в чем заслуга гельмгольц в развитии экспериментальной психологии
Экспериментальная психофизиология Г.Гельмгольца
В то время, когда Г. Фехнер был всецело поглощен психофизическими измерениям, большая группа физиологов вплотную подошла к экспериментальной разработке проблем психофизиологии органов чувств. Самым крупнейшим авторитетом в области экспериментальной психофизиологии был Г. Гельмгольц (1821-1894).
Немецкий физик, математик, физиолог и психолог. Основные идеи:
· Разделение понятий «психика» и «сознание»
· Закон сохранение энергии в организме
Центральное место в экспериментальных исследованиях Г. Гельмгольца занимали вопросы психофизиологии зрения и слуха.
На основе многочисленных опытов по изучению простых и сложных тонов, Г. Гельмгольц приходит к выводу о резонансной природе звукового и слухового аппарата у человека. Согласно Г. Гельмгольцу ротовая полость выполняет функцию резонатора, придающего гласным звукам характерные им различия. Слуховой же аппарат представляет, по Г. Гельмгольду, систему резонаторов, настроенных на восприятие определенных тонов.
3)Диапазон исследуемых проблем, которыми занимался Г. Гельмгольц в области физиологической оптики, обширен. К наиболее крупным из них следует отнести вопросы преломления света и смешения цветов, природа последовательных образов и явлений контраста, измерение остроты зрения и глазомера, изучение иллюзий, бинокулярного и стереоскопического зрения и др.
4)Результаты последующих экспериментальных исследований в области восприятия пространства еще более расходились с теорией специфической энергии чувств, вследствие чего Г. Гельмгольц был вынужден отойти от ортодоксального нативизма (нативизм— философско-психологическая концепция, согласно которой человеку присущи независимые от опыта врождённые идеи, с помощью которых он познает мир. Противоположная ей генетическая или эмпирическая теория рассматривает протяженность ощущений как нечто приобретенное, как продукт опыта) и принять генетическую точку зрения на механизм возникновения чувственных образов.
Экспериментальное изучение явлений контраста, глазомера, иллюзий, механизмов бинокулярного зрения, восприятия направления и глубины привело Г. Гельмгольца к заключению о том, что все выше перечисленные зрительные функции есть не врожденные свойства глаза, а продукты опыта и упражнения, эффекты многократного повторения сенсомоторных связей и ассоциаций, образующихся при различных субъективных и объективных условиях пространственного видения.
Из общей эмпирической теории зрения вытекало и учение Г. Гельмгольца «о бессознательном умозаключении». Многочисленные факты, установленные в экспериментах, показывали, что многие перцептивные акты определяются не только характеристиками объекта, но что в них содержится значительная часть опытных данных, которые в стимуле непосредственно не представлены. Такие, например, явления, как иллюзии, константность восприятия, невозможно вывести только из свойств внешних предметов и их отношений.
Psy в лицах
Годы жизни: 1821—1894
Германа Гельмгольца по праву считают одним из величайших немецких ученых XIX века. Его исследования в области физики и физиологии во многом заложили основы экспериментальной психологии.
Герман родился в 1821 году в Потсдаме, недалеко от Берлина, в семье учителя. До 17 лет он получал образование в гимназии, по окончанию которой хотел изучать физику, но обучение в университете было слишком дорогим. Герман поступил в Военно-медицинский институт Фридриха Вильгельма. Все выпускники этого заведения были обязаны отслужить восемь лет после окончания института, и в 1843 году Гельмгольц стал военным врачом.
Уже в 1847 году он опубликовал самую известную свою работу — «О сохранении силы», которая имела такой успех, что ему разрешили досрочно закончить военную службу и предложили занять место преподавателя анатомии в Академии художеств в Берлине. Через два года Гельмгольца пригласили на должность профессора физиологии и общей анатомии в Кенигсберг. В 1855 году он перешел на работу в Боннский университет, где заведовал кафедрой анатомии и физиологии, а еще через три года занял аналогичную должность в Гейдельберге, где проработал до 1871 года.
Параллельно с преподаванием Гельмгольц продолжал изучать физиологию: занимался измерением скорости распространения нервного импульса, изучал процессы мышечного сокращения, проводил обширные исследования по физиологии зрения (в 1850 году он изобрел офтальмоскоп — специальное глазное зеркало), разработал теорию восприятия и издавания звуков, исследовал колебания струн и акустических резонаторов («резонаторов Гельмгольца»). Он также выработал принцип механического подобия, с помощью которого удалось объяснить некоторые метеорологические явления и то, как образуются волны.
Кроме того, Гельмгольц активно исследовал сферу ощущений: он объяснил схему работы мышечных ощущений глаза при зрительной оценке предмета, доказал связь между внешними раздражителями и ощущениями от их воздействия, создал «теорию иероглифов».
В 1871 году Гельмгольца пригласили возглавить кафедру физики Берлинского университета. Ранее ею руководил известный физик Густав Магнус. В «наследство» от Магнуса Гельмгольцу досталась лишь небольшая лаборатория. При поддержке правительства Гельмгольц за несколько лет смог открыть настоящий дворец науки, который сейчас известен всему миру как Физический институт Берлинского университета. В 1988 году Гельмгольц возглавил физико-техническое имперское ведомство, продолжая при этом читать теоретические лекции. В 1894 году Герман Гельмгольц скончался.
Деятельность Гельмгольца была очень разнообразной, и хотя он никогда не занимался напрямую психологией, все же его исследования многое дали этой науке. Они способствовали тому, чтобы психология начала развиваться как самостоятельная наука, перестала ассоциироваться с теологией, метафизикой и спиритуализмом и основывалась на физических фактах.
Личность и звук: Герман Людвиг Гельмгольц – от фундаментальной физики до физиологии слуха и психоакустики
Этой статьёй я начну очередной биографический цикл, посвященный ученым, благодаря которым мы знаем о физической природе звука действительно много.
Мой выбор не случаен, так как Герман Гельмгольц заложил фундаментальные основы таких областей научного знания как: акустика, электродинамика, физиология слуха, психоакустика. Вклад этого ученого в физику в целом и в акустику в частности сложно переоценить. Относительно звуковой аппаратуры и музыкальных инструментов, сложно представить что-либо, где не используются открытия и исследования этого человека.
Гельмгольц впервые создал электромеханический прообраз синтезатора звука, описал механизм слуха, построил модель человеческого уха, обосновал волновую природу звука. К заслугам ученого относится первое, и одно из самых стройных определений тембра (по мнению профессора Алдошиной, на 100 лет предопределило исследования звука в этой области), создание резонатора, подробные исследования колебания струн. Как истинный сын своего времени, Гельмгольц занимался не только акустикой, среди работ исследователя – исследования в области математики, природы электричества, психологии, термодинамики, оптики, физиологии, медицины, метеорологии.
Иными словами Гельмгольц занимался всем, что в его время можно было назвать инновационным, всем, что было авангардом науки и прогресса. Именно Гельмгольц был одним из лидеров физического сообщества Германии в середине – конце 19 века. Не случайно именно его именем названо крупнейшее объединение немецких научно-исследовательских центров.
Детство гения: сын гуманитария-националиста, посредственный гимназист
Герман Гельмгольц родился 31 августа 1821 года, в семье профессора филологии Фердинанда Гельмгольца, преподавателя немецкого языка, субректора Потсдамской гимназии, и домохозяйки Каролины Гельмгольц (в девичестве Пенн), американского происхождения.
Интересно, что отец ученого Август-Фердинанд-Юлиус Гельмгольц изучал в Берлинском университете теологию, позже завершил обучение на факультете немецкой филологии, т.е. был гуманитарием до мозга костей.
Как настоящий националист, грезивший о возрождении Германии, Фердинанд прерывал обучение в университете и как вольноопределяющийся доброволец учувствовал в боевых действиях в 1813-1815 годах. Завершив обучение в 1820 году, Август Фердинанд занимает место учителя гимназии в Потсдаме и в том же году женится на Каролине Пенн. Через год на свет появляется первенец, которому суждено стать гением и изменить (а в ряде случаев сформировать) представления современников о природе огромного количества явлений.
Как ни странно, в детстве Герман Гельмгольц не проявлял признаков гениальности и в принципе не подавал никаких надежд на многообещающее будущее. По воспоминаниям родителей, будущий ученый был очень болезненным и с раннего возраста страдал расстройством памяти, с большим трудом различал правую и левую стороны. Обучаясь в гимназии, в которой преподавал его отец, Герман был крайне посредственным учеником, испытывал проблемы с грамматикой. Последнее обстоятельство особенно странно, учитывая образование отца.
Однако недостатки гуманитарных способностей с лихвой компенсировались склонностью к точным и естественным наукам: физике, биологии и математике. По воспоминаниям самого ученого, он ещё в школьные годы интересовался оптикой, и, будучи гимназистом, сформулировал несколько оптических теорем. Так или иначе, но таланты Гельмгольца не были восприняты учителями гимназии, и в 17-летнем возрасте Герман завершил обучение с не очень впечатляющим аттестатом.
Лучший физик среди врачей
Не смотря на относительно высокий социальный статус семьи будущего ученого, финансовое положение родителей не позволило молодому Гельмгольцу учиться за собственные средства. В качестве альтернативы, по рекомендации родственников, Герман выбирает карьеру военного хирурга. Не исключено, что на выбор молодого человека повлиял успешный опыт военной службы и убеждения отца.
Считается, что выбор был обусловлен возможностью бесплатно получить образование в берлинском королевском медико-хирургическом институте Фридриха-Вильгельма, с обязательным распределением в качестве военного врача на 8 лет. После успешного окончания университета Гельмгольц практиковал на родине в Потсдаме. В уютном «медсанбате» Потсдамских «казарм» врач и физик прозябал вплоть до 1848 года, когда благодаря праведным трудам на научной ниве не получил «досрочное освобождение» от казенного распределения. Нужно отметить, что во время службы Гельмгольц находит время и возможности для исследований. Этот период жизни ученого связан с открытиями в области фундаментальных физических законов.
Досрочное окончание ученым военной службы было связано с ходатайством Гумбольдта, который восхитившись монографией Гельмгольца «Über die Erhaltung der Kraft» — («О сохранении силы»), надавил на начальство физика своим авторитетом великого деятеля европейской науки. В этом фундаментальном труде Гельмгольц поддерживает закон сохранения энергии Майера, формулируя его более точно и не оставляя поводов для споров о его существовании. Позже, теме сохранения энергии в химических процессах ученый посвятит еще несколько работ, и 1881 году сформирует представление о свободной энергии.
В 1848 году после окончания службы Гельмгольц становится преподавателем анатомии в берлинской академии художеств. Однако в этой должности пребывает меньше года. Уже через год слава восходящей звезды немецкой науки приносит ему звание профессора физиологии и патологии, а также место в престижном Кёнигсбергском университете.
Параллельно физике Гельмгольц занимается исследованиями в области физиологии. В фокусе внимания ученого находятся слух и зрение, а также нейрофизиологические процессы и рост нервных волокон. Многие считают ученого одним из «прадедов» современной когнитивной психологии, нейрофизиологии и неврологии. Именно он сделал первую попытку описать влияние бессознательных процессов на восприятие, отметил взаимосвязь психики и мышечных реакций, начал исследования процессов памяти и накопления опыта.
Среди исследований этого периода жизни физика можно выделить открытие скорости распространения нервного импульса. В то же время Гельмгольц активно экспериметирует с оптикой. Активные изыскания приносят плоды, в 1850-1851-м годах ученый изобретает офтальмоскоп и офтальмометр, приборы займут своё место в медицинской и научной практике.
Акустические открытия и изобретения
На протяжении всей своей научной деятельности ученый с большим интересом проводит исследования, связанные с физиологией слуха и психоакустикой. В 1849-1850-м годах ученый открывает явление акустического резонанса в полости (Резонанс Гельмгольца) и для анализа акустических сигналов создает специальный прибор — резонатор.
Резонатор Гельмгольца — медный сосуд сферической формы с открытой горловиной, изобретённый Гельмгольцем для анализа акустических сигналов, на основе наблюдаемых в нём явлений Гельмгольцем и Рэлеем разработана количественная теория резонанса данного типа.
Сегодня принцип резонатора Гельмгольца активно используется при акустической обработке помещений, создании концертных залов, демонстрационных комнат, звукозаписывающих студий, безэховых камер, а также автомобильных глушителей.
Акустические панели, в котрых применен принцип резонатора Гельмгольца
В 1855 ученый становится руководителем кафедры анатомии и физиологии в Бонне. В этой должности, в 1856 году, плотно занимаясь физиологией ощущений и физическими основами акустики, ученый создаёт модель человеческого уха, позволяющую изучать влияние звука на орган слуха человека. В том же году Гельмгольц исследует комбинационные тоны, закладывает базис для изучения нелинейных искажений звуковых волн. Создавая теорию комбинационных тонов, Гельмгольц первым обращает внимание на нелинейность слухового тракта человека, в частности барабанной перепонки.
В 1858 году ученый опять меняет место работы и становится руководителем кафедры физиологии в Гейдельберге, где продолжает физические, физиологические, психоакустические изыскания. Между 1850 – 1870 годом (о точном времени нет сведений) Гельмгольц разрабатывает один из первых прообразов современного синтезатора, прибор, позволяющий электромеханическим способом получать звук необходимой частоты, при нажатии на соответствующую клавишу. В данный момент аппарат известен как «Большой аппарат Гельмгольца для соединения тембров из 10 гармоник» или синтезатор Фурье.
В процессе изучения характеристик звука именно Гельмгольц дает первое научное определение тембра, на которое исследователи этого свойства звука будут опираться в течение десятилетий.
«Тембр – это разница в музыкальном качестве тона (тембре) зависит только от присутствия и силы парциальных тонов (обертонов), и не зависит от разности фаз, с которой эти парциальные тоны вступают в композицию».
Дополнить стройную концепцию тембра смогут только в 70-е годы 20-го столетия.
В многочисленных трудах по акустике и физиологии слуха Гельмгольц неопровержимо доказывает, что ощущения, в том числе слух имеют физическую природу. Тогда как господствующая доктрина того времени трактовала ощущения и восприятие на основе теологического подхода, как непостижимый духовный акт.
Мировое признание и закат солнца немецкой науки
В 1870 году ученый становится членом Прусской академии наук, где заведует первой физической кафедрой, а позже руководит физическим институтом. В этот период Гельмгольц концентрируется на изучении электродинамики. Ученый до конца своей жизни продолжает активные научные изыскания. Современников поражает плодовитость и неутомимость коллеги, который совмещает исследования с активной преподавательской деятельностью.
Хочу отметить, что акустика занимала ученого не меньше, а некоторые периоды даже больше, чем другие области физического знания. При этом прижизненное признание в мировой научной среде, ученый получает в первую очередь за исследования в области фундаментальной и математической физики. Понимание и значимость акустических исследований Гельмгольца приходит значительно позже, когда исследования находят практическое применение.
Среди учеников и партнёров Гельмгольца по исследованиям имена таких ученых как: В. Вундт, Г. Герц, Л. Больцман, И.М. Сеченов, Д. А. Лачинов, А.Г. Столетов, К.А. Тимирязев. Должности, которые занимал ученый, красноречиво говорят о его значимости для мировой и немецкой науки: директор Физического института, ректор Берлинского университета, президент имперского физико-технического института. О международном признании свидетельствует членство Гельмгольца в Британской, Пражской и Петербургской академиях наук.
Психологические идеи Г. Гельмгольца
Гельмгольц открыл закон сохранения энергии. Мы все дети Солнца, говорил он, ибо живой организм, с позиций физики, – это система, в которой нет ничего кроме преобразований энергии. Тем самым из науки изгонялось представление об особых витальных силах, отличающих поведение органических тел от неорганических.
Занимаясь изучением чувств, Гельмгольц принял за объяснительный принцип не энергетическое (молекулярное), а анатомическое начало. Именно на последнее он опирался в своей концепции цветного зрения. Гельмгольц исходил из гипотезы о том, что имеется три нервных волокна, возбуждение которых волнами различной длины создает ощущение основных цветов: красного, зеленого и фиолетового.
Такой способ объяснения оказался непригодным, когда Гельмгольц от ощущений перешел к анализу восприятия целостных объектов в окружающем пространстве. Это побудило его ввести два новых фактора: а) движения глазных мышц; б) подчиненность этих движений особым правилам, подобным тем, по которым строятся логические умозаключения.
Теперь к этим двум причинным «сеткам», которыми наука улавливает жизненные процессы, присоединялась третья. Источником психического (зрительного) образа выступал внешний объект, в возможно более отчетливом видении которого состояла решаемая глазом задача. Выходило, что причина психического эффекта скрыта не в устройстве организма, а вне его.
В опытах Гельмгольца между глазом и объектом ставились призмы, искажавшие восприятие объекта. Однако организм посредством различных приспособительных движений мышц стремился восстановить адекватный образ этого объекта. Получалось, что движения мышц выполняют не чисто механическую, а познавательную (даже логическую) работу.
В зоне научного анализа появились феномены, свидетельствовавшие об особой форме причинности: не физической, не физиолога-анатомической, а психической. Опыты, показавшие, что образ в сознании порождается независимым от сознания механизмом, должны были привести к разделению психики и сознания.
Исходя из положения о том, что наши представления, ощущения являются результатом воздействия предметов на нас, соотношение ощущения с вызвавшим его предметом мыслилось Гельмгольцем не по типу отражения и описывалось в терминах символа, иероглифа, знака.
Экспериментальное изучение явлений контраста, глазомера, иллюзий, механизмов бинокулярного зрения, восприятия направления и глубины привело Гельмгольца к заключению о том, что все вышеперечисленные зрительные функции есть не врожденные свойства глаза, а продукты опыта и упражнения, эффекты многократного повторения сенсомоторных связей и ассоциаций, образующихся при различных субъективных и объективных условиях пространственного видения.
В 1850 г. в статье «Измерение скорости нервного возбуждения» он опубликовал результаты экспериментальных исследований, в которых показал, что скорость распространения возбуждения по нерву составляет примерно 120 м/сек. В 1851 г. Гельмгольц изобрел офтальмоскоп, прибор, с помощью которого можно было исследовать глазное дно. С этого времени Гельмгольц занимается зрением. Он принимает теорию Юнга о цветовом зрении и развивает ее. Из всех исследований, направленных на изучение зрения, рождается знаменитая работа «Физиологическая оптика» (1856—1866). Здесь представлены физика света, анатомия и физиология органов зрения, а также психологические феномены, которые сопровождают физиологические процессы зрения. Здесь же Гельмгольц сформулировал теорию восприятия, теорию бессознательных умозаключений
Теория бессознательных умозаключений Гельмголь-ца утверждает, что перцептивный образ не ограничивается тем, что идет от стимула в данный момент: восприятие, которое выступает для человека как непосредственно данное, является на самом деле продуктом опыта. Процесс соединения данных ощущений с прошлым опытом является бессознательным и напоминает ту работу, которую мы производим в процессе мышления, когда делаем умозаключение: мы как бы сопоставляем наше впечатление (меньшая посылка) с какой-то частью прошлого опыта (большая посылка), а затем делаем вывод о том, что же имеет место в данный момент. Гельмгольц указывал на условность термина «бессознательное умозаключение»: оно — результат не сознательной деятельности, а какой-то игры нервных процессов, неизвестной нам, но которую можно представить по аналогии с умозаключением. Выделяются следующие особенности бессознательных умозаключений. Во-первых, они действуют принудительно, от них нельзя избавиться с помощью мышления. Они возникают бессознательно и не управляются сознанием. Во-вторых, они формируются в опыте, путем многократного повторения, в-третьих, механизмом таких умозаключений являются, по-видимому, какие-то сенсомоторные связи между собственно зрительными ощущениями и ощущениями от движений глаза в процессе восприятия.
Теория бессознательных умозаключений Гельмгольца имеет большое значение и не только для понимания восприятия: она указывает на существование механизмов, которые хотя и не выступают в самонаблюдении, но составляют действительное содержание таких явлений, как «я вижу», «я слышу» и др. Объективно все это выявляет принципиальную недостаточность самонаблюдения как метода психологии.
34. Психофизика о доступности опытного обучения
Вебер (1795— 1878). Сформулировал закон различительной чувствительности
диссимиляция вещества вызывает ощущение белого, красного, желтого; ассимиляция — черного, зеленого, синего.
Вебер различал в кожных ощущениях три рода ощущений: давления, или прикосновения, температурные, а также локализации. Для изучения этого последнего он изобрел специальный прибор — эстезиометр, или циркуль Вебера, и с его помощью проводил экспериментальные исследования осязания. Он установил экспериментально, что при действии двух раздражителей на кожу, они различаются как разные в том случае, если отстоят друг от друга на известном расстоянии, причем это расстояние различно для разных участков кожи, т. е. что кожа обладает разной чувствительностью к локализации прикосновения. В объяснение этого факта он соединил принципы нативизма и генетического подхода. Самые известные эксперименты Вебера относятся к различительной чувствительности, которые привели к выводу: для того чтобы произошла разница в ощущениях, новый раздражитель должен находиться в известном отношении к исходному. Это отношение для каждого органа чувств есть величина постоянная. Она устанавливалась опытным путем. Для звука это отношение составляет 1/10, для света—1/100, и т. д. Этим обобщением Вебер подводил к мысли о возможности измерения в психологии. Оно было осуществлено Фехнером.
Г^Т. Фехнер (1801—1887) в работе «Элементы психофизики» (Т860) 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 Фех-нера 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. Былустановлен 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.