Взаимодействие ощущений в процессе переработки информации

Психофизические законы Вебера-Фехнера и Стивенса описывают закономерности ощущений в абстрактных условиях психофизического эксперимента. В таких ситуациях экспериментатор использует особые стимулы, которые обладают минимумом свойств. В идеале, если, например, исследуется восприятие яркости, стимул вообще не должен обладать какими-либо характеристиками, кроме яркости. Конечно, добиться таких условий крайне непросто, и даже в обстановке лабораторного эксперимента стимул сохраняет и какие-то другие свойства, например локализацию в пространстве.

Тем не менее следует помнить, что условия лабораторного эксперимента — особые условия. Поэтому стимулы, которые используются в этих экспериментах, принято обозначать как точечные в том смысле, что они не имеют каких-либо пространственных характеристик.

Именно поэтому психофизические законы описывают лишь абстрактные условия восприятия точечных стимулов. Реальная картина может быть совсем другой. В реальной ситуации восприятия (не в той, что моделируется в условиях психофизического эксперимента) мы имеем дело с распределением яркости по всему полю зрения. В принципе можно представить это распределение яркости в виде множества отдельных точек и описать таким образом процесс ощущения с помощью большого числа уравнений, отражающих либо логарифмическую, либо степенную зависимость, характерную для точечных стимулов. В силу чрезвычайно высокой разрешающей способности нашего зрения набор этих уравнений должен быть очень большим. Маловероятно, что наша зрительная система способна эффективно решать такие системы уравнений. К тому же необходимо иметь в виду, что стимулы, находящиеся в непосредственной пространственной близости, могут оказывать влияние друг на друга. Мы уже рассматривали такое взаимовлияние стимулов в предыдущей главе, когда речь шла о явлениях маскировки и, в частности, метаконтрасте.

Таким образом, решение обозначенной проблемы должно состоять в том, чтобы отказаться от исследования того, как происходит поточечное сопоставление стимула и его ощущения, и перейти к рассмотрению вопроса о том, как осуществляется пространственно-временно?е распределение яркости светового сигнала по всей площади видимого поля.

Рассмотрим в качестве примера полосы Маха (рис. 3.5) — типичный случай взаимодействия ощущений, известный как явление метаконтраста. Каждый прямоугольник имеет одинаковую яркость, равномерно распределенную по всей площади. Это легко проверить, закрыв соседние прямоугольники. Поэтому функция, описывающая распределение физической яркости, имеет ступенчатую форму. В то же время мы должны отметить, что в нашем восприятии имеет место, с одной стороны, усиление светлоты при переходе от более яркой полоски к более темной, а с другой стороны, при пересечении границ двух контрастных полосок светлота начинает нарастать. Поэтому функция распределения светлоты, показанная чуть ниже, имеет уже не ступенчатую, а более сложную форму.

Рис. 3.5. Полосы Маха Задача состоит в том, чтобы описать, каким образом функция распределения физической яркости отображается на функцию распределения воспринимаемой светлоты. Для решения этой задачи в психофизике вводится представление о психофизическом (сенсорном) операторе.

Психофизический оператор

Как известно, в математике функцией называют отображение одного множества чисел на другое. Поэтому психофизическая функция — это отображение континуума физической стимуляции на множество ощущений. Для описания того, как отображается одна функция на другую, в математике используют понятие оператора.

Сенсорный (психофизический) оператор — это отображение множества функций распределения яркости стимула в множество функций светлоты сенсорного образа.

Рис. 3.6. Прямоугольная решетка Пусть у нас имеются чередующиеся черные и белые вертикальные полосы (рис. 3.6). Такое пространственное распределение яркостей называют прямоугольной пространственной решеткой. Мы можем построить функцию распределения яркости для этого изображения, которая будет иметь прямоугольный вид, отложив по оси абсцисс значение местоположения, а по оси ординат — интенсивность физической стимуляции.

Представим теперь, что границы между белыми и черными полосами оказываются не столь резкими, а размытыми (рис. 3.7). Такое пространственное распределение яркости будет описываться синусоидальной функцией, поэтому решетку называют синусоидальной.

Оказывается, прямоугольное распределение яркости, представленное на рисунке выше, можно получить, комбинируя между собой ряд синусоидальных функций. Такая возможность определяется математической теоремой, предложенной на стыке XVIII и XIX вв. французским математиком Жаном Батистом Фурье (1768−1830). Согласно теореме Фурье любая сложная функция может быть представлена в виде суммы бесконечного числа синусоидальных функций, отличающихся друг от друга частотой, амплитудой и фазой.

Рис. 3.7. Синусоидальная решетка Используя разложение Фурье, можно описать пространственное распределение яркости практически для любого изображения. Так, например, прямоугольное распределение яркости (белое-черное) может быть представлено комбинацией четырех функций, как это изображено на рис. 3.8. В итоге мы получаем функцию, близкую той, что в эффекте полос Маха (см. рис. 3.5). Добавляя в ряд все новые и новые синусоидальные функции, мы можем получить еще более точную зависимость.

В связи с этим в психофизике выдвигается предположение о том, что наша зрительная система на самом деле осуществляет выделение (анализ) различных пространственных частот, а затем синтезирует эти частоты в единый образ.

Если это действительно так, то тогда можно допустить, что в зрительной системе существуют каналы, селективно настроенные на определенные пространственные частоты. Их называют детекторами пространственной частоты. Они работают независимо друг от друга и определяют пространственную чувствительность нашей зрительной системы, т. е. остроту зрения. Эти пороги действительно можно замерить с помощью стандартных психофизических методов.

Другим доказательством того, что наша зрительная система оказывается чувствительной к различным пространственным частотам, является хорошо известный эффект селективной адаптации.

Рис. 3.8. Разложение Фурье (Шиффман, 2003).

В целом этот эффект заключается в настройке испытуемого на определенные характеристики сигнала, например на цвет, в результате чего чувствительность к этому признаку уменьшается. Применительно к контрастной чувствительности идея эксперимента на селективную адаптацию выглядит следующим образом. Пусть испытуемому показывают две решетки, одна из которых имеет низкую, а вторая — высокую пространственные частоты в течение не менее 60 с, пока не происходит насыщения. После этого взгляд переводится на две другие решетки, не отличающиеся друг от друга по своей частоте, имеющей среднее значение. Вследствие эффекта селективной адаптации эти две решетки не будут казаться одинаковыми. Таким образом доказывается наличие в зрительной системе каналов переработки информации, связанных с различными пространственными частотами.