью организма.

Так, например, был обнаружен эффект так называемой температурной адаптации. Когда одна рука сначала помещается в прохладную воду, а другая - в горячую, то после этого теплая вода для первой руки будет казаться более теплой, чем для второй, неадаптированной.

Виды кожных ощущений по Веберу

В 1834 г. Вебер формулирует свои идеи относительно кожных ощущений («Об осязании»). Ученый выделяет три вида данных ощущений:

• ощущение давления (прикосновения);
• ощущение температуры;
• ощущение локализации (пространственное расположение раздражителя).

Веберу принадлежит разработка эстезиометра (циркуль Вебера). При помощи данного прибора можно было оценивать достаточное расстояние для различения двух одновременных прикосновений к поверхности кожи испытуемого. Исследователем было установлено, что величина данного расстояния не является неизменной, ее значение для разных участков кожи различно. Таким образом, Вебер определяет так называемые круги ощущения. Идея о том, что кожа человека имеет разную чувствительность, также оказала влияние на закон Вебера - Фехнера.

Формулировка

Основой, определившей психофизический закон, послужили исследования Вебера в области соотношения ощущений и раздражителей (1834 г.). Было установлено, что для того, чтобы новый раздражитель воспринимался как отличающийся от предыдущего, он должен иметь отличие от исходного раздражителя на определенную величину. Данная величина является постоянной пропорцией от исходного раздражителя. Таким образом, была выведена следующая формула:

где J является исходным раздражителем, DJ - разница между новым раздражителем и исходным, а К - является константой, зависящей от типа подвергаемого воздействию рецептора. Например, для различения раздражителей света необходима пропорция 1/100, для раздражителей звука - 1/10, а для различения веса - 1/30.

Впоследствии на основе данных экспериментов Г. Фехнер определяет основную формулу психофизического закона: величина изменения ощущения пропорциональна величине логарифма раздражителя. Таким образом, связь между интенсивностью ощущения и силой раздражителя, на которую направлен закон Вебера - Фехнера, выражается в следующем: величина интенсивности ощущений изменяется в арифметической прогрессии, в то время как величина интенсивности соответствующих раздражений изменяется в

Ограниченность закона

Несмотря на объективность исследований, психофизический закон Вебера - Фехнера имеет определенную условность. Было установлено, что едва различимые ощущения постоянными величинами не являются. Так, например, нельзя утверждать, что едва различимая разница в ощущениях при воздействии грузов в 100 г и 110 г аналогично едва заметному ощущению при воздействии грузов в 1000 г и 1100 г. Соответственно, закон Вебера - Фехнера характеризуется относительным значением, прежде всего, для раздражителей средней интенсивности. В свою очередь, в данных пределах закон имеет серьезное практическое значение.

Каждое ощущение, кроме качества, непременно обладает определенной степенью интенсивности, или силы. Представляется интересным выяснить, каково взаимоотношение между интенсивностью ощущения и интенсивностью раздражения. Возможно, что интенсивность ощущения либо совершенно не связана с интенсивностью раздражения, либо, наоборот, она представляет собой прямое отражение этого последнего, либо же, наконец, между ними имеется специфическая взаимосвязь, подчиняющаяся определенной закономерности.

Решить данный вопрос невозможно ни путем простого наблюдения, ни на основе того или иного теоретического соображения. В этом случае дать что-либо значимое может только эксперимент. Поэтому неудивительно, что первый шаг, сделанный на пути научного решения данного вопроса, носил экспериментальный характер; вместе с тем, это был тот первый психологический вопрос, разрешить который попытались путем эксперимента. История экспериментальной психологии начинается с того времени, когда физиолог Вебер поставил вопрос о соотношении между ощущением и раздражением, то есть между психическим и физическим, с точки зрения их интенсивности. В последующем опыты Вебера продолжил физик Фехнер, окончательно заложив тем самым основы той части психологии, которая известна под названием «психофизики» и которая в течение нескольких десятилетий считалась наиболее интересной и важной отраслью психологии.

Так, что же выяснилось о взаимосвязи между ощущением и раздражением с точки зрения их интенсивности?

Во-первых, окончательно подтвердились наблюдения, свидетельствующие о том, что человек ощущает отнюдь не любое изменение раздражения, а чувствует лишь раздражение относительно большой интенсивности. Во-вторых, в результате точных исследований был найден закон, лежащий в основе соотношения между ин-тенсивностями раздражения и ощущения.

Для понимания этого закона особенно важным является понятие так называемого «порога», установленное в процессе психофизических исследований.

Выяснилось, что интенсивность раздражения должна достигнуть определенного уровня с тем, чтобы мы хоть как-то почувствовали его воздействие. Уровень раздражения, дающий такое едва заметное ощущение, называется «нижним порогом» ощущения. Однако существует и такой уровень интенсивности раздражения, после увеличения которого интенсивность ощущения уже не усиливается. Этот уровень называется «верхним порогом» ощущения. Воздействие раздражения мы чувствуем только в интервале между этими порогами, поэтому их принято называть и «внешними порогами» ощущения.

Примечательно, что полного параллелизма между интенсивностями ощущения и раздражения не существует и в межпороговом интервале интенсивностей. Например, беря в руки книгу, мы, разумеется, чувствуем ее вес. Следовательно, в данном случае интенсивность ее веса находится в промежутке между нижним и верхним порогами. А теперь заложим в книгу лист бумаги; физически вес книги увеличится, то есть уровень интенсивности раздражения повысится. Однако, взяв книгу в руки, мы это изменение ее веса не почувствуем. Увеличение веса должно достигнуть определенного уровня, чтобы мы могли это как-то заметить. Величина прироста раздражения, необходимого для получения этого едва заметного различия между ощущениями, называется «порогом различения». Раздражение, по интенсивности превышающее данную величину, называется «запороговым», а раздражение с меньшей интенсивностью - «допороговым». Уровень порога различения (высокий или низкий) зависит от чувствительности к различению: чем выше чувствительность к различению, тем ниже порог различения.

Вебер первым обратил внимание (1834) на то, что порог различения бывает двояким - абсолютным и релятивным и что очень важно отличать их друг от друга. Абсолютным порогом различения называется прирост интенсивности раздражения, необходимый для достижения порога различения. Например, если для того, чтобы почувствовать едва заметное изменение 2000-граммового веса, к нему необходимо добавить 200 грамм, и тогда эта величина представляет собой абсолютный порог ощущения. Показатель абсолютного порога не является постоянной величиной и зависит от веса основного раздражителя. Например, если к основному раздражителю весом в 2000 грамм следует добавить 200 грамм, то в случае 4000-граммового раздражителя 200 грамм уже недостаточно - к нему нужно прибавить больше.

Если эту же величину (в нашем примере - 200 грамм) выразить не в твердых физических единицах измерения (в нашем примере - граммах), а числом, выражающим отношение между добавочным раздражением и основным раздражением, то получим релятивный порог различения (в нашем примере вес основного раздражителя составлял 2000 грамм, а добавочного - 200 грамм; отношение между ними составляет 200/2000 = 0,1. Следовательно, релятивный порог равен 0,1). Когда Вебер вычислил релятивный порог различения для различных случаев основного раздражения, выяснилось, что этот порог представляет собой константную величину. В области модальности веса он равен 0,1. Это означает, что для того, чтобы почувствовать едва заметное изменение веса, его нужно увеличить или уменьшить на одну десятую часть.

Именно в этом заключается известный основной психофизический закон Вебера, сыгравший столь значительную роль в истории психологии. Его формула очень проста и выражается следующим образом:

где dr - величина дополнительного раздражения, а r - величина основного раздражения.

После опубликования Вебером формулы своего закона было проведено множество экспериментальных исследований с целью установления величины релятивного порога различения во всех модальностях ощущения. Фехнер дал закону Вебера точное математическое выражение: для того, чтобы интенсивность ощущения росла в математической прогрессии, интенсивность раздражения должна расти в геометрической прогрессии. Более короткая математическая формула данного положения выглядит следующим образом:

где Е - интенсивность ощущения, R - интенсивность раздражения.

Последующие интенсивные исследования подтвердили, что закон Вебера-Фехнера имеет приблизительное значение - он действителен лишь в определенных пределах. В этих пределах величина порога различения для разных модальностей оказалась следующей:

Вес - 10% (в пределах 2000- 6000 грамм).

Давление - 5% (на кончике указательного пальца, в пределах 50-2000 грамм).

Свет - 1-3% (в пределах 1000-2000 люкс).

Острота зрения - 2% (при сравнении линий, плоскостей).

Тон - 12% (в пределах средней высоты и средней силы).

Ошибка Фехнера главным образом заключалась в том, что он счел возможным точное измерение интенсивности ощущения, приняв за единицу измерения так называемую «едва заметную разницу между интенсивностями ощущения». Экспериментальное изучение вопроса не подтвердило правильности его подхода.

ЗАКОН ВЕБЕРА (или закон Бугера-Вебера; англ. Weber" s law ) - один из законов классической психофизики , утверждающий постоянство относительного дифференциального порога (во всем сенсорном диапазоне варьируемого свойства стимула).

В 1729 г. фр. физик, «отец» фотометрии, Пьер Бугер (1698-1758), исследуя способность человека различать величины физической яркости (или освещенности предмета), установил, что дифференциальный порог для яркости - минимальный прирост яркости (ΔI ), необходимый для того, чтобы вызвать едва заметное различие (е. з. р.) в ощущении яркости, - примерно пропорционален уровню фоновой (сравниваемой) яркости (I ), в силу чего отношение (ΔI / I ) - величина постоянная.

Через 100 лет (1831), независимо от Бугера, нем. физиолог и психофизик Эрнст Вебер (1795-1878) в экспериментах на различение весов, длин линий и высоты звукового тона также обнаружил постоянство отношения дифференциального порога к фоновой (сравниваемой) величине стимула, т. е. (ΔI / I ) = const. Вебер обобщил эти данные в виде общего эмпирического закона, получившего название З. В. Отношение ΔI / I называется относительным дифференциальным порогом (или, короче, относительным порогом), а также дробью Вебера (или константой Вебера). Для различения звуков по высоте (частоте звукового тона) дробь Вебера является рекордно малой - 0,003, для различения яркости она примерно равна 0,02-0,08, для сравнения объектов по весу - 0,02, для длин линий - 0,03. (Подчеркнем, что эти значения сильно меняются в зависимости от др. свойств стимулов: напр., дробь Вебера для яркости зависит от цвета, длительности, площади, положения, конфигурации стимулов.)

Многочисленные исследования показали, что З. В. справедлив только для средней части сенсорного диапазона, где дифференциальная чувствительность максимальна. За пределами этой зоны относительный порог возрастает, причем очень значительно. В связи с этим одни исследователи принимают З. В., но считают его «сильной» идеализацией; др. занимаются поисками новых формул. Следует отметить, что в рамках классической психофизики З. В. имеет большое теоретическое значение, поскольку основатель психофизики Г . Фехнер опирался на него при выводе основного психофизического закона . См. Закон Фехнера . (Б. М.)

Закон Вебера (Weber " s law )

Эрнст Генрих Вебер на основе экспериментов по различению силы давления на кожу, веса поднимаемых на ладони грузов и видимой длины линий, а тж на основе опубликованных др. учеными наблюдений, вывел важную закономерность. Вместо того чтобы просто воспринимать разницу между сравниваемыми раздражителями, мы воспринимаем отношение этой разницы к величине исходного раздражителя. Аналогичный вывод уже был сделан французским физиком и математиком Пьером Бугером в отношении такого качества зрительных ощущений, как яркость. Густав Т. Фехнер выразил сформулированную Вебером закономерность в привычной для нас мат. форме. Т. о., З. В. обычно записывают либо как ∆I / I = k , либо как ∆I = kI , где ∆I - изменение раздражителя, необходимое для обнаружения едва заметного различия (ЕЗР) в стимуляции; I - величина раздражителя и k - константа, значение к-рой зависит от вида ощущений. Конкретное числовое значение k называют отношением Вебера.

Через неск. лет после публикации этой формулировки З. В. обнаружилось, что величина k не остается постоянной во всем диапазоне интенсивностей раздражителя, а увеличивается в области низких и высоких интенсивностей. Тем не менее, З. В. справедлив для средней области диапазона интенсивностей раздражителей, вызывающих практически все виды ощущений.

См. также Психофизика

Дж. Г. Робинсон

Показал, что ощущения от нового раздражителя будут отличаться от ощущений, возбуждаемых предыдущим раздражителем, если интенсивность нового раздражителя будет отличаться от интенсивности предыдущего на величину, пропорциональную интенсивности предыдущего раздражителя. Так, чтобы два предмета воспринимались как различные по весу, их вес должен различаться на 1/30, а не на x грамм. Для различения двух источников света по яркости необходимо, чтобы их яркость отличалась на 1/100, а не на x люмен и т. д.

См. также

Напишите отзыв о статье "Закон Вебера - Фехнера"

Ссылки

• / Encyclopædia Britannica, 1911 (англ.)

Отрывок, характеризующий Закон Вебера - Фехнера

Главная » Упражнения » Закон вебера фехнера физиология. §4