Порог чувствительности

Предел, определяющий самый слабый стимул, который может быть воспринят

В психофизике сенсорный порог — это самый слабый стимул , который может ощущать организм . Если не указано иное, его обычно определяют как самый слабый стимул, который может быть обнаружен в половине случаев, например, как указано точкой на кривой вероятности. ^[1] Были разработаны методы для измерения порогов в любом из чувств.

Было определено несколько различных порогов чувствительности; ^[2]

• Абсолютный порог : самый низкий уровень, на котором может быть обнаружен стимул.
• Порог распознавания: уровень, на котором стимул может быть не только обнаружен, но и распознан.
• Дифференциальный порог : уровень, на котором может быть воспринято увеличение обнаруженного стимула.
• Конечный порог: уровень, после которого любое увеличение стимула больше не изменяет воспринимаемую интенсивность.

История

Первые систематические исследования по определению сенсорных порогов были проведены Эрнстом Генрихом Вебером , физиологом и пионером экспериментальной психологии в Лейпцигском университете . ^[3] Его эксперименты были направлены на определение абсолютных и разностных, или дифференциальных, порогов. Вебер смог определить абсолютный и разностный порог статистически, что привело к установлению закона Вебера и концепции едва заметной разницы для описания порогового восприятия стимулов.

Следуя работам Вебера, Густав Фехнер , пионер психофизики , изучал взаимосвязь между физической интенсивностью стимула и психологически воспринимаемой интенсивностью стимула. ^[4] Сравнивая измеренную интенсивность звуковых волн с воспринимаемой громкостью, Фехнер пришел к выводу, что интенсивность стимула изменяется пропорционально логарифму интенсивности стимула. Его открытия привели к созданию шкалы децибел . ^[3]

Измерение и тестирование сенсорных порогов

Определение и измерение сенсорных порогов требует установки предела чувствительности таким образом, чтобы наблюдения восприятия приводили к абсолютному порогу. Уровень чувствительности обычно предполагается постоянным при определении порогового предела. Существует три распространенных метода, используемых для определения сенсорных порогов: ^[2]

1. Метод ограничений:

   На первом этапе субъект стимулируется сильными, легко обнаруживаемыми стимулами, которые постепенно уменьшаются (нисходящая последовательность) до тех пор, пока он не перестанет обнаруживать стимул. Затем применяется другая последовательность стимуляции, называемая восходящей последовательностью. В этой последовательности интенсивность стимула увеличивается от подпороговой до легко обнаруживаемой. Обе последовательности повторяются несколько раз. Это дает несколько мгновенных пороговых значений. На следующем этапе средние значения рассчитываются для восходящих и нисходящих последовательностей отдельно. Среднее значение будет ниже для нисходящих последовательностей. В случае аудиометрии разница средних значений в случае восходящих и нисходящих последовательностей имеет диагностическое значение. На последнем этапе среднее значение ранее рассчитанных средних значений даст абсолютный порог.

2. Метод постоянных раздражителей:

   Стимулы различной интенсивности предъявляются субъекту в случайном порядке. Интенсивности включают стимулы, которые, безусловно, являются подпороговыми, и стимулы, которые, безусловно, являются надпороговыми. Для создания серии приблизительный порог оценивается более простым методом (т. е. методом пределов). Случайные последовательности предъявляются субъекту несколько раз. Сила стимула, воспринимаемая более чем в половине предъявлений, будет принята за порог.

3. Адаптивный метод:

   Стимуляция начинается с заведомо надпорогового стимула; затем даются дальнейшие стимулы с интенсивностью, уменьшающейся заранее определенными шагами. Серия останавливается, когда сила стимула становится подпороговой (это называется феноменом поворота). Затем шаг уменьшается вдвое, и стимуляция повторяется, но теперь уже с увеличивающейся интенсивностью, пока субъект снова не воспримет звук. Этот процесс повторяется несколько раз, пока размер шага не достигнет заданного минимального значения. С помощью этого метода пороговое значение может быть очерчено очень точно. Начальный размер шага может быть выбран в зависимости от ожидаемой точности.

При измерении сенсорного порога необходимо учитывать шум. Шум сигнала определяется как наличие дополнительной, нежелательной энергии в системе наблюдения, которая скрывает интересующую информацию. По мере того, как измерения приближаются к абсолютному порогу, изменчивость шума увеличивается, что приводит к скрытию порога. ^[5] Различные типы внутреннего и внешнего шума включают избыточные стимулы, чрезмерную или недостаточную стимуляцию нервной системы ^[6] и состояния, которые ложно стимулируют нервы при отсутствии внешних стимулов.

Универсальный абсолютный порог трудно определить как стандарт из-за изменчивости измерений. ^[7] Хотя ощущение происходит в физических нервах, могут быть причины, по которым оно не является постоянным. Возраст ^[8] или повреждение нерва могут влиять на ощущение. Аналогичным образом, психологические факторы могут влиять на восприятие физического ощущения. Психическое состояние, память, ^[9] психическое заболевание, ^[10] усталость и другие факторы могут изменять восприятие.

Использование в авиации

Применительно к движению в любой из шести возможных степеней свободы (6-DoF) тот факт, что существуют сенсорные пороги, объясняет, почему так важно, чтобы самолеты имели приборы для слепого полета. Длительный полет в облаках невозможен только с помощью подсказок «сидячих штанов», поскольку ошибки накапливаются из-за движений самолета ниже сенсорного порога пилота, что в конечном итоге приводит к потере контроля.

• В летных симуляторах с подвижными платформами пороги чувствительности к движению используются в технике, известной как « ускорение-начало подсказки ». Это когда подвижная платформа, выполнив начальное ускорение, которое ощущается экипажем симулятора, возвращается приблизительно в нейтральное положение, перемещаясь со скоростью ниже порога чувствительности, и затем готова реагировать на следующее ускорение, требуемое компьютером симулятора.

Смотрите также

• Теория обнаружения
• Порог обнаружения запаха
• Восприятие
• Сенсорный анализ

Ссылки

1. Смит, Кристофер UM (20 ноября 2008 г.). Биология сенсорных систем. John Wiley & Sons. стр. 34–5. ISBN 978-0-470-69438-1. Получено 11 октября 2014 г.
2. "Определение сенсорных порогов". ttktamop.elte.hu . Получено 2016-12-02 .
3. "Ощущение: пороги и психофизика". users.ipfw.edu . Получено 2016-12-02 .
4. Swets, John A. (1961-07-21). «Существует ли сенсорный порог?». Science . 134 (3473): 168–177. Bibcode :1961Sci...134..168S. doi :10.1126/science.134.3473.168. ISSN  0036-8075. PMID  13774294.
5. Кон, Теодор Э.; Ласли, DJ (1986). «Визуальная чувствительность». Annual Review of Psychology . 37 : 495–521. doi : 10.1146/annurev.ps.37.020186.002431. ISSN  0066-4308. PMID  3963783.
6. "Сенсорная обработка - Введение в концепции". classes.kumc.edu . Получено 2016-12-02 .
7. Meddis, Ray; Lecluyse, Wendy (2011). «Психофизика абсолютного порога и длительности сигнала: вероятностный подход» (PDF) . Журнал акустического общества Америки . 129 (5): 3153–3165. Bibcode : 2011ASAJ..129.3153M. doi : 10.1121/1.3569712. ISSN  0001-4966. PMID  21568418.
8. Хьюмс, Ларри Э.; Бьюзи, Томас А.; Крейг; Кьюли-Порт (1009). «Влияние возраста на сенсорные пороги и обнаружение временных разрывов в слухе, зрении и осязании». Внимание, восприятие и психофизика . 71 (4): 860–871. doi :10.3758/APP.71.4.860. ISSN  1943-3921. PMC 2826883. PMID 19429964  . 
9. Thurgood, Clementine; Whitfield, TWA; Patterson (2011). «На пути к порогу визуального распознавания: новый инструмент показывает, что люди идентифицируют животных всего при 1 мс визуального воздействия». Vision Research . 51 (17): 1966–1971. doi : 10.1016/j.visres.2011.07.008 . ISSN  0042-6989. PMID  21787801.
10. Адлер, Георг; Гаттац, Вагнер Ф. (1993). «Порог восприятия боли при большой депрессии». Биологическая психиатрия . 34 (10): 687–689. doi :10.1016/0006-3223(93)90041-B. PMID  8292672. S2CID  10091855.