Психофизическая теория обнаружения сигнала

В отличие от классических психофизических методов в совре­менной психофизике особое внимание уделяется тому, как и по­чему человек дает тот или иной ответ, обнаруживая слабый поро­говый сигнал или оценивая пороговые различая между двумя сиг­налами. Для описания поведения человека-наблюдателя, решаю­щего сенсорную пороговую задачу, строится специальная модель. Новая методология, называемая психофизической теорией обнару­жения сигнала, или ТОС [159], содержит в себе представление о наблюдателе не как о пассивном приемнике стимульной инфор­мации, но как об активном субъекте принятия решения в ситуа­ции сенсорной неопределенности.

Общая схема, предлагаемая ТОС для описания процесса обна­ружения порогового сигнала (или порогового различения двух сигналов), проста: 1) последовательность стимульных воздействий отображается в сенсорной системе в виде множества ощущений, и этот процесс имеет вероятностную природу, т.е. одно и то же стимульное воздействие вызывает каждый раз немного отличаю­щуюся интенсивность ощущения данного сенсорного качества; 2) в силу высокой сенсорной неопределенности, обусловленной малой интенсивностью ощущения от воздействия порогового сиг­нала, наблюдатель каждый раз с достаточной уверенностью не

может определить, был или не был сигнал, но тем не менее в соответствии с инструкцией вынужден принимать определенное ре­шение, основываясь не только на сенсорной информации, но с учетом своих ожиданий, прошлого опыта или пытаясь угадать.

Таким образом, сенсорный процесс описывается как двухсту­пенчатый: процесс отображения физической энергии стимула в интенсивность ощущения и процесс принятия решения. В ТОС не используется понятие сенсорного порога, поскольку наблюдатель может и на основе достаточно интенсивного ощущения решить, что сигнала он не почувствовал (например, не ожидая сигнала в данной пробе) или, наоборот, имея очень слабое ощущение сти­мул ьного воздействия, сказать «да», если это воздействие пред­ставляется ему очень вероятным.

Для разработки методов оценки сенсорной чувствительности в рамках ТОС строится формальная модель, описывающая поведе­ние наблюдателя, решающего сенсорную задачу. Та часть модели, которая представляет процесс отображения энергии стимула во множество ощущений, взята из статистической радиофизики, другая часть, рассматривающая правила принятия решения, при­шла из математической теории решений.

Рассмотрим метод «да-нет» как один из самых популярных методов измерения сенсорной чувствительности, разработанный в рамках ТОС. В отличие от классической психофизики мы уже не измеряем абсолютный или разностный порог, а говорим об изме­рении сенсорной чувствительности в задаче обнаружения сигнала или в задаче различения сигналов. В этом методе используются толь­ко два стимула, незначительно отличающиеся по интенсивности некоторого физического качества: один «значащий» — <С>, и дру­гой «пустой» — <Ш>^|. Предъявления следуют друг за другом обык­новенно через более или менее регулярные интервалы времени, и после каждого предъявления испытуемый отвечает «да», если ему показалось, что был сигнал, или «нет», если он не обнаружил сигнала. Стимулы предъявляются в опыте много раз в случайном порядке.

Рассмотрим теперь возможные комбинации предъявление — ответ>, которые могут встретиться в опыте. Их четыре: <С — да>, <Ш — нет>, <С — нет>, <Ш — да>, причем первые два сочетания являются правильными, два последних — ошибочными исходами. Каждое их этих сочетаний имеет свое специальное название (табл. 1). Попадание и ложная тревога будут в дальнейшем обозначаться через Н (от англ. НО) и РА (от англ. /аке а1агт). Обозначения для пропусков — О (от188юп) и правильных отрицаний — СК (соггеа щесйоп).

¹ Обозначения <С> и <Ш> происходят от принятых в ТОС обозначений: зна­чащий стимул — «сигнал», а пустой — «шум» (т.е. отсутствие сигнала).

Таблица 1

Исходы опыта по обнаружению сигнала

Чтобы охарактеризовать деятельность испытуемого в данном опыте, принято представлять результаты эксперимента в виде оценок условных вероятностей — вероятностей того, что испыту­емый ответит правильно (неправильно) при условии, что был предъявлен определенный стимул — значащий или пустой. Такие вероятности обозначаются так: Р (да/С), Р (да/Ш), Р (нет/С), Р (нет/Ш). В частности, первая из этих вероятностей есть вероят­ность правильного обнаружения сигнала, а вторая — вероятность ложной тревоги. Если вычислены две эти условные вероятности, вычисление двух остальных уже не требуется. Они не несут допол­нительной информации, так как

Р(нет/С) + Р(да/С) = 1, (13)

Р(нет/Ш) + Р(да/Ш) = 1. (14)

Эта пара вероятностей полностью характеризует успешность обнаружения сигнала наблюдателем.

Как было сказано выше, воздействия стимулов связаны со свои­ми сенсорными репрезентациями случайно или стохастически. В ТОС эта связь изображается в виде двух перекрывающихся функ­ций плотности вероятности нормального распределения (рис. 29)'. Особо подчеркнем, что на этой модельной картинке ось абсцисс — это гипотетическая ось интенсивности ощущений, которые появ­лялись в опыте при действии значащего (правое распределение) и пустого (левое распределение) стимулов.

Их перекрытие означает, что сенсорные репрезентации <С> и <Ш> оказываются похожими друг на друга, и наблюдатель не может каждый раз со 100-процентной уверенностью решить, какой же стимул был ему предъявлен. Далее в модели предполагается, что при принятии решения наблюдатель устанавливает строго опре­деленное правило соответствия между своими ощущениями и двумя типами ответов («да» и «нет») и всегда ему следует: если текущее ощущение имеет интенсивность выше некоторого крити-

¹ Имеются и другие варианты ТОС, где постулируются иные формы распре­деления, например экспоненциальное или биноминальное.

Рис. 29. Модельная картинка ТОС:

распределение интенсивности ощущений при воздействии «сигнальных» (С) и «шу­мовых» (Ш) проб в опыте по обнаруже­нию порогового сигнала; Х₅ — гипоте­тическая ось интенсивности ощущений; С — положение критерия принятия ре­шения на этой оси

ческого уровня, то он говорит «да», если меньше — «нет»¹. Таким образом, в ТОС вводится понятие критерия принятия решения на­блюдателя о наличии/отсутствии значащего стимула. Фактически критерий — это некоторый сенсорный образ памяти, или сенсор­ный эталон, с которым сравнивается каждая сенсорная репрезен­тация (см. точку Сна оси абсцисс рис. 29). Его положение на сен­сорной оси (оси абсцисс) может зависеть от целого ряда причин: субъективные веса различных ошибок (например, наблюдатель может стараться минимизировать число пропусков и не очень за­ботиться об уменьшении числа ложных тревог), знания объектив­ной вероятности предъявления значащих и пустых проб в опыте, использование экспериментатором системы «выплат» и «штрафов», соответственно, за верные и ложные ответы, в денежной или иг­ровой форме (так называемая платежная матрица — ПМ) и т.д. Например, посмотрим, как изменит положение своего крите­рия принятия решения типичный испытуемый в случае исполь­зования в опыте по обнаружению порогового сигнала пяти раз­ных платежных матриц, соответствующих пяти различным спосо­бам оплаты за правильные ответы и штрафам за неправильные (числа обозначают рубли — табл. 2). Пусть ему в каждой из пяти серий будет предъявлено по 100 значащих и пустых проб.

Таблица 2