Метод минимальных изменений

Данный метод является единственным среди методов измерения чувствительности, который дает знание величины порога в ходе самого измерения. В процедуре этого метода прямо отразилось понимание порога как барьера, разделяющего стимульный ряд на два класса ощущаемых и неощущаемых стимулов или их разностей.

1. Измерение абсолютного порога (RL) методом минимальных изменений.

Процедура. Существует несколько вариантов процедуры измерения этим методом. Рассмотрим процедуру Вундта. Каждая проба начинается сигналом "Внимание", после которого с постоянным интервалом (0,5 - 1,5 секунды) предъявляется стимул, например, пятно света при определении абсолютной световой чувствительности в полной темноте. Как правило, испытуемому разрешается только две категории ответов ("Да", "Нет", "Вижу", "Не вижу" и т.п.), форма которых точно оговаривается в инструкции испытуемому. Испытуемый отвечает, его ответ регистрируется. Предъявление стимулов осуществляется нисходящими и восходящими рядами. В первом случае степень выраженности определенного параметра стимула, чувствительность к которому измеряется, постепенно уменьшается от максимума до минимума, во втором — наоборот. Обычно измерение абсолютного порога начинается с нисходящего ряда стимулов, т.е. с отчетливо воспринимаемого стимула, изменяемый параметр которого с каждым шагом последовательно уменьшается. За порог в этом ряду принимается значение стимула, находящегося в середине межстимульного интервала между тем стимулом, который еще воспринимается, и тем, который впервые не воспринимается, т.е. середина того интервала, в котором произошла первая смена категории ответа испытуемого. В нисходящем ряду определяется порог исчезновения ощущения — l₁, b восходящем — порог появления — L_h (L — от латинского limen — порог). Чаще всего они не совпадают вследствие существования систематической ошибки.

Систематические ошибки бывают двух типов. Это так называемая ошибка привыкания, когда испытуемый продолжает повторять тот же ответ, что и на предыдущем шаге, хотя порог уже пройден и стимул в нисходящем ряду уже не вызывает ощущения, и ошибка ожидания или предвосхищения — ошибка противоположного толка. Для того, чтобы сбалансировать любую из этих ошибок, если они появляются, применяется: 1) уравновешивание числа тех и других рядов путем их чередования — нисходящие и восходящие ряды предъявляются парами, 2) требование от испытуемого ответа на каждый шаг изменения стимула в ряду. Для контроля за тщательностью работы испытуемого используется еще один экспериментальный прием — изменение длины стимульных рядов от пары к паре за счет смещения в случайном порядке начального и конечного значения стимулов в ряду. Эта предосторожность служит для предупреждения возможности повторения испытуемым своих ответных реакций на основе простого отсчета от начала и конца ряда определенного количества шагов изменения стимула.

При выборе величины шага изменения стимула надо учитывать следующие моменты. При уменьшении величины шага падает дисперсия ответов (Геррак, 1970), а, следовательно, и порогов в восходящих и нисходящих рядах, что позволяет сократить число пар рядов, не изменяя заданной точности измерения порога. Однако, уменьшение величины шага приводит к увеличению количества шагов в каждом отдельном ряду, т.е. к удлинению ряда и, следовательно, опыта в целом. Оптимальный размер шага является результатом компромисса между стремлением к большой точности в оценке порога и нежеланием делать опыт очень длинным и утомительным.

Необходимое число измерений (пар рядов) определяется требуемой точностью измерения и степенью разброса получаемых в эксперименте данных. Его можно вычислить по формуле:

где n — число измерений; U — квантиль нормального распределения, соответствующий заданной доверительной вероятности в определении порога; о — дисперсия пороговых значений; 5 — требуемая точность в определении порога.

Поскольку до начала опытов дисперсия пороговых значений неизвестна, для определения требуемого числа измерений необходимо провести предварительные пробные измерения, чтобы "прикинуть" величину дисперсии.

Обработка результатов. За абсолютный порог принимается среднее арифметическое всех найденных в течении опыта порогов появления и исчезновения и рассчитывается как:

где RL — средний абсолютный порог (обозначение RL — аббревиатура от немецкого "Reiz Limen"); L₁ — значение единичного порога в каждом стимульном ряду, как в восходящем, так и в нисходящем; N — общее число рядов.

Вариативность работы испытуемого оценивается средним квадратическим (стандартным) отклонением:

Статистическая ошибка, которая допускается, при вычислении в опыте абсолютного порога, оценивается стандартной ошибкой среднего значения:

2. Измерение дифференциального порога (DL) методом минимальных изменений.

Процедура. В этом случае все особенности метода и процедура остаются почти теми же, что и при определении абсолютного порога. Единственное изменение процедуры состоит в том, что одновременно с переменным стимулом испытуемому предъявляется эталон или стандартный стимул — S_st, который задает тот уровень исходного раздражителя, относительно которого выясняется величина разностного порога. В силу того, что ощущения различия стимулов у испытуемого могут быть различны, естественно разрешить испытуемому давать три категории ответов, а именно "больше", "меньше", "равно". Ответ "не знаю", "сомневаюсь" обычно отождествляется с ответом "равно". За порог принимается значение стимула, соответствующее середине межстимульного интервала, где впервые произошла смена категории ответа: от "больше" к "равно" и от "равно" к "меньше" в нисходящем ряду, а в восходящем ряду от ответа "меньше" к ответу "равно" и от ответа "равно" к ответу "больше". Таким образом, при измерении разностного порога определяются четыре значения порога (по два в каждом ряду). Это верхний порог — L_h в восходящем и нисходящем рядах (L_h₊ и L_h_-) и нижний порог — L₁ в восходящем и нисходящем рядах (L_I и L_I). Таким образом, в каждом ряду мы находим две пороговые точки: верхний и нижний разностные пороги.

Обработка данных. Сначала находим значения верхнего разностного порога путем усреднения всех верхних порогов, в каком бы ряду они не стояли:

где L_h и L_h, — значения верхних порогов в восходящем и нисходящем рядах, a n — число пар рядов.

Аналогичным образом вычисляем нижний разностный порог:

Верхний и нижний пороги ограничивают интервал неопределенности — IU (от английского "Interval of Uncertainty"), т.е. ту зону стимульного ряда, где преобладают ответы равенства. Иначе говоря, интервал неопределенности — это та зона стимулов, которая сверху ограничена стимулом, в среднем едва заметно отличающимся от эталонного, как больший, а снизу — стимулом, в среднем едва заметно отличающимся от эталонного, как меньший. Понятно поэтому, что IU содержит две различительные ступени или два едва заметных различия, т.е. равен двум дифференциальным порогам DL (от немецкого "Differenz Limen"):

Стимул, находящийся в средней точке интервала неопределенности, всегда оценивается как равный эталону, т.е. является субъективным эквивалентом эталона и потому получил название точки субъективного равенства PSE (от английского "Point of Subject Equality"):

IU, как правило, несимметричен, поэтому довольно часто PSE не совпадает со значением эталона. Степень несовпадения эталона PSE характеризуется так называемой константной ошибкой, СЕ (от английского "Constant Error"), которая определяется следующим равенством:

CE=PSE-S_st.

Если константная ошибка больше нуля, то эталон переоценивается, если она меньше нуля, то эталон недооценивается. Таким образом, СЕ характеризует величину и направление смещения зоны субъективного равенства относительно объективного равенства.

3. Варианты метода минимальных изменений.

Объединение пары рядов в один ряд. В этом случае восходящий и нисходящий ряды предъявляются без перерыва. Достоинство этого варианта в том, что он обеспечивает некоторое сокращение времени. Его существенным недостатком является увеличение при такой системе подачи стимулов нерегулярности ответов, обусловленной тем, что второй ряд в паре начинается со стимула, вызывающего слабое, неуверенное ощущение различия.

Процедура "вверх-вниз" (метод лестницы). Этот вариант метода границ, предложенный Корнсвитом (1962), предполагает использование двух вариантов ответов. Суть его состоит в том, что как только происходит смена категории ответа, допустим, смена ответа "слышу" на ответ "не слышу", так сразу же происходит смена направления изменения стимула, т.е. переход от нисходящего ряда к восходящему до следующей смены категории ответа. Этот вариант метода относится к так называемым адаптивным методам пороговых измерений, и, как правило, реализуется на компьютере, который отслеживает ответы испытуемого и соответствующим образом регулирует изменение стимуляции. В этих методах процедура тестирования строится таким образом, что предъявление стимулов подстраивается ("адаптируется") под ответы испытуемого, и изменение стимуляции происходит в достаточно узком околопороговом диапазоне.

Достоинством этой процедуры является экономичность, вместе с тем она имеет ряд недостатков. Один из них состоит в том, что эта модификация метода применима только к измерению абсолютного порога. Дифференциальный порог может измеряться этим методом только в разных двух сериях, а это плохо из-за временных колебаний чувствительности. Второй недостаток состоит в том, что испытуемый быстро замечает порядок чередования ощущаемых и неощущаемых стимулов, что вызывает эффект ожидания, распространяющийся по горизонтали, т.е. переносится с одного стимула на другой. Гилфорд (1954) отмечает, что этот эффект является таким сильным источником стабилизации результатов (несенсорным источником!), равного которому нет ни в каком другом методе. Величину этой стабилизации трудно измерить и каким-либо образом скорректировать. Поэтому эта процедура применима только в случаях, когда исследователь может удовлетвориться очень грубым, но зато быстрым определением порога. На практике этот метод часто применяется для скрининговых исследований слуховой чувствительности.

Метод едва заметного различия (ЕЗР). Эту модификацию иногда полностью отождествляют с методом границ. Это не совсем точно. Суть метода ЕЗР сводится к следующему: испытуемому вместе с эталонным стимулом предъявляют ряд переменных. Задача испытуемого состоит в том, чтобы указать то значение стимула, которое едва заметно отличается от эталона. Существенное отличие метода ЕЗР от метода границ состоит в том, что в методе границ испытуемый определяет два порога — порог появления и исчезновения ощущения различия — ЕЗР и ЕНЗР, т.е. едва незаметного различия. В методе ЕЗР определяется только одна точка — всегда ЕЗР. Эти методы тождественны только тогда, когда изменение стимуляции начинается от равенства переменного и эталонного стимулов. В том случае, когда изменение стимуляции начинается от заметного неравенства к равенству, испытуемый определяет точку исчезновения ощущения различия (ЕНЗР), опираясь на сенсорный эталон, хранящийся в памяти.

Задание 1. Определение величины иллюзии Мюллера—Лайера методом минимальных изменений

Цель задания. Отработать метод минимальных изменений применительно к измерению разностного порога. Оценить величину иллюзии Мюллера—Лайера.

Методика

Аппаратура. Задание отрабатывается на IBM-совместимом персональном компьютере. Для предъявления сигнала "Внимание" используются головные телефоны, соединенные со звуковым синтезатором персонального компьютера. Для выполнения учебного задания используется компьютерная программа muler.exe.

стимуляция. На экране дисплея предъявляются на одной горизонтальной линии две стрелы: стандартный стимул (S_st) — стрела с наконечниками наружу, имеет длину 11 см и предъявляется всегда слева; и переменный стимул (S_var) — стрела с наконечниками внутрь и предъявляется всегда справа. Ее длина может меняться в пределах от 17 до 10 см. Время экспозиции стрел — 1 с.

Процедура опыта. При отработке задания каждый студент выступает сначала в роли испытуемого, а затем обрабатывает собственные экспериментальные данные. Испытуемый сидит на расстоянии 1 м до экрана дисплея. Каждая проба начинается с появления звукового сигнала "Внимание", затем через 500 мс экспонируются стандартный и переменный стимулы (1 с). Следующая проба начинается через 2 с, в течение которых испытуемый должен дать свой ответ, нажимая на одну из 3-х клавиш на клавиатуре компьютера. Задача испытуемого заключается в том, чтобы сравнить переменный стимул со стандартным, используя три категории ответов: "меньше", "равно" и "больше". Для ответа могут использоваться следующие клавиши: <1>, <2>,<3> (на цифровой клавиатуре) или клавиши управления движением курсора.

Переменные стимулы предъявляются восходящими и нисходящими рядами, по 10 проб в каждом ряду. Всего 20 восходящих и 20 нисходящих рядов.

Обработка данных. После опыта студенту выдается компьютерная распечатка, в которой представлен полный протокол опыта, т.е. зафиксированы все ответы испытуемого на все стимулы (всего 400). Файл с полученными данными легко найти: его имя соответствует фамилии испытуемого, написанной латинскими буквами, а расширение — mul, например: ivanov.mul.

По данным протокола каждый студент должен вычислить следующие показатели:

1) нижний и верхний пороги в каждом ряду стимулов;

2) нижний (L_I) и верхний (L_h) пороги по опыту в целом; оценить разброс полученных пороговых значений, рассчитав соответствующие значения стандартного отклонения;

3) IU и DL;

4) PSE;

5) количественно оценить по данным опыта выраженность иллюзии, рассчитав СЕ.

Для выполнения необходимых статистических расчетов (среднее арифметическое и стандартное отклонение) следует воспользоваться статистическим пакетом "Stadia" (директория "Stadia", командный файл — stadia.exe). После ввода полученных данных в электронную таблицу (40 значений L_I — в первую переменную и 40 значений L_h — во вторую) в меню статистических методов (F9) нужно выбрать самый первый пункт — "Описательная статистика" и указать номера анализируемых переменных: в нашем случае их две —1, 2. После нажатия на клавишу <Enter> на экране распечатывается множество статистических показателей, в том числе — среднее арифметическое и стандартное отклонение для каждой переменной.

В качестве дополнительного задания по работе с данными можно рекомендовать построение графиков изменения пороговых значений в течение опыта, на которых в наглядной форме легко проанализировать возможные тенденции изменения верхнего и нижнего порогов, например: этап врабатывания, период стабилизации ответов и другие феномены динамики выполнения этой сенсорной задачи. Для этого, вернувшись в электронную таблицу (блок редактора данных), нужно нажать на клавишу F6 и перейти к построению нужного графика. В качестве типа графика выберите функциональный, далее укажите число графиков — 2 (один для l_I, другой для — L_h) и номера соответствующих им переменных (1 для первого графика и 2 — для второго); графики лучше нарисовать линиями, а разметку осей координат можно не делать.

Результаты и выводы:

Выводы: по размеру константной ошибки видно, что при выполнении задания эталон испытуемым переоценивался (константная ошибка больше 0).

Лабораторная работа 4.