Книги-МО / Glava04

122		Глава 4. Сенсорные процессы
АКТУАЛЬНАЯ ТЕМА		Процессы принятия решений

Ïонятие абсолютного порога нисходит к началу XIX века. Его основная идея состоит в

том, что это фиксированный предел ощущаемого; стимулы выше этого предела человек может обнаружить; стимулы ниже его — нет. (Казалось бы, это свойство из типа все–или–ни- чего подсказывает, что порог надо бы определить как величину стимула, который можно обнаружить в 100% случаев. На самом деле порог определяется по 50%–ному уровню обнаружения, и причина этого в том, что во всякую пробу* в ходе эксперимента вмешиваются многие неконтролируемые факторы: органы чувств могут работать несовершенно, внимание испытуемого может рассеиваться и т.п.). Представление о пороге как о фиксированном барьере означает, что то, что испытуемые делают в эксперименте, есть отчет о том, превысил ли стимул этот порог или нет. Однако, подробные исследования этого вопроса показывают, что отчет наблюдателя — это не просто сообщение о преодолении стимулом фиксированного барьера, а принятие довольно сложного решения относительно того, является ли его сенсорный опыт результатом действия стимула или результатом случайной активности его нервной системы.

Проблема порога

Специалистам давно известны трудности с экспериментальным определением порогов. Чтобы познакомиться с ними, предположим, что нам надо установить, с какой вероятностью испытуемый обнаружит слабый звуковой сигнал — едва слышимый тон, предъявляемый на короткое время. В каждой пробе этого эксперимента предъявляется звуковой сигнал, и испытуемый отвечает, слышал он его или нет. Предположим, что в 89 из 100 проб испытуемый ответил, что он слышал сигнал. Как следует интерпретировать такой результат? Поскольку испытуемый знает, что в каждой пробе должен

*) Проба — это отдельное событие в ходе психофизического эксперимента, которое начинается с предъявления стимула и заканчи- вается ответом испытуемого (или вообще каким–либо регистрируемым ответом).— Прим. ред.

Äà	Íåò
	0.48
Ðèñ. À

предъявляться один и тот же сигнал, и поскольку он часто не уверен, отвечать ему в данной пробе “да” или “нет”, он может бессознательно склониться в сторону положительных ответов, чтобы своей способностью произвести впечатление на экспериментатора. Для решения этой проблемы экспериментаторы вводят пустые пробы — пробы без предъявления сигнала — и смотрят, как отвечает испытуемый.

Результаты, показанные на рис. А,— типичные показатели испытуемого в эксперименте, состоящем из нескольких сотен проб, 10% из которых были пустыми. Здесь представлены доли случаев, когда испытуемый отвечал “да” или “нет” при наличии и отсутствии сигнала соответственно. Например, в 89% всех проб, когда сигнал предъявлялся, испытуемый сказал “да”. Это называется вероятностью попадания. Вероятность попадания — это своего рода мера абсолютного порога. Если она равна примерно 0.5 (50%), то величина стимула близка к порогу, а если она больше 0.5, значит стимул превышает порог. Если испытуемый говорит “да” в пробе, где сигнал не предъявлялся, то ответ называется

ложной тревогой. В нашем примере вероятность ложной тревоги равна 0.52. Отсюда следует, что даже нулевой стимул может оказаться выше порога, что противоречит представлению об абсолютном пороге.

Понятие порога сталкивается с еще большими трудностями при проведении эксперимента, где варьируется доля пустых проб. Предположим, испытуемого тестируют несколько дней с одним и тем же звуковым сигналом, но доля пустых проб день ото дня меняется. Резуль-

таты эксперимента, в котором доля проб–ловушек менялась от 10% до 90%, приведены в таблице справа. Эти данные показывают, что и попадания и ложные тревоги становятся реже с увеличением доли пустых проб. Предположительно, с ростом количества пустых проб испытуемые начинают ожидать проб без сигнала и соответственно склонны отве- чать “нет”. Учитывая, что эти ожидания могут повлиять на вероятность попадания, получается, что ожидания влияют на абсолютный порог. Но это опять–таки противоречит идее, что порог — фиксированная величина, а также тому, что это чисто сенсорный барьер. Эти и подобные данные привели к созданию другой теории обнаружения сенсорных стимулов.

Теория обнаружения сигнала

Эта другая теория называется

теорией обнаружения сигнала. В ней предполагается, что в органах чувств всегда присутствует некоторая спонтанная активность, или шум; следовательно, нулевых стимулов просто не бывает. Человек, выполняющий задачу обнаружения, всегда находится в состоянии принятия решения о том, чем вероятнее всего вызвана ощущаемая им сенсорная активность: принимаемым сигналом или случайным шумом в его сенсорной системе. Так что зада- ча обнаружения слабых стимулов требует принятия решения, а не просто сообщения, что сенсорный барьер был преодолен.

На принятие такого решения влияют два фактора. Один из них —

чувствительность испытуемого к стимулу — насколько хорошо он может слышать слабый звук или видеть тусклый свет. Другой фактор — критерий испытуемого — насколько ему хочется сказать “да”. Предполагается, что на чувствительность испытуемого влияет интенсивность стимула; на критерий испытуемого влияют его ожидания и мотивы. Когда испытуемый ожидает, что стимул появится, его критерий будет ниже, чем когда он не ожидает стимула (Green & Swets, 1966).

Согласно теории обнаружения сигнала, можно раздельно измерять чувствительность испытуемого и

Зрительные ощущения

123

при обнаружении сигнала

критерий путем отображения на од-

верхнего графика на рис. Б были по-

ном графике вероятностей попадания

лучены при определенной интенсив-

1.0

и ложной тревоги, полученных в хо-

ности сигнала. При большей интен-

де эксперимента. Мы построили гра-

сивности

чувствительность

повыша-

фик вероятности попаданий и лож-

ется и кривая РХП больше выгибает-

ных тревог (верхняя часть рис. Б) на

ся вверх; когда сигнал слабее, чувст-

основе данных из таблицы. Заметьте,

вительность меньше, и кривая РХП

например, что самая правая точка

приближается к диагонали. Следова-

графика показывает данные для слу-

тельно, кривизна функции РХП оп-

чая, когда 10% проб были пустыми;

ределяется

чувствительностью

íà-

обратившись к таблице, находим ве-

блюдателя, а мера кривизны обозна-

роятность попадания равной 0.89 (на

чается черех d'. У кривых, приведен-

0

вертикальной оси) и вероятность ло-

ных в нижней части рис. Б, величи-

1.0

жной тревоги 0.52 (на горизонталь-

на d' варьирует от 0 до 2. Таким об-

ной оси). После нанесения всех пяти

разом вероятности попадания и лож-

точек

проявляется

закономерность.

ных тревог можно преобразовать в

Точки

принадлежат

симметричной

величину

d',

являющуюся

мерой

1.0

кривой

â

форме полудуги. То, что

чувствительности испытуемого. Из-

.0

они все лежат на этой кривой, озна-

меняя

äîëþ

пустых

ïðîá,

можно

2

'=

5

чает, что все они отражают одну и ту

влиять на вероятности попадания и

d

.

1

.0

=

же величину

чувствительности. То

ложных тревог для одного фиксиро-

d'

d'=1

.5

есть, хотя каждая точка кривой отра-

ванного сигнала, но на кривой РХП,

d'=0

жает разное поведение испытуемого

соответствующей определенной

âå-

d'=0

(различные вероятности попадания и

личине d', будут находиться разные

ложной тревоги), эти различия связа-

значения вероятности (Egan, 1975).

ны только с критерием испытуемого,

Приняв такой взгляд на обнару-

но не с его чувствительностью. Так,

жение сигналов, мы должны по–ино-

åñëè ìû

проведем другой

экспери-

му интерпретировать измерения по-

0

1.0

мент с тем же сигналом, но с другой

рога, полученные в других экспери-

долей пустых проб, вероятности по-

ментах. С точки зрения теории обна-

падания и ложных тревог будут от-

ружения сигнала, порог определяет-

личаться от приведенных в таблице,

ся как интенсивность стимула, при

Ðèñ. Á

но все равно они будут лежать

которой d'

принимает определенное

где–то на этой же кривой. Эта кривая

значение, например 1. Тем не менее,

Кривые РХП, построенные на осно-

называется рабочей характеристи-

и старые методы определения порога

ве данных из таблицы. (а) Данные

кой приемника (РХП),

поскольку

остаются

удобными

показателями

из таблицы, представленные в виде

она отражает рабочие характеристи-

чувствительности.

кривой РХП. Числа на кривой — доля

ки человека, принимающего сигналы.

Теория

обнаружения

сигналов

пустых проб; (б) кривые РХП, по-

Точки,

принадлежащие

одной и

позволяет

íå

только

объяснить

ðå-

строенные для различных d'. Чем вы-

той же РХП, показывают изменение

зультаты лабораторных эксперимен-

ше интенсивность сигнала, тем

больше величина d'; величина d' для

критерия, тогда как точки, принадле-

тов. Она оказалась весьма ценной

данных из таблицы составляет 1.18.

жащие разным РХП, показывают из-

для понимания задач из реальной

менение

чувствительности.

Точки

жизни. Обратимся к работе рентге-

чем выше цена ложной тревоги, т.е.

нолога, который изучает рентгенов-

чем сильнее пациент ужаснется, ус-

ÄÎËß

ские снимки, отыскивая на них при-

лышав подтверждение предваритель-

ЛОЖНЫЕ

знаки

рака легких. Как

è

испытуе-

ного диагноза “рак”, тем менее рент-

ПУСТЫХ

ПОПАДАНИЯ

мые в вышеописанных эксперимен-

генолог будет склонен сказать “да”.

ТРЕВОГИ

ÏÐÎÁ

òàõ, îí

должен различить

слабый

Следовательно,

когда

факторы

сигнал

(действительные

признаки

ожидания и мотивации варьируются,

10

0.89

0.52

рака легких) на фоне шума (другие

частота ответов рентгенолога о нали-

30

0.83

0.41

аномалии в прохождении рентгенов-

чии рака будет меняться в ожидае-

50

0.76

0.32

ских лучей). Подобно испытуемым в

мых направлениях: например, если

70

0.62

0.19

вышеописанных экспериментах, чем

ожидается

подтверждение

ракового

90

0.28

0.04

больше рентгенолог ожидает настоя-

диагноза,

рентгенолог будет более

щего сигнала,— т.е. чем больше он

склонен

интерпретировать

неодно-

Попадания и ложные тревоги. Дан-

ожидает (на основании других ана-

значный

снимок

рентгеновских лу-

лизов),

÷òî ó

пациента

ðàê,

òåì ñ

чей как признак рака. Врачам очень

ные в таблице отражают взаимо-

большей

вероятностью

îí

скажет

важно знать о существовании такого

связь попаданий и ложных тревог по

мере роста удельного количества пу-

“да” (“похоже на рак”); точно также,

рода влияний.

ñòûõ ïðîá.

124

Глава 4. Сенсорные процессы

Водянистая влага	Роговица
	Зрачок
	Радужная оболочка

Реснич- ное тело

Сосудистая

оболочка

Íåðâ

Склера

Ðèñ. 4-6

Правый глаз: вид сверху. Поступающий в глаз свет на своем пути к сетчатке проходит через следующие среды: роговицу, водянистую влагу, хрусталик, и стекловидное тело. Количество света, поступающего в глаз, регулируется величиной зрачка — небольшого отверстия в радужной оболочке, расположенной в передней части глаза. Радужная оболочка состоит из круговых мыщц, которые могут сжиматься и расслабляться, регулируя тем самым размер зрачка*. Радужная оболочка придает глазам их характерный цвет (голубой, карий и т.д.).

*) Радужная оболочка состоит из круговой мышцы и радиальных мышечных волокон: первая сужает зрачок, вторые расширяют его.— Прим. ред.

ция зрительной системы приводилась ранее на рис. 2–10). В первую очередь нас будет интересовать, что происходит внутри глаза. В глазу имеются две системы: одна для формирования изображения, а другая — для преобразования этого изображения в электрические импульсы. Основные компоненты этих систем представлены на рис. 4-6.

Система формирования изображения работает подобно фотоаппарату. Ее задача — сфокусировать отраженный от объекта свет, так чтобы получилось его изображение на сет- чатке, тонком слое на задней поверхности внутри глазного яблока (рис. 4-7). Система формирования изображения включает роговицу, зрачок и хрусталик. Без нее мы видели бы свет, но не изображение. Роговица — это прозрачная передняя поверхность глаза: через нее входит свет, лучи которого роговица преломляет вовнутрь, начиная тем самым формировать изображение. Хрусталик завершает процесс, фокусируя свет на сетчатке (см. рис. 4–7). Чтобы сфокусировать свет от объектов, находящихся на различном расстоянии, хрусталик меняет свою форму. Для близких объектов он становится более выпуклым, для далеких — более плоским. Иногда зрачок глаза не может стать достаточно плоским, чтобы сфокусировать далекие объекты, хотя близкие он фокусирует хорошо; про людей с такими глазами говорят, что у них миопия (или близорукость). Иногда зрачок глаза не может стать достаточ- но выпуклым, чтобы сфокусировать близкие объекты, хотя он хорошо фокусирует дальние; про людей с такими глазами говорят, что у них гиперметропия (дальнозоркость). Такие опти- ческие дефекты достаточно распространены и могут быть легко скорректированы при помощи очков или контактных линз. Зрачок — третий компонент системы формирования изображения — это круглое отверстие, диаметр которого меняется в ответ на изменение интенсивности света. В темноте его величина наибольшая, на ярком свету — наименьшая; тем самым он поддерживает количество света, необходимое для формирования качественного изображения при различной интенсивности света.

Все вышеперечисленные компоненты служат для фокусировки изображения на задней стенке глазного яблока, т.е. на сетчатке. Там начинается работа системы преобразований. Сердцем этой системы являются рецепторы. Рецептивные клетки подразделяются на два вида: палочки и колбочки, названные так из–за

Ðèñ. 4-7

Формирование изображения в глазу. Лучи света от каждой точки объекта идут во всех направлениях, и только некоторые из них попадают в глаз. Они проходят через хрусталик в разных его местах. Чтобы формируемое изображение было четким, эти расходящиеся лучи нужно опять собрать (сконвергировать) вместе в одном месте сетчатки. Каждой точке объекта будет соответствовать одна точка ретинального изображения. Заметьте, что ретинальное изображение перевернуто и обычно намного меньше реального объекта. Заметьте также, что наибольшее преломление световых лучей происходит в роговице.

Зрительные ощущения

125

своей различной формы (рис. 4-8). Эти два вида рецепторов имеют разную специализацию, отвечающую разным целям. Палочки устроены так, чтобы видеть в условиях ночного освещения; они работают при низких интенсивностях и не дают ощущения цвета. Колбочки наиболее удобны для дневного зрения; они реагируют на высокую интенсивность и дают цветовые ощущения. Любопытно, что палочки и колбочки расположены в том слое сетчатки, который дальше всего отстоит от роговицы (обратите внимание на стрелку, показывающую направление света на рис. 4–8). Сетчатка содержит также сеть нейронов плюс опорные клетки и кровеносные сосуды.

Когда мы хотим рассмотреть детали объекта, мы, как правило, двигаем глазами так, чтобы он проецировался на центр сетчатки, в зону, называемую фовеа. Причина, по которой мы это делаем, связана с особенностями распределения рецепторов по сетчатке. В зоне фовеа рецепторов много, и они плотно упакованы; за пределами фовеа, на периферии, рецепторов меньше. Не удивительно, что фовеа — участок глаза, наиболее подходящий для рассматривания деталей (попробуйте читать эту книгу, глядя за пределы страницы).

Каким же образом рецептивная клетка преобразует отраженный от объекта свет в электрические импульсы? В палочках и колбочках содержится химическое вещество, называемое фотопигментом, который поглощает свет. Поглощение света фотопигментом дает начало процессу, в результате которого получается нервный импульс. После того как этот этап преобразования завершен, электрическим импульсам предстоит проделать путь к мозгу че- рез цепочку промежуточных нейронов. Снача- ла реакции палочек и колбочек передаются биполярным клеткам, а от них — к другим нейронам, которые называются ганглиозным клетками (см. рис. 4–8). Длинные аксоны ганглиозных клеток тянутся от глаза к мозгу, образуя зрительный нерв. В том месте, где зрительный нерв выходит из глаза, рецепторов нет; в этой зоне мы слепы к стимулам (рис. 4-9). Этой частичной слепоты — дыры в зрительном поле — мы не замечаем, потому что мозг компенсирует ее автоматически (Ramachandran & Gregory, 1991).

Восприятие света

Чувствительность и острота зрения. Чувствитель-

ность к интенсивности света определяется палочками и колбочками. Между ними есть два существенных различия, объясняющие ряд явлений, связанных с восприятием интенсивно-

Ðèñ. 4-8

Схематическое строение сетчатки. Этот схематический рисунок сетчатки основан на наблюдении ее под электронным микрос копом. Биполярные клетки получают сигналы от одного или бол ее рецепторов и передают их ганглиозным клеткам, аксоны кото рых образуют зрительный нерв. Заметьте, что есть несколько ти пов биполярных и ганглиозных клеток. В сетчатке есть также бо ковые отводы, или латеральные соединения. Нейроны, называем ые горизонтальными клетками, образуют латеральные соедине ния на уровне, близком к рецепторам; нейроны, называемые амакр иновыми клетками, образуют латеральные соединения на уровне , близком к ганглиозным клеткам (по: Dowling & Boycott, 1966).

сти, или яркости. Первое различие состоит в том, что в среднем одна ганглиозная клетка соединена с бóльшим количеством палочек, чем колбочек; поэтому “палочковые” ганглиозные клетки имеют больше входов, чем “колбочковые”. Второе различие состоит в том, что пало- чки и колбочки размещены на сетчатке по–раз- ному. В зоне фовеа много колбочек, но нет палочек, а на периферии много палочек, но относительно мало колбочек. Из–за того, что ганглиозная клетка соединена с бóльшим количеством палочек, чем колбочек, палочковое зрение оказывается более чувствительным, чем колбо- чковое. На рис. 4-10 показано, как именно это происходит. В левой части рисунка изображены три соседних колбочки, каждая из которых подсоединена (не непосредственно) к одной ганглиозной клетке; в правой части рисунка показаны три соседних палочки, которые все подсоединены (не непосредственно) к одной ганглиозной клетке. Чтобы понять, что означа- ют эти различные схемы “подключения” колбо- чек и палочек, представьте, что палочкам и колбочкам предъявляются три очень слабых близко расположенных световых пятна. Когда их предъявляют колбочкам, каждое из пятен

126	Глава 4. Сенсорные процессы
	Ðèñ. 4-9

Как обнаружить слепое пятно. (а) Закрыв правый глаз, посмотрите на крест в правом верхнем у глу. Держите книгу в 30 см от глаз и двигайте ее вперед–назад. Когда синий круг слева исчезнет, это будет означать, что его проекция попала на слепое пятно. (б) Не открывая правого глаза и не меняя положения книги, посмотрите на крест в правом нижнем углу. Ко гда белый промежуток совпадет со слепым пятном, синяя линия будет казаться сплошной. Это яв ление помогает понять, почему мы обычно не замечаем существования слепого пятна. На самом деле зрительная система заполняет те части зрительного поля, к которым мы нечувствительны; поэ тому они выглядят, как окружающий фон.

света в отдельности может быть слишком сла-
бым, чтобы вызвать нервный импульс в соот-
ветствующем рецепторе, и следовательно, ни
один нервный импульс не дойдет до ганглиоз-
ной клетки. Но когда те же три пятна предъя-
вляются палочкам, активация от этих трех ре-
цепторов может быть объединена, и тогда эта
сумма окажется достаточной, чтобы вызвать
нервную реакцию в ганглиозной клетке. Поэто-
му подсоединение нескольких палочек к одной
ганглиозной клетке обеспечивает конвергенцию
нервной активности, и именно благодаря такой
конвергенции палочковое зрение чувствитель-
нее колбочкового.
Но за это преимущество в чувствительности
приходится платить, а именно — меньшей ост-
ротой зрения, по сравнению с колбочковым
зрением (острота зрения — это способность
различать детали*). Снова обратимся к двум
*) Разумеется, это не строгое определение.—
Ïðèì. ðåä.
	КОЛБОЧКИ			ПАЛОЧКИ
Õ	Õ	Õ	Õ	Õ	Õ
Ã	Ã	Ã	Ã	Ã	Ã
Ê	Ê	Ê	Ï	Ï	Ï

схемам на рис. 4–10, но теперь представим, что три рядом расположенных пятна света достато- чно яркие. Если их предъявить колбочкам, каждое пятно вызовет нервную реакцию в соответствующем рецепторе, что, в свою очередь, приведет к появлению нервных импульсов в трех различных ганглиозных клетках; в мозг будут посланы три различных сообщения, и у системы будет возможность узнать о существовании трех различных объектов. Если же эти три соседних световых пятна предъявить пало- чкам, нервная активность от всех трех рецепторов будет объединена и передана единственной ганглиозной клетке; поэтому в мозг поступит только одно сообщение, и у системы не будет возможности узнать о существовании более чем одного объекта. Короче, способ соединения рецепторов с ганглиозными клетками объясняет различия в чувствительности и остроте пало- чкового и колбочкового зрения.

Ðèñ. 4-10

Соединение палочек и колбочек с ганглиозными клетками. На схеме показано, чем отлича-

ются соединения палочек и колбочек с ганглиозными клетками. Буквами Х обозначены три пятна света, буквами Г — ганглиозные клетки, буквами К — колбочки, П — палочки. Для простоты мы исключили биполярные клетки. Линии, исходящие от ганглиозных клеток — это аксоны, составляющие зрительный нерв.

	Зрительные ощущения	127
Еще одно следствие этих различий состоит
в том, что слабый свет человек лучше обнару-
живает на палочковой периферии, чем в зоне
фовеа. Так что хотя острота зрения сильнее в
фовеа, чем на периферии, чувствительность на
периферии выше. То, что чувствительность на
периферии выше, можно установить, измерив
абсолютный порог испытуемого при предъявле-
нии ему вспышек света в темной комнате. По-
рог будет ниже (что означает бóльшую чувст-
вительность), если испытуемый смотрит немно-
го в сторону, так чтобы видеть вспышки пери-
ферическим зрением, чем если он смотрит на
вспышки прямо, и свет попадает в фовеа.
Световая адаптация. До сих пор мы подчеркива-
ли, что человек чувствителен к изменениям
стимуляции. Другой стороной медали является
то, что если в стимуле не происходит измене-
ний, человек к нему адаптируется. Хороший
пример световой адаптации можно увидеть,
войдя в темный кинотеатр с освещенной солн-
цем улицы. Сначала вы почти ничего не разли-
чаете в слабом свете, отраженном от экрана.	Ðèñ. 4-11
Однако через несколько минут вы уже видите	Ход световой адаптации. Испытуемые смотрят
достаточно хорошо, чтобы найти себе место.
Еще через какое–то время вы можете различать	на яркий свет, пока сетчатка не станет адап-
	тированной к свету. Когда их после этого по-
лица при слабом свете. Когда вы опять выходи-
	мещают в темноту, их световая чувствитель-
те на яркоосвещенную улицу, почти все выгля-
	ность начинает постепенно расти, а абсолют-
дит сначала болезненно ярким, и в этом ярком	ный порог — снижаться. Этот процесс называ-
свете невозможно что–либо различить. Все, од-	ется световой адаптацией. На графике показана
	величина порога через разное время после вы-
нако, возвращается в норму меньше, чем за ми-
	ключения адаптирующего света. Точки на синей
нуту, поскольку адаптация к более яркому све-	части кривой соответствуют пороговым вспыш-
ту происходит быстрее. На рис. 4-11 показано,	кам, цвет которых можно было различить; точ-
как снижается абсолютный порог со временем	ки на оранжевой кривой соответствуют вспыш-
	кам, которые казались белыми независимо от их
пребывания в темноте. Кривая состоит из двух
	спектра. Заметьте резкий перелом кривой при-
ветвей. Верхняя ветвь связана с работой колбо-	мерно на 10–й минуте; это называется палоч-
чек, а нижняя — палочек. Палочковая система	ко–колбочковым переходом. Во многих экспери-
адаптируется намного дольше, но она чувстви-	ментах показано, что первая часть этой кривой
	соответствует колбочковому зрению, а вто-
тельна к гораздо более слабому свету.
	рая — палочковому. Данные аппроксимированы
	по различным источникам.

Восприятие цвета

Свет различается только длиной волны. Зрительная система человека совершает с длиной волны нечто удивительное: она превращает ее в цвет, причем из разных длин волн получаются различные цвета. Например, свет с

короткой длиной волны (450–500 нанометров) выглядит синим; свет со средней длиной волны (примерно 500–570 нанометров) выглядит зеленым; а свет с большой длиной волны

(620–700 нанометров) выглядит красным (рис. 4-12). В дальнейшем обсуждении цветового восприятия мы будем говорить только о длинах волн. Это совершенно адекватно в случаях, когда первоисточником ощущения цвета является объект, излучающий свет, например, солнце или лампочка. Однако чаще источником цвето-

вых ощущений является объект, отражающий свет, когда его освещает источник света. В таких случаях восприятие цвета объекта частич- но определяется длинами волн, которые объект отражает, частично — другими факторами. Один из таких факторов — цветовая характеристика объекта. Так, мы склонны видеть розу красной даже когда ее освещает желто–зеле- ный свет, но если таким светом осветить незнакомый объект, он покажется нам желто–зеле- ным. Этот эффект характерного цвета объясняет, почему любимый синий жакет всегда имеет для нас цвет голубизны моря, невзирая на изменения освещения.

Ощущение цвета. В некоторых отношениях ощущение цвета — явление субъективное. Но для

128	Глава 4. Сенсорные процессы
		(480)		(521)		(573)
		Синий	Зеленый		Желтый
		ç		ç		ç
400íì			500íì			600íì	700íì
	Фиолетовый	Сине-зеленый		Желто-зеленый		Оранжевый	Красный
	(380–450)						(650–780)

Ðèñ. 4-12

Солнечный спектр. Числа-

ми обозначены длины волн (в нанометрах, нм), соответствующие различным цветам.

Ðèñ. 4-13

Цветовое тело. Три параметра цвета можно отобразить на двойном конусе. Цветовой тон представлен то- чками, расположенными по окружности, насыщенность — точками вдоль радиуса, а светлота —точками на вертикальной оси. Вертикальное сечение цветового тела показывает различную насыщенность и светлоту для одного тона.

научного изучения цветоощущения нам следу-		система Манселла представлена в виде цвето-
ет описывать его общепринятыми терминами.		âîãî òåëà (ðèñ. 4-13).
Представим себе пятно света на темном фоне.		Имея способы описания цвета, можно по-
С феноменологической точки зрения его хара-		ставить вопрос: сколько цветов человек может
ктеризуют 3 параметра: светлота, цветовой тон		различить? В диапазоне 400–700 нанометров, к
и насыщенность. Светлота показывает, на-		которому мы чувствительны, можно различить
сколько белым видится свет (ее следует отли-		150 тонов, или, иначе говоря, 150 длин волн.
чать от яркости: очень слабо освещенный объ-		Это означает, что в среднем мы можем разли-
ект может тем не менее казаться белым). Два		чать длины волн, отличающиеся всего на 2 на-
других параметра относятся непосредственно к		нометра; то есть, для длины волны ЕЗР состав-
самому цвету. Цветовым тоном называется		ляет 2 нанометра (рис. 4-14). С учетом того,
качество, обозначаемое названием цвета,— на-		что у каждого из 150 различимых тонов может
пример, “красный” или	“зеленовато–желтый”.	быть много различных величин светлоты и на-
Насыщенность означает наполненность цве-		сыщенности, общее число цветов, которые чело-
том или чистоту цвета. Ненасыщенные цвета		век может различить, оценивается более чем в
выглядят бледными (например, розовый); насы-		7 миллионов! Кроме того, по оценкам Нацио-
щенные цвета на вид не содержат белого. Ху-		нального Бюро Стандартов, примерно для 7500
дожник Альберт Манселл предложил схему		из этих цветов у нас есть наименования (Judd
описания окрашенных	поверхностей путем	& Kelly, 1965); трудно даже представить себе
присваивания им одного из 10 названий цвето-		какую либо другую сферу человеческого опы-
вого тона и двух чисел — одного для указания		та, столь же широко закодированную в языке.
насыщенности, другого — светлоты. Цветовая		Эти цифры дают определенное представление о
		роли цвета в жизни человека (Goldstein, 1989).

Зрительные ощущения	129
Ðèñ. 4-14

Различие длин волн. На графике показан разностный порог обнаружения длины в олны для различных длин волн. В этом эксперименте два световых источника с ра зной длиной волны предъявлялись рядом друг с другом, а испытуемый должен был решить, разные они или одинаковые. В большей части видимого диапазона мы можем различить длины волн, отличающиес я на 1–3 нанометра(по: Wright, 1946).

Смешение цветов. Примечательно, что все различаемые нами оттенки можно получить путем смешения всего нескольких основных цветов. Предположим, мы проецируем на один и тот же участок сетчатки свет различных цветов. В результате этого цветового смешения получится новый цвет. Например, смесь света с длиной волны 650 нм (красный) и света с длиной волны 500 нм (зеленый) в надлежащей пропорции будет выглядеть желтой; по виду эта смесь будет в точности соответствовать желтому свету с длиной волны 580 нм. Точное соответствие желтому свету в 580 нм можно также полу- чить при смешении света других, а не только этих цветов. Таким образом, световые смеси, физические компоненты которых весьма разли- чны, могут выглядеть одинаково.

Самое время оговориться: здесь и во всем этом разделе мы имеем в виду смешение света по принципу сложения (аддитивности); мы не говорим о смешивании красок или пигментов, которое происходит по принципу вычитания (субтрактивности) (рис. 4-15). Для красок и для света правила смешения цветов различны. Этого следовало ожидать. При смешивании красок меняется сам физический стимул (смешивание происходит вне глаза), так что это — предмет изучения для физиков. Смешение света, наоборот, происходит в самом глазу, и значит это — тема психологическая.

В отношении смешения света можно сформулировать общее положение: комбинация трех пучков света с различными длинами волн дает свет почти любого цвета, при условии, что один пучок света будет взят из длинноволновой части спектра (красный), другой — из средней (зеленый или желто–зеле- ный), а третий — из коротковолновой (синий

или фиолетовый). Это иногда называют законом трех первичных цветов. В качестве иллюстрации приведем эксперимент на сравнение цветов, в котором испытуемого просят путем смешения трех цветных пучков света подобрать цвет, соответствующий цвету эталонного источ- ника света. Если для смешения используются источники света из трех частей спектра — например, с длинами волн 450 нм (синий), 560 нм (зеленый) и 640 нм (красный),— то испытуемый всегда сможет подобрать свет, соответствующий эталонному. Однако, если испытуемому дать для смешения только два источника света — например, с длиной волны 450 нм и 640 нм,— то он не сможет подобрать пару ни для какого эталонного источника. Число 3, следовательно, здесь имеет важное значение.

Иногда источники света, весьма различающиеся физически, могут выглядеть для человека одинаково, из чего нам придется заключить, что к таким различиям мы слепы. Без такой слепоты воспроизведение цвета было бы невозможно. Для реалистичного воспроизведения цвета в фотографии и на телевидении используется тот факт, что путем смешения всего нескольких цветов можно получить широкий диапазон цветов. Если, например, вы посмотрите на свой телеэкран через увеличительное стекло, то обнаружите, что он состоит из точек всего трех цветов (синего, зеленого и красного). Аддитивное смешение происходит благодаря тому, что точки расположены настолько близко, что их изображения на сетчатке перекрываются (способ представления цветовых смесей показан на рис. 4-16).

130

Глава 4. Сенсорные процессы

Ðèñ. 4-15

Смешение цветов путем сложения и вычитания. При смешении цветов путем сложения (на рис. слева) происхо дит слияние световых потоков. При смешении красного и зеленого света получается желтый, зеленого и пурпурного — голубой и т.д. В центре, где перекрываются все три цвета, смесь выгля дит белой.

Смешение цветов путем вычитания (справа) происходит при с мешивании красителей или при прохождении света сквозь цветовые фильтры, наложенные один на другой. При см ешении сине–зеленого и желтого получится зеленый, а при смешении дополнительных цветов, например синего и жел того, получится черный.

Дефекты цветовосприятия. Большинство людей

подбирают многие цвета, смешивая три перви- чных цвета, но некоторые люди добиваются этого путем смешения только двух первичных цветов. У таких людей — их называют дихроматы — дефект цветового зрения, поскольку они не различают некоторые цвета, которые обычные люди (трихроматы) могут различить. Но дихроматы все–таки могут различать цвета. Иначе обстоят дела у монохроматов, которые неспособны вообще различать длин волн. У них подлинная цветовая слепота. (Для выявления цветовой слепоты используется тест, аналогичный приведенному на рис. 4-17,— это более простая процедура по сравнению с экспериментом, в котором применяется смешивание цветов.) В большинстве случаев дефекты цветового восприятия имеют генетическое происхождение. Цветовая слепота встречается чаще у мужчин (2%), чем у женщин (0.03%), поскольку крити- ческие гены здесь —это рецессивные гены в X–хромосоме (Nathans, Thomans, & Hogness, 1986).

Теории цветового зрения. Имеются две основные

теории цветового зрения. Первую из них выдвинул Томас Янг (он же — Томас Юнг, как его принято называть в российской психологии.— Прим. ред.) в 1807 году. 50 лет спустя его теорию развил Герман фон Гельмгольц.

Согласно трихроматической теории Ян- га–Гельмгольца (эту теорию называют также трехкомпонентной.— Прим. ред.), хотя человек

может различать множество цветов, у него есть только три типа цветовых рецепторов (колобо- чек). Каждый рецептор чувствителен к широкому диапазону длин волн, но сильнее всего он реагирует на узкий участок диапазона. Как показано на рис. 4-18, рецептор коротких волн наиболее чувствителен к волнам короткой длины (синий цвет), рецептор средних волн — к волнам средней длины (зеленый и желтый цвет), а рецептор длинных волн — к длинным волнам (красный). Совместная работа этих трех рецепторов и определяет ощущение цвета. То есть свет с определенной длиной волны стимулирует эти три типа рецепторов в разной степени, и конкретное соотношение активности в этих рецепторах ведет к ощущению определенного цвета. Следовательно, в дополнение к нашему прежнему разговору о кодировании качества стимула, можно сказать, что, согласно трихроматической теории, цветовое качество кодируется паттерном активности трех рецепторов, а не путем использования отдельных рецепторов для каждого цвета.

Трихроматическая теория объясняет связанные с цветовым зрением факты, которые мы уже упоминали. Во–первых, человек может различать разные длины волн потому, что они воздействуют на три типа рецепторов, вызывая у них неодинаковую реакцию. Во–вторых, закон трех первичных цветов вытекает непосредственно из трихроматической теории. Для любого цвета мы можем подобрать комбинацию из трех достаточно отстоящих друг от друга длин волн, потому что эти три различные вол-

Зрительные ощущения

131

Желто-зеленый

Желтый

Зеленый

Оранжево-желтый

(дополнительный

560

к синему)

67

5

3

Сине-зеленый

52

5

7

(дополнительный

òà

1

å

â

к красному)

å

ö

0

û

8

í

5

ü

ë

à

Оранжевый

ê

ò

ð

å

ï

4

9

4

Ñ

7

60

700-780

0

49

å

ò

à

â

ö

Красный

å

0

Зелено-синий

û

8

4

í

ü

ë

à

ð

ò

ê

0

å

ï

7

åñ

4

Í

0

5

4

Синий

0

8

3

Красно-лиловый

Фиолетово-синий

(дополнительный

к зеленому)

(дополнительный

к желтому)

Сине-лиловый

Ðèñ. 4-16

Цветовой круг. Простой способ представления цветовых смесей — это цветовой круг. Спектральные цвета (цвета, соответствующие длинам волн в диапазоне чувствительности человека) представлены пятнами, расположенными по периметру круга. Два конца спектра не сходятся; пространств у между ними соответствуют неспектральные красные и пурпурные тона, которые можно получить при смешении длинн ых и коротких волн. Внутри круга находятся цветовые смеси. Цвета, расположенные ближе к центру круга,— менее на сыщенные (белее); белый цвет находится в самом центре. Смеси любых двух цветов располагаются на прямой линии , соединяющей два пятна. Если линия проходит через

центр круга, то смесь этих цветов, взятых в нужной пропорци и, будет выглядеть белой; такие пары цветов называются дополнительными цветами.

ны активируют три различных типа рецепторов,	давно известных фактов, трихроматическая те-
и именно активность этих рецепторов стоит за	ория позволила биологам открыть эти три типа
восприятием тестового цвета. (Теперь мы пони-	рецепторов. Теперь мы знаем, что в сетчатке
маем значение числа три.) В–третьих, трихро-	глаза человека действительно сосуществуют
матическая теория объясняет различные дефе-	колбочки трех типов.
кты цветовосприятия отсутствием одного или	Несмотря на свои успехи, трихроматическая
более из трех типов цветовых рецепторов: у ди-	теория не может объяснить некоторые хорошо
хроматов с рождения отсутствуют рецепторы	известные явления цветового восприятия. В
одного типа, а у монохроматов — два из трех	1878 году Эвальд Геринг заметил, что с фено-
типов рецепторов. Помимо объяснения этих	менологической точки зрения все три цвета мо-