Кіріспе
Психофизика саласындағы байланысты заңдар – Вебер-Фехнер заңдары, психофизика саласындағы Вебер заңы және Фехнер заңы деп аталатын екі байланысты ғылыми заң. Екеуі де адамның қабылдауымен, атап айтқанда физикалық күштің нақты өзгерісі мен қабылданатын өзгеріс арасындағы байланыспен айналысады. Бұл көру, есту, дәм сезу, қамшылау және иіс сезу сияқты барлық сезімдерге қатысты. Эрнст Генрих Вебер «сезімнің байқалатын өсуін тудыратын күштің минималды өсуі, алдыңғы күшке пропорционалды» деп мәлімдейді, ал Густав Фехнер заңы Вебер заңынан (қосымша шарттармен) туындайды және біздің сезіміміздің қарқындылығы күштің өсуіне қарағанда, күштің логарифмі бойынша өседі.
The Weber–Fechner laws are two related scientific laws in the field of psychophysics, known as Weber's law and Fechner's law. Both relate to human perception, more specifically the relation between the actual change in a physical stimulus and the perceived change. This includes stimuli to all senses: vision, hearing, taste, touch, and smell. Ernst Heinrich Weber states that "the minimum increase of stimulus which will produce a perceptible increase of sensation is proportional to the pre existent stimulus," while Gustav Fechner's law is an inference from Weber's law (with additional assumptions) which states that the intensity of our sensation increases as the logarithm of an increase in energy rather than as rapidly as the increase.
Заңдардың тарихы мен қалыптасуы
Вебер заңы мен Фехнер заңының екеуін де Густав Теодор Фехнер (1801–1887) жасаған. Олар алғаш рет 1860 жылы «Психофизика элементтері» (Elemente der Psychophysik) атты еңбегінде жарияланды. Бұл басылым осы саладағы тұңғыш жұмыс болды, және Фехнер адамдар физикалық шамаларды қалай сезінедіін зерттейтін психофизика терминін енгізді. Ол «Психофизика – дене мен жан арасындағы байланыс туралы дәл ғылым» деп мәлімдеді.
Вебер контрасты
Вебер заңы қабылданатын өзгерістің бастапқы күштерге пропорционалдығын көрсетеді, бірақ Вебер оны адамның қабылдауына қатысты жуық шама ретінде ғана қарастырады. Осыны математикалық тұжырымдама ретінде Фехнер формулиретіп, оны Вебер контрасты деп атады. Вебер контрасты Вебер заңының құрамына кірмейді. Вебер заңы төмен қарқынды күйде нәтиже бермесе, Фехнер заңы да нәтиже бермейді.
Дыбыс
Вебер заңы дауыстың күшін анықтауда толыққанды қолданылмайды. Ол жоғары интенсивтіліктер үшін жақсы жуықтау, бірақ төмен амплитудалар үшін емес.
Вебер заңының аудиторлық жүйедегі шектеулері
Вебер заңы жоғары интенсивтіліктерді қабылдауда қолданылмайды. Интенсивтілікті ажырату қабілеті жоғары интенсивтіліктерде жақсарады. Бұл құбылысты алғаш рет 1928 жылы Риес Physical Review журналында көрсетті. Вебер заңының бұл ауытқуы Вебер заңының "шамалы қатесі" деп аталады. Бұл терминді 1968 жылы МакГилл және Голдберг Perception & Psychophysics журналында енгізді. Олардың зерттеуі таза тонды дыбыстардағы интенсивтілікті ажыратуға арналған. Келесі зерттеулер көрсеткендей, шамалы қате дыбыстық стимулдарда да байқалады. Jesteadt және авторлар (1977) барлық жиіліктерде шамалы қате орын алатынын, интенсивтілікті ажырату жиіліктен тәуелді емес екенін және деңгейге байланысты ажыратудағы өзгерісті барлық жиіліктерде бір функциямен көрсетуге болатынын көрсетті. Бұл шама шкаласын б.з.д. 150 жылдары ежелгі грек астрономы Гиппарх ойлап тапқан. Ол көре алатын жұлдыздарды жарықтығы бойынша бағалап, 1-ді ең жарқын, ал 6-ны ең әлсіз деп белгіледі, бірақ қазір шкала осы шектерден асып кеткен; 5 шамаға арту жарықтықты 100 есе төмендетуге сәйкес келеді.
Вебер заңының визуалды жүйелілік қабылдаудағы шектеулері
Шудың болуы кезінде шыны үлгілері мен айна симметрияларын қабылдау, реттелу мен шу арақатынасының (S) орташа диапазонында Вебер заңына сәйкес келеді, бірақ екі шеткі диапазонда да өзгерістерге сезімталдық диспропорционалды түрде төмен болады. Малоуни, Митчисон және Барлоу (1987) шыны үлгілері үшін көрсеткендей, ал ван дер Хелм (2010) айна симметриялары үшін көрсеткендей, реттелу мен шу арақатынасының барлық диапазонында осы визуалды жүйеліліктерді қабылдау p = g / (2 + 1/S) заңымен сипатталады, мұнда g параметрі эксперименталды деректерді пайдалану арқылы бағаланады.
Вебер заңының төмен жарық деңгейінде шектелуі
Көру үшін Вебер заңы жарық контрастінің тұрақтылығын білдіреді. Егер нысананы фондық жарықпен салыстырғанда қарастырсақ, нысана фоннан сәл жарқырап немесе сөніп көрінуі керек. Вебер контрасты былай анықталады: , және Вебер заңы бойынша, барлық жағдайларда тұрақты болуы керек. Адамның көру қабілеті нормативті күндізгі жарық деңгейінде (яғни фотопиялық диапазон) Вебер заңына жақын, бірақ қараңғылық деңгейінде (мезопиялық диапазон) бұзыла бастайды және төмен жарық деңгейінде (скотопиялық көру) қолданылмайды. Бұл Blackwell жинаған және Crumey сызған деректерде көрінеді, онда әртүрлі нысаналар үшін шекті өсімнің логарифмі мен фондық жарықтың логарифмі көрсетілген. Күндізгі жарық деңгейінде қисықтар шамамен 1 еңістігімен тура, яғни log = log, бұл тұрақты екенін білдіреді. Ең қараңғы фондық деңгейлерде (≲ 10−5 cd m−2, шамамен 25 mag arcsec−2) көрсетілгендей, нейронның ішкі қозғыштығының немесе күшейткішінің популяциялық таралуы ауыр құйрықты таралымды, дәлірек айтқанда логарифмдік қалыпты пішінге ие, бұл логарифмдік кодтау схемасына тең. Сондықтан нейрондар 5–10 есеге дейін әртүрлі орташа жылдамдықпен оқуға қабілетті. Бұл нейрондық популяцияның динамикалық диапазонын арттырады, ал стимулдан туындаған өзгерістер кішкентай және сызықты пропорционалды болып қалады. Интернеттегі талқылау платформаларындағы бірнеше тілдегі түсініктемелердің ұзындығын талдау олардың жоғары дәлдікпен логнормальді таралымға бағынатынын көрсетеді. Авторлар бұл таралымды Вебер-Фехнер заңының көрінісі ретінде түсіндіреді.
Human vision follows Weber's law closely at normal daylight levels (i. e. in the photopic range) but begins to break down at twilight levels (the mesopic range) and is completely inapplicable at low light levels (scotopic vision). This can be seen in data collected by Blackwell and plotted by Crumey, showing threshold increment log versus background luminance log for various targets sizes. At daylight levels, the curves are approximately straight with slope 1, i. e. log = log, implying is constant. At the very darkest background levels ( ≲ 10− 5 cd m−2, approximately 25 mag arcsec−2) showed,
the population distribution of the intrinsic excitability or gain of a neuron is a heavy tail distribution, more precisely a lognormal shape, which is equivalent to a logarithmic coding scheme. Neurons may therefore spike with 5–10 fold different mean rates. Obviously, this increases the dynamic range of a neuronal population, while stimulus derived changes remain small and linear proportional. An analysis of the length of comments in internet discussion boards across several languages shows that comment lengths obey the lognormal distribution with great precision. The authors explain the distribution as a manifestation of the Weber–Fechner law.
Басқа қолданбалар
Вебер-Фехнер заңы адам сезімдерінен бөлек, басқа да зерттеу салаларында қолданылған.
Сандық таным
Психологиялық зерттеулер екі сан арасындағы айырмашылық кеми қалған сайын, оларды ажыратудың қиындап бара жатқанын көрсетеді. Бұл құбылыс қашықтық эффектісі деп аталады. Бұл үлкен масштабтармен жұмыс істеу және қашықтықты бағалау сияқты шамаларды бағалау салаларында маңызды рөл атқарады. Сондай-ақ, бұл тұтынушылардың үлкен соммаға аз пайыздық жеңілдік алу үшін әртүрлі дүкендерді араламайтынын, бірақ кішкентай соммаға үлкен пайыздық жеңілдік табу үшін ізденетінін түсіндіруге көмектеседі, тіпті бұл кішкентай соммадағы үлкен пайыздық жеңілдік абсолютті түрде аз ақшалай үнемдеуді білдірсе де.
Фармакология
Доза-жауап байланыстары Вебер заңына сәйкес келуі мүмкін деген гипотеза бар, бұл заң көбінесе сезімдік деңгейде қолданылады және ағза ішіндегі жасушалық сигнализацияның дозалық байланыстарына жауап ретіндегі химиялық рецепторлардың негізгі реакциясынан туындайды. Дозаға жауап беруді Хилл теңдеуімен байланыстыруға болады, ол қуат заңына жақынрақ.
Мемлекеттік қаржы
Мемлекеттік қаржы туралы әдебиеттің жаңа саласы пайда болды, ол Вебер-Фехнер заңының дамыған демократияларда мемлекеттік шығыстардың артуын түсіндіре алатынын болжайды. Сайлаудан сайлауға сайлаушылар жақсы әсер ету үшін көбірек мемлекеттік қызметтерді талап етеді; демек, саясаткерлер осы "қабілеттілік" сигналының – мемлекеттік шығыстардың мөлшері мен құрамының – күшін ұлпайытып, осы арқылы көбірек дауыс жинауға тырысады.
Сезімталдық
Алдын ала зерттеулер жағымды эмоциялар Вебер заңына бағынатынын көрсетті, олардың жағымдылығы артқан сайын интенсивтілігін бағалаудың дәлдігі төмендейді. Дегенмен, бұл үлгі жағымсыз эмоцияларда байқалған жоқ, бұл жоғары қарқынды теріс эмоцияларды дұрыс ажыратуға қатысты тіршілікке қажеттілік болуы мүмкін екенін көрсетеді.