Фантомы мозга
Шрифт:
Что же подразумевается под символическим описанием в мозге? Нет, не чернильные закорючки, а язык нервных импульсов. Человеческий мозг содержит многочисленные области для обработки изображений, каждая из которых состоит из сложной сети нейронов, специализирующихся на извлечении определенных типов информации. Любой объект вызывает уникальный паттерн активности целого подмножества таких областей, который и «информирует» высшие центры мозга о том, на что именно вы смотрите – на карандаш, книгу или лицо. Эти паттерны активности символизируют (или репрезентируют) видимые объекты почти так же, как чернильные закорючки на бумаге символизируют (или репрезентируют) вашу спальню. В этом смысле ученый, изучающий зрение, подобен криптографу, который пытается взломать сложный шифр: его главная задача – расшифровать код, используемый мозгом для создания таких символических описаний.
Рис. 4.1
Куб Неккера. Обратите внимание, что мозг может интерпретировать этот рисунок двумя способами: куб
Таким образом, восприятие – нечто большее, нежели простое воспроизведение изображения в вашем мозге. Если бы зрение было точной копией реальности (как фотография), то при постоянстве изображения на сетчатке восприятие должно оставаться неизменным. Но это не так. Ваше восприятие может радикально измениться, даже если изображение на сетчатке останется прежним. Яркий пример тому был обнаружен в 1832 году швейцарским кристаллографом Л. А. Неккером. Однажды он рассматривал в микроскоп кубовидный кристалл и тот внезапно перевернулся. Каждый раз, когда он смотрел, кристалл, казалось, менял свою ориентацию – но это физически невозможно! Подумав, Неккер решил, что, должно быть, переворачивается не сам кристалл, а что-то внутри его собственной головы. Чтобы проверить свою догадку, он нарисовал кристалл карандашом, и – о чудо! – нарисованный кристалл тоже переворачивался (рис. 4.1). Вы можете увидеть его ориентированным вверх или вниз, в зависимости от того, как ваш мозг интерпретирует изображение, хотя на сетчатке оно остается постоянным, то есть не меняется вообще. Таким образом, каждый акт восприятия, даже такой простой, как смотрение на нарисованный куб, включает некий акт суждения, выполняемый мозгом.
При вынесении этих суждений мозг исходит из того, что мир, в котором мы живем, не хаотичен и не аморфен; он обладает устойчивыми физическими свойствами. В ходе эволюции – и частично в детстве как результат обучения – эти устойчивые свойства инкорпорируются в зрительные области как определенные «допущения» или скрытые знания о мире, которые впоследствии можно использовать для устранения двусмысленностей в восприятии. Например, когда некоторое количество точек перемещаются одновременно – как пятна на леопарде, – они, скорее всего, принадлежат одному объекту. Поэтому стоит вам увидеть множество точек, движущихся вместе, ваша зрительная система делает разумный вывод, что их одновременное движение едва ли является простым совпадением, – а если это не совпадение, значит, это один объект. Его вы и видите. Неудивительно, что немецкий физик Герман фон Гельмгольц (основоположник науки о зрении) называл восприятие «бессознательным умозаключением» [39] .
39
Верное и противоположное: ваше восприятие может оставаться постоянным, даже если само изображение меняется. Например, каждый раз, когда вы поворачиваете глазные яблоки, изображение устремляется по фоторецепторам с огромной скоростью. Если вы возьмете камеру и начнете водить ей по комнате, вы увидите размытые пятна. Однако когда вы двигаете глазами, окружающие объекты не скачут туда-сюда и не проносятся мимо вас с быстротой молнии. Мир кажется абсолютно стабильным – он остается на месте, хотя изображение на сетчатке движется. Причина в том, что зрительные центры вашего мозга были заранее «отключены» моторными центрами, контролирующими движения глаз. Каждый раз, когда моторная область посылает двигательную команду мышцам глазного яблока, она посылает команду и зрительным центрам: «Игнорируйте это движение; оно не реально». Разумеется, все это происходит без участия сознания. Данный вычислительный процесс встроен в зрительные модули вашего мозга и позволяет вам не отвлекаться на ложные сигналы движения всякий раз, когда вы оглядываете комнату.
Взгляните на затененные круги на рисунке 4.2. Это просто плоские диски, но примерно половина из них кажутся выпуклыми и напоминают яйца, а другая половина выглядят вдавленными и напоминают углубления. Присмотревшись, вы заметите, что диски, которые сверху светлые, кажутся выпуклыми, а темные – вдавленными. Если вы перевернете страницу вверх ногами, то увидите, что «яйца» и «углубления» поменялись местами. Причина в том, что при интерпретации формы затененных изображений ваша зрительная система исходит из «встроенного» допущения о том, что солнце светит сверху. Следовательно, в реальном мире выпуклый предмет, обращенный к вам, будет получать свет сверху, а впадины – снизу. Поскольку все мы эволюционировали на планете с одним солнцем, которое обычно светит сверху, такое предположение [40] разумно. Конечно, иногда оно висит у линии горизонта, но, по статистике, солнечный свет обычно исходит сверху и, конечно, никогда снизу.
40
Ramachandran, 1988 a & b, 1989 a & b; Kleffner & Ramachandran, 1992. Попросите друга некоторое время подержать рисунок вертикально. Наклонитесь вперед и, опустив голову, посмотрите на страницу через ноги. Поскольку относительно сетчатки страница окажется в перевернутом положении, вы снова обнаружите, что яйца и углубления поменялись местами (Ramachandran, 1988a). Удивительно, правда? Как и раньше мозг судит о форме на основании тени, однако теперь он явно исходит из того, что солнце светит снизу: то есть ваш мозг полагает, что, когда вы опускаете голову, солнце прилипает к вашей макушке! Хотя окружающий мир по-прежнему выглядит правильно (а не вверх ногами) благодаря органу равновесия в вашем ухе, зрительная система не в состоянии использовать эти знания для интерпретации формы затененных объектов (Ramachandran, 1988 b). Почему зрительная система принимает такое глупое допущение? Почему она не учитывает наклон головы при обработке затененных изображений? Ответ заключается в том, что, разгуливая по миру, большую часть времени мы держим головы в вертикальном, а не в наклонном или перевернутом положении. Зрительная система этим пользуется и избегает дополнительной вычислительной нагрузки, связанной с отправкой вестибулярной информации
Не так давно я был приятно удивлен, обнаружив, что Чарльз Дарвин знал об этом принципе. На хвостовых перьях фазана аргус имеются серые дискообразные отметины, которые очень похожи на те, что вы видите на рисунке 4.3; однако все они затенены либо слева, либо справа, а не внизу или наверху. Дарвин предположил, что птица может использовать их как сексуальный «призыв» во время ритуала ухаживания; в самом деле, «металлические» диски на перьях можно рассматривать как птичий эквивалент ювелирных изделий. Но если так, то почему они затенены слева и справа, а не вверху и внизу? По мнению Дарвина, все дело в том, что во время ухаживания перья торчат. Он не ошибся: так оно и есть, иллюстрируя поразительную гармонию между ритуалом ухаживания и направлением солнечного света в зрительной системе птиц.
Рис. 4.2
Смесь яиц и углублений. Затененные диски идентичны, за исключением того, что половина из них сверху светлые, а половина – темные. Те, которые сверху светлые, всегда воспринимаются как выпуклые яйца, а те, которые сверху темные, – как углубления. Это связано с тем, что зрительные области в вашем мозге имеют встроенное чувство, что солнце светит сверху. В этом случае выпуклости (яйца) должны быть светлыми сверху, а углубления – светлыми внизу.
Если вы перевернете страницу вверх ногами, яйца превратятся в углубления, а углубления – в яйца. [41]
Еще более убедительные доказательства существования всех этих необычайно сложных процессов можно почерпнуть из неврологии – от пациентов с высоко селективными дефицитами зрения. Если зрение заключается в простом отображении образа на нейронном экране, то в случае нейронального повреждения логично ожидать, что человек перестанет видеть отдельные фрагменты «картинки» или всю «картинку» целиком, в зависимости от степени поражения. Однако в реальности все иначе. Чтобы понять, что на самом деле происходит в мозге таких больных и почему они вообще столкнулись с этими специфическими проблемами, давайте взглянем на анатомические пути, связанные со зрением.
41
Источник: Ramachandran, (1988a).
Рис. 4.3
На хвостовых перьях фазана аргус имеются яркие дискообразные отметины, обычно затененные слева направо, а не сверху вниз. Чарльз Дарвин заметил, что во время ритуала ухаживания птица поднимает хвост. В этом случае диски становятся светлыми сверху, что делает их заметно выпуклыми, как яйца на рисунке 4.2. Вероятно, это является ближайшим эквивалентом птичьих ювелирных украшений. [42]
42
Источник: Ч. Дарвин, Происхождение человека (1871).
Когда я был студентом, нас учили, что информация из глазных яблок поступает по зрительному нерву в зрительную кору в задней части головного мозга (так называемую первичную зрительную кору) и что именно здесь происходит то, что мы подразумеваем под словом «видеть». В этой части мозга находится поточечная карта сетчатки – иными словами, каждая точка в пространстве, видимая глазом, соответствует определенной точке на этой карте. Как мы об этом узнали? Дело в том, что при повреждении первичной зрительной коры – скажем, пулей – в зрительном поле возникает соответствующая дыра, или слепое пятно. Более того, из-за некоего поворота в нашей эволюционной истории каждая сторона вашего мозга видит противоположную сторону мира (рис. 4.4). Если вы посмотрите прямо, весь мир слева от вас будет отображаться на вашу правую зрительную кору, а мир справа – на вашу левую зрительную кору [43] .
43
Архитектура этой области мозга была детально изучена Дэвидом Хьюблом и Торстеном Вайзелом из Гарвардского университета, в итоге получившими Нобелевскую премию. Благодаря их исследованиям за два десятилетия, с 1960 по 1980 год, мы узнали о зрительных путях больше, чем за предыдущие двести лет, а потому по праву можем считать этих ученых основателями современной офтальмологии.
Однако само по себе существование этой карты не объясняет способность видеть, поскольку, как я уже говорил, в нашем мозге нет никакого маленького человечка, который смотрит на то, что отображается на первичной зрительной коре. Карта служит своего рода сортировочным или редакционным отделом, в котором избыточная или бесполезная информация отбрасывается, а определенные характерные атрибуты зрительного образа – такие, как края, – наоборот, выделяются. (Вот почему карикатурист может создать живую картинку всего несколькими штрихами пера, наметив только контуры или края; фактически он делает то, на чем специализируется ваша зрительная система). Отредактированная информация затем передается примерно тридцати различным зрительным областям в мозге, каждая из которых получает полную или частичную карту видимого мира. (Сравнения с «сортировочным отделом» и «ретранслятором» не совсем уместны, поскольку эти первичные области выполняют довольно сложные анализы образов и содержат проекции из высших зрительных центров. Позже мы еще вернемся к данной теме).