1.Введение
2.Информация. Основные понятия
теории информации. Количество
информации.
3.Единицы измерения количества
информации
4.Информационная энтропия. Формула
Хартли. Формула Шеннона

5.Общая схема съема, передачи и
регистрации информации
6. Применение теории информации в
медицине
1.Психофизика. Основные понятия.
2. Законы психофизики. Закон Вебера
3. Закон Вебера-Фехнера
4. Закон Стивенса
5. Сенсорные системы.
6. Слуховая сенсорная система

Основные понятия теории информации

Информация – совокупность сведений о
всевозможных
явлениях,
объектах
и
предметах, приносящих новые знания о них
Информационная
энтропия
–
мера
неопределенности, зависящая от числа
состояний в
которых может находиться
система.
Количество информации – величина
численно равная уменьшению энтропии в
результате наступления какого-либо события
(сообщения)

Формула Хартли.

Формула Хартли:
I = k logn = - k logP = - k log1/n
Если мы возьмем в качестве основания
логарифма 2, то k=1, а единица
информации
и
информационной
энтропии будет называться БИТ.
I = log2n= - log2P= - log21/n

Формула Шеннона

Формула Шеннона:
H = -∑Pi∙log2Pi
Формула Шеннона для
равновероятных событий:
H = -∑(1/n)∙log2(1/n) = - log2(1/n) =
log2n

Общая схема съема, передачи и регистрации информации.

Пропускная способность канала связи

C = H/t,
Где С – пропускная способность - Бит/с;
Н
–
максимальное
количество
информации, которое может быть
передано по каналу связи - Бит;
t – время, в течение которого
передавалась информация – с.

Единица информации

I = log2n;
Откуда: 1 = log22, т.е.
Один бит – количество информации
о том, что произошло одно из двух
равновероятных событий

ЗАДАЧА 1

Какое количество информации получит
экспериментатор при однократном
изъятии шарика из корзинки, в которой
находится по 73 черных, зеленых, белых
и красных шаров, если:
А) он воспринимает все цвета;
В) он воспринимает красный и зеленый
цвета как серый.

РЕШЕНИЕ (А)

А)Так как экспериментатор воспринимает все
цвета, а количество шариков каждого из
цветов одинаково, то с равной вероятностью:
Р(А) = m/4m = ¼
будут извлекаться шарики любого из цветов,
следовательно для решения задачи можно
применить формулу Хартли:
І = log24 = 2 бита
Ответ: І = 2 бита

РЕШЕНИЕ (В)

В)Так как экспериментатор воспринимает не все
цвета, а количество шариков каждого из цветов
одинаково, то с равной вероятностью:
Р(А) = m/4m = ¼ будут извлекаться шарики
белого и черного цвета и с вероятностью
Р(А) = 2m/4m = ½
шарики серого цвета, следовательно для
решения задачи нужно применить формулу
Шеннона:
H = -∑Pi∙log2Pi

РЕШЕНИЕ (В)

(1/2) = 2-1; (1/4) = 4-1
Н= +(1/2)∙ log22 +2 (1/4)∙ log24
=1/2+1=1,5 бита.
ВЫВОД?

ЗАДАЧА 2

Чему равна информационная
энтропия системы, которая
может находиться в 6-ти
состояниях с вероятностями:
Р1= 0,25; Р2=0,25
и Р3=Р4=Р5=Р6 = 0,125?

РЕШЕНИЕ

Задача 3

Из какого количества символов
состоит алфавит,
использованный для передачи
сообщения, состоящего из 5
символов, если это сообщение
содержит 25 бит информации?

РЕШЕНИЕ

Для решения данной задачи
необходимо применить формулу
Хартли: I = 5∙log2n.
25= 5∙log2n.
5= log2n. Таким образом:N =25=32
Ответ: N =32

Задача 4

Какое количество информации
содержит зернышко, из
которого может вырасти
растение, принимающее один
из 4-х видов цветов и один из
восьми видов листьев?

Решение

I = I1 + I2
I1 = log2N1
I2 = log2N2
I = log2N1+ log2N2 =
log24+log28 =2 бита + 3 бита
= 5 бит

Применение теории информации в медицине

Внедрение - информационных технологий для
управления
медицинскими
учреждениями
различного уровня, в том числе технологий
связанных
с
диагностикой,
лечением,
реабилитацией и профилактикой здоровья
пациентов,
автоматизированных
систем
обработки
инструментальных и лабораторных данных,
включающих автоматизированное рабочее место
(АРМ) врача.

Элементы психофизики. Сенсорные системы.

Психофизика- наука,
изучающая взаимосвязь
между ощущениями и
свойствами, вызвавших
их раздражителей.

Основные понятия психофизики

- Абсолютный порог – наименьшая сила
раздражителя (стимула) вызывающая
ощущение;
- Абсолютный
максимальный
порогнаибольшая
сила
раздражителя,
вызывающая ощущение;
Дифференциальный порог – наименьшее
изменение
силы
раздражителя,
вызывающее изменение ощущений;

Дифференциальный пространственный и временной пороги

Дифференциальный пространственный порог
–
наименьшее
расстояние
между
раздражителями
при
котором
они
воспринимаются раздельно.
Дифференциальный временной порог
наименьший промежуток времени между
раздражителями
при
котором
они
воспринимаются раздельно.

ЗАКОН ВЕБЕРА

S/S = const
Отношение едва
ощутимого изменения
силы стимула к его
исходному значению есть
величина постоянная

ЗАКОН ВЕБЕРА-ФЕХНЕРА

dE = const; (С1)
dR/R = const; (С2); С1 =k С2
dE=k dR/R
E= k dR/R
E = k ln(R/R0)

ЗАКОН СТИВЕНСА

dE/E = const; dR/R = const;
dE/E=k dR/R dE/E= k dR/R
lnE +C1 = k lnR +C2
k
lnE = lnR + lnC lnE =
lnC Rk
E = C (R - R0) k

СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ

Сенсорными
(чувствительными)
называют системы,
способные улавливать,
передавать и анализировать
информацию

СЛУХОВАЯ СЕНСОРНАЯ СИСТЕМА

СЛУХОВАЯ СЕНСОРНАЯ СИСТЕМА

Орган слуха человека представляет собой
сложную систему, состоящую из следующих
элементов:
1 - ушная раковина; 2 - наружный слуховой
проход; 3 - барабанная перепонка; 4 молоточек; 5 - наковальня; 6 - стремечко; 7 овальное окно; 8 - вестибулярная лестница; 9
- круглое окно; 10 - барабанная лестница; 11
- улитковый канал; 12 - основная
(базилярная) мембрана.

Схематическое представление слуховой системы

Роль наружного уха

Наружное ухо состоит из ушной
раковины, слухового прохода (в виде
узкой трубки), барабанной перепонки.
Ушная
раковина
играет
роль
звукоулавливателя,
концентрирующего
звуковые волны на слуховом проходе, в
результате чего звуковое давление на
барабанную перепонку увеличивается по
сравнению со звуковым давлением в
падающей волне примерно в 3 раза.

Роль наружного слухового прохода

Звук поступает в систему через наружный
слуховой канал, который является закрытой с
одной стороны акустической трубой длиной L
= 2,5 см. Звуковая волна проходит через
слуховой проход и частично отражается от
барабанной перепонки. В слуховом канале, как
в трубе, будет резонировать волна длиной λ =
4L = 4 0,025 = 0,1 м. Частота, на которой
возникает акустический резонанс,
определяется так: ν = v/λ = 340/(40 0,25) = 3,4
кГц.

Роль среднего уха

Среднее ухо является устройством,
предназначенным
для
передачи
звуковых колебаний из воздушной
среды наружного уха в жидкую среду
внутреннего уха. Среднее ухо содержит
барабанную перепонку, овальное и
круглое окна, а также слуховые
косточки
(молоточек,
наковальню,
стремечко).

Роль среднего уха

При прохождении звука через среднее ухо происходит
увеличение уровня его интенсивности на 28 дБ, чем
достигается снижение потерь уровня интенсивности
звука при переходе из воздушной среды в жидкую,
составляющее 29 дБ. Среднее ухо также обеспечивает
ослабление передачи колебаний в случае звука
большой интенсивности путем рефлекторного
ослабления связи между косточками. Для защиты
барабанной перепонки от перепадов давления служит
небольшая евстахиева труба, которая соединяет
полость среднего уха с верхней частью глотки (с
атмосферой).

Роль внутреннего уха

Звуковоспринимающей системой слухового аппарата
являются внутреннее ухо и входящая в него улитка.
Внутреннее ухо представляет собой замкнутую
полость. Эта полость, называемая лабиринтом, имеет
сложную форму и заполнена жидкостью перилимфой. Она состоит из двух основных частей:
улитки, преобразующей механические колебания в
электрический сигнал, и полукружия вестибулярного
аппарата, обеспечивающего равновесие тела в поле
силы тяжести.

Частотно-избирательные свойства основной мембраны

В настоящее время считается, что восприятие
высоты
тона
определяется
положением
максимума колебаний основной мембраны.
Колебания основной мембраны стимулируют
рецепторные
клетки,
расположенные
в
кортиевом органе, в результате чего возникают
потенциалы действия, передаваемые слуховым
нервом в кору головного мозга.

Бинауральный эффект

Бинауральный эффект -способность
устанавливать направление на
источник звука в горизонтальной
плоскости вследствие разности фаз и
неодинаковой интенсивностей
звуковых волн, попадающих в разные
уши.

Звук

Звук – продольные механические
волны, распространяющиеся в
любой среде, кроме вакуума с
частотой от 16 Гц до 20000 Гц.
Звук является адекватным
раздражителем для слуховой
сенсорной системы

Субъективные характеристики звука

Субъективными характеристиками звука
являются:
Высота тона, которой соответствует
физическая характеристика звука- частота.
Громкость, которой соответствует физическая
характеристика звука- интенсивность.
Тембр, которой соответствует физическая
характеристика звука- акустический спектр

Шкала громкости

E = k lg(I/I0)
Единицу измерения
громкости звука
называют фоном.

Звуковые методы исследований

Звук может быть источником информации о
состоянии органов человека.
Аускультация - непосредственное
выслушивание звуков, возникающих внутри
организма.
Перкуссия - исследование внутренних органов
посредством постукивания по поверхности тела
и анализа возникающих при этом звуков.
Постукивание осуществляется либо с помощью
специальных молоточков, либо при помощи
пальцев.

ФОНОКАРДИОГРАФИЯ

Фонокардиография - графическая
регистрация тонов и шумов сердца и их
диагностическая интерпретация.
Запись осуществляется с помощью
фонокардиографа, который состоит из
микрофона, усилителя, частотных
фильтров, регистрирующего устройства.

Шкала интенсивности

Уровнем интенсивности называют
десятичный логарифм отношения
интенсивности звука к порогу слышимости:
L = lg(I/I0)
Единицей измерения уровня интенсивности
является бел (Б). Обычно используют более
мелкую единицу уровня интенсивности децибел (дБ): 1 дБ = 0,1 Б. Уровень
интенсивности в децибелах вычисляется по
следующим формулам:

Шкала интенсивности

L = 10 lg(I/I0) = 20 lg(P/ P0)
Если человек слышит звуки,
приходящие с одного направления
от нескольких некогерентных
источников, то их интенсивности
складываются:
I = I1 + I2 + I3 + …

ЗАДАЧА 1

Какое значение интенсивности
звука в Вт/м2 необходимо для
того, чтобы человек услышал
его, если при оценке его слуха
при помощи аудиометра было
получено значение его остроты
слуха на частоте 1 кГц – 40 дБ.

РЕШЕНИЕ

В данном случае для решения задачи
необходимо применять формулу:
L = 10 lg(I/I0)
Тогда: 40 = 10 lg(I/I0), откуда:
4 = lg(I/I0), т.о.:
4
I/I0=10
4
-12+4
-8
2
I = I0 10 =10
=10 Вт/м.

ЗАДАЧА 2

Звук, которому на улице соответствует
уровень интенсивности L1 = 50 дБ,
слышен в комнате так, как звук с
уровнем интенсивности L2 = 30 дБ.
Найти отношение интенсивностей
звука на улице и в комнате.

РЕШЕНИЕ

Для решения данной задачи применим
формулу для шкалы интенсивностей:
L1 – L2 = 10 lg(I1/I2), откуда:
2= lg(I1/I2),
Следовательно: I1/I2 = 100.
Ответ: I1/I2 = 100.

ЗАДАЧА 3

Вентилятор создает звук, уровень
интенсивности которого L = 60 дБ.
Найти уровень интенсивности
звука при работе двух рядом
стоящих вентиляторов.

Другим важнейшим источником, на базе которого формировалась экспериментальная психология, явилась психофизика. Густав Фехнер (1801 -- 1887) в работе «Элементы психофизики» сформулировал основную задачу психофизики: разработать точную теорию соотношения между физическим и психическим мирами, а также между душой и телом. Соответственно он различал две психофизики: внутреннюю (она должна разрешить вопрос о соотношении между душой и телом, между психическим и физиологическим) и внешнюю (ее задача - соотношение между психическим и физическим). Фехнер разработал только внешнюю психофизику.

Для работы в этой области Фехнер создал экспериментальные методы . Он сформулировал основной психофизический закон. Все это составило новую самостоятельную область знания - психофизику. Целью Фехнера было измерение ощущений. Поскольку раздражитель, который вызывает ощущения, может быть измерен, Фехнер предположил, что средством измерения ощущения может быть измерение интенсивности физического раздражителя. Точкой отсчета при этом выступала та минимальная величина раздражителя, при которой возникает первое, едва заметное ощущение. Это нижний абсолютный порог. Фехнер принял допущение, что все едва заметные разницы в ощущениях равны между собой, если равны приросты между раздражителями, которые происходят в геометрической прогрессии. Разностный порог Фехнер избрал в качестве меры измерения ощущения. Таким образом, интенсивность ощущения равна сумме разностных порогов. Эти рассуждения и конкретные математические вычисления привели Фехнера к известному уравнению, в соответствии с которым интенсивность ощущения пропорциональна логарифму раздражителя.

Для психофизических измерений Фехнер разработал три метода : метод едва заметных различий, метод средних ошибок и метод постоянных раздражителей, или метод истинных и ложных случаев. Эти классические методы измерения используются до настоящего времени.

Фехнер впервые осуществил приложение математики к психологии. Это возбудило огромный интерес и, конечно, критику.

Было замечено, что закон верен лишь в известных пределах, т. е. если интенсивность раздражителя возрастает, то в конце концов наступает такая величина этого раздражителя, после которой любое его увеличение уже не приводит к увеличению ощущения. Это и ряд других критических замечаний не поколебали уверенности Фехнера в своем законе. Соглашаясь с критиками в деталях, он говорил: «Вавилонская башня не была достроена потому, что работники не могли столковаться относительно способа ее постройки; мой психофизический монумент уцелеет, потому что работники не могут столковаться относительно способа его разрушения» .

Третьей областью, на базе которой выросла экспериментальная психология, явилась психометрия. Ее предметом является измерение скорости протекания психических процессов: ощущений и восприятий, простейших ассоциаций. Эта новая линия в психологии началась в астрономии. Астрономами было замечено, что реакция на воздействие никогда не происходит немедленно, всегда есть некоторое запаздывание ответа на сигнал. Был установлен факт индивидуальных различий в скорости восприятия.

Разница в показаниях между отдельными наблюдателями была названа Бесселем «личным уравнением».

Началось измерение времени личного уравнения. Оказалось, что даже у одного человека оно может быть различным. Выяснилось, что одним из условий, существенно влияющим на это время, является то обстоятельство, ожидается или не ожидается сигнал. Большой толчок для исследований в этой области был дан изобретением тоже астрономами специального аппарата для измерения времени реакции - хроноскопа.

Настоящее развитие психометрия получила в исследованиях голландского физиолога Ф. Дондерса.

Дондерс (1818 -- 1889) изобрел методику исследования времени сложных психических процессов (1869). Сначала измерялось время простой реакции, т. е. время, протекающее с момента появления какого-нибудь простого слухового или зрительного раздражителя до момента ответного на него движения. Потом задание усложнялось и получало форму реакций выбора, реакций различения.

Измерялось время этих более сложных реакций. Затем из времени сложных реакций вычиталось время, затрачиваемое на простую реакцию, остаток приписывался тому психическому процессу, который требуется для операции выбора, различения или решения других задач.

Большой вклад в психометрию внес австрийский физиолог З. Экснер . Ему принадлежит термин «время реакции» . Немецкий физиолог Л. Ланге произвел различение сенсорной и моторной реакций и показал, что в зависимости от того, настроен ли испытуемый на сенсорную сторону процесса или он имеет установку на его моторный аспект, время реакции существенно менялось. С этого времени начинается исследование установки.

Исследования количественных аспектов психических процессов открывали возможность объективного подхода к психическим явлениям. В этом заключается принципиальное значение работ в области психофизики и психометрии. Их результаты способствовали материалистическому пониманию психики. Сама постановка вопроса о протекании психических процессов во времени встретила резкую критику со стороны идеалистов.

В то же время в физиологических лабораториях, где объектом служили функции органов чувств, логика самих исследований побуждала признать за этими функциями самостоятельное значение, увидеть в них действие особых закономерностей, не совпадающих с физико-химическими или биологическими.

Переход к экспериментальному изучению органов чувств был обусловлен открытием различий между сенсорными и двигательными нервами. Это открытие придало естественнонаучную прочность представлению о том, что субъективный чувственный образ возникает как продукт раздражения определенного нервного субстрата. Сам субстрат мыслился - соответственно достигнутому уровню сведений о нервной системе - в морфологических терминах, и это, как мы видели, способствовало зарождению физиологического идеализма, отрицавшего возможность какого-либо иного реального, материального основания для ощущений, кроме свойств нервной ткани. Зависимость же ощущений от внешних раздражителей и их соотношений утратила в этой концепции определяющее значение. Поскольку, однако, эта зависимость существует реально, она неизбежно должна была с прогрессом опытного исследования выступить на передний план.

Ее закономерный характер одним из первых обнаружил немецкий физиолог и анатом Вебер (см. выше), установивший, что и в этой области явлений достижимо точное знание - не только выводимое из опыта и проверяемое им, но и допускающее математическое выражение.

Как уже говорилось, в свое время потерпела неудачу попытка Гербарта подвести под математические формулы закономерный ход психической жизни. Эта попытка не удалась из-за фиктивности самого материала вычислений, а не из-за слабости математического аппарата. Веберу же, экспериментально изучавшему кожную и мышечную чувствительность, удалось обнаружить определенное, математически формулируемое соотношение между физическими стимулами и сенсорными реакциями.

Заметим, что принцип «специфической энергии» лишал смысла любое высказывание о закономерных отношениях ощущений к внешним раздражителям (поскольку, согласно указанному принципу, эти раздражители не выполняют никакой функции, кроме актуализации заложенного в нерве сенсорного качества).

Вебер - в отличие от И. Мюллера и других физиологов, придававших главное значение зависимости ощущений от нейроанатомических элементов и их структурных отношений, - сделал объектом исследований зависимость тактильных и мышечных ощущений от внешних раздражителей.

Проверяя, как варьируют ощущения давления при изменении интенсивности раздражителей, он установил капитальный факт: дифференцировка зависит не от абсолютной разницы между величинами, а от отношения данного веса к первоначальному.

Сходную методику Вебер применил к ощущениям других модальностей - мышечным (при взвешивании предметов рукой), зрительным (при определении длины линий) и др. И всюду получался сходный результат, приведший к понятию об «едва заметном различии» (между предыдущим и последующим сенсорным эффектом) как величине, постоянной для каждой модальности. «Едва заметное различие» при возрастании (или уменьшении) каждого рода ощущений является чем-то постоянным. Но для того чтобы это различие ощущалось, прирост раздражения должен, в свою очередь, достигнуть известной величины, тем большей, чем сильнее наличное раздражение, к которому оно прибавляется.

Значение установленного правила, которое в дальнейшем Фехнер назвал законом Вебера (добавочный раздражитель должен находиться в постоянном для каждой модальности отношении к данному, чтобы возникло едва заметное различие в ощущениях), было огромно. Оно не только показало упорядоченный характер зависимости ощущений от внешних воздействий, но и содержало (имплицитно) методологически важный для будущего психологии вывод о подчиненности числу и мере всей области психических явлений в их обусловленности физическими.

Первая работа Вебера о закономерном соотношении между интенсивностью раздражении и динамикой ощущений увидала свет в 1834 году. Но тогда она не привлекла внимания. И, конечно, не потому, что была написана на латинском языке. Ведь и последующие публикации Вебера, в частности его прекрасная (уже на немецком языке) обзорная статья для четырехтомного «Физиологического словаря» Руд. Вагнера, где воспроизводились прежние опыты по определению порогов, также не привлекли внимания к идее математической зависимости между ощущениями и раздражителями.

В то время эксперименты Вебера ставились физиологами высоко не из-за открытия указанной зависимости, а в силу утверждения опытного подхода к кожной чувствительности, в частности, изучения ее порогов, варьирующих по величине на различных участках поверхности тела. Это различие Вебер объясняя степенью насыщенности соответствующего участка иннервируемыми волокнами.

Веберова гипотеза о «кругах ощущений» (поверхность тела представлялась разбитой на участки-круги, каждый из которых снабжен одним нервным волокном; причем предполагалось, что системе периферических кругов соответствует их мозговая проекция) приобрела в те годы исключительную популярность. Не потому ли, что она была созвучна доминировавшему тогда «анатомическому подходу»?

Между тем намеченная Вебером новая линия в исследовании психического: исчисление количественной зависимости между сенсорными и физическими явлениями - оставалась неприметной, пока ее не выделил и не превратил в исходный пункт психофизики Фехнер.

Мотивы, которые привели Фехнера в новую область, были существенно иными, чем у естественнонаучного материалиста Вебера. Фехнер вспоминал, что сентябрьским утром 1850 года, размышляя о том, как опровергнуть господствовавшее среди физиологов материалистическое мировоззрение, он пришел к выводу, что если у Вселенной - от планет до молекул - есть две стороны - «светлая», или духовная, и «теневая», или материальная, то должно существовать функциональное отношение между ними, выразимое в математических уравнениях. Если бы Фехнер был только религиозным человеком и мечтателем-метафизиком, его замысел остался бы в коллекции философских курьезов. Но он в свое время занимал кафедру физики и изучал психофизиологию зрения. Для обоснования же своей мистико-философской конструкции он избрал экспериментальные и количественные методы. Формулы Фехнера не могли не произвести на современников глубокого впечатления.

Фехнера вдохновляли философские мотивы: доказать в противовес материалистам, что душевные явления реальны и их реальные величины могут быть определены с такой же точностью, как и величины физических явлений.

Разработанные Фехнером методы едва заметных различий, средних ошибок, постоянных раздражении вошли в экспериментальную психологию и определили на первых порах одно из главных ее направлений. «Элементы психофизики» Фехнера, вышедшие в 1860 году, оказали глубокое воздействие на все последующие труды в области измерения и вычисления психических явлений - вплоть до наших дней. После Фехнера стала очевидной правомерность и плодотворность использования в психологии математических приемов обработки опытных данных. Психология заговорила математическим языком - сперва об ощущениях, затем о времени реакции, об ассоциациях и о других факторах душевной деятельности.

Выведенная Фехнером всеобщая формула, согласно которой интенсивность ощущения пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя, стала образцом введения в психологию строгих математических мер. В дальнейшем обнаружилось, что указанная формула не может претендовать на универсальность. Опыт показал границы ее приложимости. Выяснилось, в частности, что ее применение ограничено раздражителями средней интенсивности и к тому же она действительна не для всех модальностей ощущений.

Разгорелись дискуссии о смысле этой формулы, об ее реальных основаниях. Вундт придал ей чисто психологическое, а Эббингауз - чисто физиологическое значение. Но безотносительно к возможным интерпретациям Фехнерова формула (и предполагаемый ею опытно-математический подход к явлениям душевной жизни) стала одним из краеугольных камней новой психологии.

Направление, зачинателем которого являлся Вебер, а теоретиком и прославленным лидером - Фехнер, развивалось вне общего русла физиологии органов чувств, хотя на первый взгляд оно как будто относилось именно к этому ответвлению физиологической науки. Объясняется это тем, что закономерности, открытые Вебером и Фехнером, реально охватывали соотношение психических и физических (а не физиологических) явлений. Хотя и предпринималась попытка вывести эти закономерности из свойств нервно-мозгового аппарата, но она носила сугубо гипотетический, умозрительный характер и свидетельствовала не столько о действительном, содержательном знании, сколько о потребности в нем.

Сам Фехнер делил психофизику на внешнюю и внутреннюю, понимая под первой закономерные соответствия между физическим и психическим, под второй - между психическим и физиологическим. Однако зависимость второго плана (внутренняя психофизика) осталась в контексте трактовки установленного им закона за пределами опытного и математического обоснования.

Мы видим, таким образом, что своеобразное направление в изучении деятельности органов чувств, известное под именем психофизики и ставшее одной из основ и составных частей нарождавшейся в качестве самостоятельной науки психологии, представляло область, отличную от физиологии. Объектом изучения психофизики являлась система отношений между психологическими фактами и доступными экспериментальному контролю, варьированию, измерению и вычислению внешними раздражителями. Этим психофизика принципиально отличалась от психофизиологии органов чувств, хотя исходную психофизическую формулу Вебер и получил, экспериментируя над кожной и мышечной рецепцией. В психофизике деятельность нервной системы подразумевалась, но не изучалась. Знание об этой деятельности не входило в состав исходных понятий. Корреляции психических явлений с внешними, физическими, а не с внутренними, физиологическими агентами оказались при существовавшем тогда уровне знаний о телесном субстрате наиболее доступной сферой экспериментальной разработки фактов и их математического обобщения.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ПСИХОЛОГИИ И ПЕДАГОГИКИ

"Густав Теодор Фехнер. Основы психофизики"

Выполнила: студентка 1 курса (СПиП)

заочного отделения

Сидорова Анастасия Евгеньевна

проверил: к. п. н., доцент кафедры

практической психологии

Степашкина Л.Ю.

Омск-2011 г.

Оглавление

• Введение
• Психофизика
• Задачи психофизики
• Заключение
• Список литературы

Введение

Психофизика - раздел психологии, изучающий количественные отношения между силой раздражителя и величиной возникающего ощущения. Охватывает две группы проблем: измерение порога ощущений, т.е. предела чувствительности сенсорной системы человека и построение психофизических шкал.

Важнейшим источником, на базе которого формировалась экспериментальная психология, явилась психофизика . Гу став Теодор Фехнер (1801 - 1887) в работе "Элементы психофизики" (1860) сформулировал основную задачу психофизики: разработать точную теорию соотношения между физическим и психическим мирами, а также между душой и телом. Соответственно, он различал две психофизики: внутреннюю (она должна разрешить вопрос о соотношении между душой и телом, между психическим и физиологическим) и внешнюю (ее задача - соотношение между психическим и физическим). Фехнер разработал только внешнюю психофизику.

Для работы в этой области Фехнер создал экспериментальные методы. Он сформулировал основной психофизический закон. Все это составило новую самостоятельную область знания - психофизику. Целью Фехнера было измерение ощущений. Поскольку раздражитель, который вызывает ощущения, может быть измерен, Фехнер предположил, что измерить ощущение можно, измерив интенсивность физического раздражителя. Точкой отсчета при этом выступала та минимальная величина раздражителя, при которой возникает первое, едва заметное ощущение. Это нижний абсолютный порог. Фехнер принял допущение, что все едва заметные разницы в ощущениях равны между собой, если равны приросты между раздражителями, которые происходят в геометрической прогрессии. Разностный порог Фехнер избрал в качестве меры измерения ощущения. Таким образом, интенсивность ощущения равна сумме разностных порогов. Эти рассуждения и конкретные математические вычисления привели Фехнера к известному уравнению, в соответствии с которым интенсивность ощущения пропорциональна логарифму раздражителя.

Для проведения психофизических измерений Фехнер разработал три метода: едва заметных различий, метод средних ошибок и метод постоянных раздражителей, или метод истинных и ложных случаев. Эти классические методы измерения используются до настоящего времени.

Фехнер впервые осуществил приложение математики к психологии. Это возбудило огромный интерес и, конечно, критику.

Густав Теодор Фехнер. Краткая биография

ФЕХНЕР, ГУСТАВ ТЕОДОР (Fechner, Gustav Theodor) (1801-1887), немецкий психолог и философ. Родился 19 апреля 1801 в Грос-Зерхене близ Мускаи.

Еще будучи студентом, он начал писать статьи, которые высмеивали современную ему науку.

Фрейд восхищался Фехнером как пионером психофизики и основателем научной и экспериментальной психологии. Он посещал лекции Фехнера в Лейпциге в 1874 году. Он называл его "великий Г.Т. Фехнер".

Уильям Джеймс, который отвергал количественный анализ и статистический подход в психологии, определял психофизические законы, как "логово идола", в котором отсутствуют психологические результаты.

Фрэнсис Гальтон в письме Фехнеру (1875) похвалил его за то, что он в своей книге "Элементы психофизики"заложил фундамент новой науки.

Фехнер открыл свой закон, по-видимому, интуитивно - однажды бессонной ночью, 22 октября 1850.

В дальнейшем выявилось, что этот закон не имеет универсального характера и действителен только в известных пределах.

В своих трудах Фехнер всегда оппонировал материализму, начиная с Книжечки о загробной жизни (Das Bьchlein vom Leben nach dem Tode, 1836).

Его отец, унаследовавший от деда должность деревенского пастора, умер, когда мальчику было пять лет. Фехнера вырастил дядя, также проповедник; юноша окончил гимназию в Сорау, затем медико-хирургическую академию в Дрездене. В возрасте 16 лет был зачислен на медицинский факультет Лейпцигского университета. Степень доктора медицины Фехнер получил в 1822. В течение 12 лет зарабатывал на жизнь переводами справочников по физике и химии, а также читал лекции в университете и публиковал результаты своих физических исследований. В 1834 стал профессором физики Лейпцигского университета.

В 1838 Фехнер опубликовал работу, посвященную восприятию цвета, а в 1839 исследование по проблеме зрительных послеобразов (зрительных ощущений, сохраняющихся по прекращении действия раздражителя).

В 1840-е годы Фехнер предложил теорию панпсихизма. Ученый считал, что события в материальном мире являются аспектом единой духовной субстанции. Это учение Фехнер называл Tagesansicht (дневным видением) в отличие от современного ему материализма - Nachtansicht (ночного видения). В своих трудах Фехнер неоднократно оппонировал материализму, начиная с Книжечки о загробной жизни (Das Bьchlein vom Leben nach dem Tode, 1836) до Дневного видения против ночного видения (Die Tagesansicht gegenьber der Nachtansicht, 1879). Наиболее известные работы Фехнера - Нанна, или психическая жизнь растений (Nanna, oder des Seelenleben der Pflanzen, 1848) и Зенд-Авеста, или явления небес и будущей жизни (Zend-Avesta, oder ьber die Dinge des Himmels und des Jenseits, 1851). Последняя работа содержала программу развития психофизики, нового научного направления, которое, согласно Фехнеру, должно было разрешить проблему души и тела, установив функциональную взаимосвязь между духовным и материальным мирами.

Результаты дискуссий по измерению психических явлений, экспериментальным методам и выявленным закономерностям были обобщены Фехнером в 1860 в его классическом труде Элементы психофизики (Elemente der Psychophysik).

В 1865 появилась первая публикация Фехнера, посвященная измерению эстетического восприятия, а в 1876 вышел классический труд Введение в эстетику (Vorschule der Aesthetik). В 1877 Фехнер опубликовал работу На тему психофизики (In Sachen der Psychophysik), а в 1882 Пересмотр принципов психофизики (Revision der Hauptpunke der Psychophysik).

Умер Фехнер в Лейпциге 18 ноября 1887.

Психофизика

Задачи психофизики

Сравнивая различные ощущения, мы замечаем, что они имеют:

1) разные качества,

2) отличаются различной силой или интенсивностью. Например, ощущение красного цвета качественно отличается от ощущения синего, но разные степени синего цвета (от бледно-голубого до ярко-синего) и различные степени красного цвета (от бледно-розового до ярко-красного) различаются разной интенсивностью синевы или красноты: так же и разные музыкальные тоны одной октавы (do, re и т.д.) различны качественно, но каждый из них может быть громче или тише, т.е. имеет свою особую интенсивность. Сравнивая ощущения одинакового качества, мы сознаем их или равными, или одно сильнейшим, чем другое; эта возможность располагать ощущения в один ряд, начиная от 0 и до сильнейших, приводит к задаче численного определения силы ощущений. С другой стороны, нам известно, что в процессе ощущения всегда имеют место три рода явлений. Во-первых, должно существовать внешнее физическое или химическое явление, действующее на какой-нибудь из наших органов чувств (колебания воздуха раздражают наше ухо, колебания светоносного эфира - наш глаз, химические вещества - полость носа и т.д.); во-вторых, эти физические или химические явления возбуждают в нашей нервной системе своеобразные изменения, называемые физиологическим раздражением; и, наконец, в-третьих, это физиологическое раздражение мозга порождает в сознании ощущения. Первые две группы явлений имеют материальный характер, последняя - психический. Так как ощущения обусловлены внешними впечатлениями, то интенсивность ощущения должна явно зависеть от силы впечатления. Иными словами, мы должны попытаться не только численно определять интенсивность ощущений, но и найти закон, связывающий изменения этих интенсивностей с изменениями величины впечатлений. Так как доныне мы не имеем еще средств определять величину физиологического процесса раздражения, то приходится довольствоваться установлением соотношений между величинами внешних физических явлений (первая стадия процесса ощущения) и интенсивностями ощущения (третья стадия). Такое исследование интенсивности психических ощущений в ее зависимости от силы физических явлений, действующих на наши внешние органы чувств, и составляет задачу. Если, например, некоторое физическое явление R порождает в нашим сознании ощущение S так, что при усилении R от r до r2, ощущение S меняет свою интенсивность от s1 до s2, то задачей является:

1) измерить силу физического явления R, т.е. найти величины r1 и r2,2) измерить численно соответственные интенсивности ощущения S, т.е. s1 и s2, и, наконец,

3) найти математическую зависимость величин s1 и s2, от величин r1 и r2, т.е. тот психофизический закон, по которому растет ощущение при известном росте физического впечатления.

Основные постулаты психофизического закона Фехнера

Психофизика занимается изучением ощущений. Существует 2 подхода: классическая психофизика (основное понятие - порог), и современная психофизика (теория обнаружения сигнала). Основатель сенсорной психофизики - Густав Фехнер. Фехнер искал определенное функциональное соотношение между областью интенсивности воспринимаемых раздражителей и областью интенсивности вызываемых ими ощущений.

Базовая посылка закона Фехнера: правило физика Вебера , который эмпирическим путем установил следующее: представим ситуацию, когда у испытуемого на ладонях малые веса, неразличимые. На 1 ладонь ему добавляют некоторый вес до тех пор, пока он не скажет "стало больше". Это зафиксировали. Затем резко увеличили веса - это уже тяжелые гири, сначала одинаковые по тяжести; все повторяется, и, когда, по ощущению испытуемого, вес одной гири стал ощутимо больше - фиксируем. Правило Вебера звучит так: величина разностного порога и ее изменение зависят от величины и изменения исходного раздражителя (стимула).

Итак, есть 3 постулата психофизического закона Фехнера, аксиома которого : существование линейной связи между стимулом и ощущением :

1 постулат - исходный : Как раздражитель (стимул), так и ощущение - это точки на определенной шкале, т.е.: ощущение - это число. (Современный психофизик сказал бы, что ощущения - это функции от ощущений, которые расположены рядом в пространстве и во времени. Но у Фехнера ощущение - это именно число).

Типы шкал по Фехнеру: Шкалы бывают неметрическими и метрическими.

Неметрические шкалы :

1) Шкала наименований (имен) - номинальная шкала - это просто названия каждого из множества объектов. Такая шкала Фехнера не устраивает - она слабая, нельзя установить соответствия.

2) Шкала порядка, или шкала рангов - вводится какой-то показатель (например, рост), причем не уточняется, насколько по этому показателю различаются объекты - интересует только порядок; люди по росту нумеруются, но разница в росте не уточняется. Здесь испытуемый свои ощущения только ранжирует.

Метрические шкалы :

3) Шкала интервалов - на ней есть числа и операции с ними, единица измерений, но на ней нет абсолютного нуля (например, градусник). На ней можно, ех., отмечать, насколько одно ощущение больше или меньше другого.

4) Шкала отношений - на ней есть и единицы, и абсолютный нуль: на ней можно не только складывать и вычитать, но также умножать и делить. На ней можно измерять не только на сколько, но и во сколько раз одно ощущение больше или меньше другого.

Фехнер хочет свести все к шкале отношений - как наиболее сильной шкале - отсюда 2 постулат:

2 постулат . Фехнер вводит абсолютный порог чувствительности как абсолютный нуль на его шкалах (он появляется только на 4-й шкале - шкале отношений).

Нижний абсолютный порог чувствительности - это такая минимальная интенсивность раздражителя, которая начинает вызывать ощущение в 75% случаев.

Верхний абсолютный порог чувствительности - это такая максимальная интенсивность раздражителя, которая вызывает ощущение той же модальности в 75% случаев (когда увеличение стимула ведет не к увеличению, а к снижению ощущения, к замене его на болевое или к исчезновению вовсе).

Разностный порог чувствительности - это такое min. различие между двумя интенсивностями раздражителя, между 2 стимулами, которое начинает вызывать едва заметное различие - ЕЗР - в 75% случаев - это очень разная у всех величина.

3 постулат Фехнера - основной: все ЕЗР субъективно равны - потому, что испытуемый не измеряет свои ЕЗР, он просто определяет их порядок, фиксирует, когда наступает различие, т.е. он может сказать только о субъективном равенстве раздражителей; следовательно, субъективно для него они являются одинаковыми . То есть, испытуемый нам дает шкалу порядка, а мы получаем шкалу отношений.

Этот постулат был раскритикован Стивенсом, который считал его глубоко теоретическим, тогда как Фехнер - вполне практическим.

психофизика фехнер экспериментальная психология

Смысл психофизического закона

Психофизический закон может быть весьма различно толкован. Было предложено четыре главных объяснения его - собственно психофизическое, физиологическое, психологическое и, наконец, то, которое можно назвать косвенным.

1) Собственно психофизическое объяснение принадлежит Фехнеру, который видит в своей логарифмической формуле закон связи материальных явлений с душевными. В то время, как все физические явления находятся друг к другу в простом отношении пропорциональности, логарифмическое отношение указывает нам на переход от физических явлений в совсем иную область - психических состояний. В восприятии мы имеем три последовательных стадии - внешнее физическое явление, физиологическое нервное раздражение и, наконец, психическое ощущение; по мнению Фехнера, Веберовский закон указывает на отношение между ростом физиологического раздражения и нашего ощущения, тогда как величины физиологического раздражения и внешнего физического явления пропорциональны, будучи оба материальными процессами. Такое объяснение не может быть признано удовлетворительным. Во-первых, как мы видели, методами Психофизика мы измеряем не величины самих ощущений, но точность нашего суждения об их различии или о разделяющих их интервалах, величина же самих ощущений нам неизвестна. Во-вторых, Фехнеровское объяснение придает психофизическому закону такую общность, которая вовсе не соответствует фактам, ибо, как мы видели, не ко всем родам ощущения этот закон приложим. Притом, этот закон не имеет и безусловной точности, и рост ощущения вблизи абсолютного порога явно уклоняется от этого закона. Такие уклонения трудно объяснимы с точки зрения Фехнера, т.е. если придавать психофизическому закону столь абсолютный и так сказать метафизический смысл. Наконец, в-третьих, категорическое утверждение Фехнера, что не может существовать логарифмической зависимости между величинами внешнего физического раздражителя и нервного раздражения, поскольку оба суть материальные процессы, не соответствует фактам; например, ботаник Пфефер показал, что величина двигательной реакции волокон папоротника, помещенных в растворы яблочной кислоты, пропорциональна логарифму раздражения, т.е. логарифму степени концентрации яблочно-кислого раствора.

2) Гораздо правдоподобнее и удобнее в научном приложении физиологическая гипотеза, развитая главным образом Г.Э. Мюллером. Согласно этому толкованию, Веберовский закон есть чисто физиологический, и логарифмическая зависимость имеет место не между величинами нервного раздражения и ощущения, а между величинами внешнего физического явления и нервного раздражения: само нервное раздражение растет медленнее, чем сила внешнего впечатления. К сожалению, мы не обладаем еще средствами измерять величину нервного раздражения, и потому это предположение является чисто гипотетическим. Почему рост нервного раздражения медленнее, чем рост раздражителя, можно объяснять различно. Можно, например, предположить, что это зависит от иррадиации или рассеяния раздражения по соседним частям нервной ткани (Бернштейн) или, ввиду того, что рост раздражения зависит, между прочим, от числа нервных молекул, подвергающихся дезинтеграции (распадению) приданной силе внешнего толчка, можно гипотетически предположить, что разные нервные молекулы представляют в каждый данный момент всевозможные и различные степени неустойчивости, и притом число молекул более устойчивых меньше числа менее устойчивых (Эббингауз). В таком случае приращение слабых раздражителей даст больший прирост нервному раздражению, чем такое же приращение сильных. Некоторое фактическое подтверждение физиологического толкования Веберовского закона можно видеть в наблюдениях Devar"a и M. Kendrick"a, согласно которым величина так называемого отрицательного колебания гальванического тока в оптическом нерве лягушки растет при световом раздражении согласно закону Вебера, отрицательное же колебание рассматривается в настоящее время как мерило силы нервного раздражения. Особенно легко объясняются физиологически факты абсолютного порога, и именно как явления инертности воспринимающего впечатление органа чувства (сетчатки, Кортиева органа в ухе и т.п.).

3) Те, кто дают Веберовскому закону психологическое объяснение, например Вундт, рассматривают его, как частный случай общего принципа психической жизни, а именно закона относительности. Еще Лаплас и раньше его Д. Бернулли указывали на различие между абсолютным значением величины какого-нибудь блага и его относительной ценностью для данного лица, т.е. между тем, что Лаплас называет "fortune physique" и "fortune morale": получение одного франка имеет совсем иное значение для нищего, чем для богача. При этом Лаплас выражает приращение величины "fortune morale" той же самой формулой, как Фехнер свое приращение ощущения, т.е. kЧdx/x, где k есть некоторая постоянная, dx - объективное приращение богатства, x - "fortune physique" данного лица. Общий принцип относительности душевной жизни состоит в том, что мы сознаем не абсолютные величины душевных явлений, но относительные; закон же Вебера есть ни что иное, как признание такой относительности в оценке разностей ощущений.

4) В заключение надо упомянуть еще об одном весьма своеобразном толковании Веберовского закона, намеченном Кризом и развитом Мюнстербергом. Эти исследователи, как уже было сказано, отрицают прямую измеримость интенсивностей ощущения, рассматривая эти интенсивности как качественные (а не количественные) различия. Но так как опытные факты, несомненно, доказывают возможность такого измерения ощущений, то названные исследователи прибегают к косвенному объяснению этой измеримости. Так, например, Мюнстерберг полагает, что единственным родом ощущений, допускающим количественное определение, являются ощущения движения (глаза, руки и т.п.), так как в них ощущение большого движения содержит в себе, как части, ощущения меньших движений. Хотя таким образом все другие ощущения (зрительные, слуховые и т.д.) не имеют количественных различий, а только качественные, но в деятельности соответственных им органов чувств раздражения порождают не только специфические ощущения, но и разнообразные двигательные реакции; по величине этих невольных движений мы и оцениваем величины раздражений. Иначе говоря, о величине раздражений мы судим не прямо по величинам соответственных ощущений, но косвенно, по величинам тех двигательных реакций, который эти раздражения рефлекторно порождают в нашем теле. В заключение надо признать, что вопрос о смысле Веберовского закона еще далек от разрешения, и, может быть, каждое из трех последних объяснений имеет свою долю истины.

Заключение

Фехнер Густав Теодор стремясь обосновать с помощью математических и экспериментальных методов точек зрения, согласно которой вся Вселенная одушевлена, а материя - лишь теневая оборотная сторона психического, он упирался на установленную Э.Г. Вебером зависимость между ощущениями и раздражителями. Он выдвигал идею создания особой науки психофизики, предмет которой - закономерные соотношения двух рядов явлений: психических и физических, связанных чисто функционально.

Идеи психофизики, изложенные в работе " Элементы Психофизики", оказали огромное влияние на зарождающуюся экспериментальную психологию. Предложенные Фехнером психофизические методы позволили применить язык математики к описанию экспериментально установленных корреляций между ощущениями и вызывающими их физическими агентами, а также вывести один из первых психофизических законов, согласно которому интенсивность ощущения пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя. В дальнейшем выявилось, что этот закон не имеет универсального характера и действителен только в известных пределах, а также применим лишь к слуховым и зрительным ощущениям. Тем не менее идеи и методы Фехнера оказались плодотворными не только для разработки психологии отношений, но и для изучения памяти. Значение работ Фехнера состояло во внедрении новаторских экспериментально-математических методов в исследовании психических процессов.

Список литературы

1. Никандров В.В., Психофизика и психофизические методы - СПб: Речь, 2005.

2. Бардин К. В., Индлин Ю.А. Начала субъективной психофизики - М: ИП РАН, 1993.

3. В.Н. Носуленко, И.Г. Скотникова, Е.Н. Соколов, В.А. Барабанщиков, Е.В. Головина. Психофизика сегодня. - М. ИП РАН, 2006.

4. Скотникова И.Г. Субъектная психофизика: результаты исследований // Психол. Журн. 2003. Т.24 (2). С.121-131.

5. Лупандин В.И., Сурнина О.Е., Психофизика 1997, С-98

6. Акимов А.Е., Бинги В.Н., Сознание и Психофизика, 1995

7. Никандров В.В. Экспериментальная психология 2003

8. В.Н. Дружинин Экспериментальная психология ISBN 978-5-4237-0073-7; 2011 г.

9. А.Ф. Лазурский Психология общая и экспериментальная Авторский сборник ISBN 5-89329-346-0; 2001 г.

10. Интернет-энциклопедия Википедия: ru. wikipedia.org

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Особенности применения естественнонаучных концепций и методов. Анализ влияния физиологии, педагогики, языкознания и психофизики на развитие психологии. Предпосылки, сущность и значение открытия основного психофизического закона (закона Вебера-Фехнера).

реферат , добавлен 03.05.2010


Сущность понятий восприятия и ощущения как форм познания действительности, их виды, свойства, различия, структура и взаимосвязь. Предметы и явления действительности, воздействующие на органы чувств человека. Сущность закона Фехнера или Вебера-Фехнера.

реферат , добавлен 16.12.2009


Естественнонаучные предпосылки становления психологии как науки и оформление внутри естествознания первых экспериментальных разделов психологии. Психометрия и психофизика – области науки, на базе которых выросла экспериментальная психология.

реферат , добавлен 15.01.2008


Область применения психофизических методов. Метод минимальных изменений, средней ошибки, постоянных раздражителей, учитывающие несенсорные психологические факторы, пространственно-временные факторы стимуляции, объективной сенсометрии.

реферат , добавлен 04.12.2013


Структурная сложность ощущений человека. Основные виды ощущений. Понятие сенсора и сенсорных систем. Органы чувств человека. Понятие адаптации в современной психологии. Взаимодействие ощущений, сенсибилизация, синестезия, закон Вебера-Фехнера.

презентация , добавлен 09.05.2016


Предмет психологии. Когнитивный подход в психологии. Бихевиористский подход Гуманистическая психология. И.М.Сеченов-основоположник отечественной научной психологии. Познавательная сфера человека. Первичный процесс в познании окружающего мира-ощущения.

контрольная работа , добавлен 05.10.2008


Изучение методов психологии. Отличия житейских психологических знаний от научных. Научное сознание человека, как его научное самосознание. Принципы научной психологии, которая опирается на житейский психологический опыт и извлекает из него свои задачи.

реферат , добавлен 25.11.2010


Место психологии в системе наук. Предмет, объект и методы психологии. Структура современной психологии. Причины и закономерности поступков человека, законы поведения в обществе. Взаимосвязь психологии и философии. Отличие житейской психологии от научной.

курсовая работа , добавлен 28.07.2012


Историко-системный анализ становления научной и практической психологии в Сибири. Социальная, научная и практическая ценность проекта, его цели. Основные стратегические линии – компоненты становления психологии в Сибири. Пути развития научной психологии.

Противоречия в теории Декарта о рефлексе. Чувственная сфера человека у Спинозы. Представление Т. Гоббса о способностях. Понятие рефлексии у Д. Локка. Проблема измерения чувствительности в исследованиях У. Фехнера. З. Фрейд и исследование бессознательного.