ГЛАВА 6. Рассматривая себя: зрение

ГЛАВА 6. Рассматривая себя: зрение

Однажды, скатываясь по горе, Майк Мэй вдруг понял, что на всей скорости приближается к огромному темному объекту, который находится слишком близко, чтобы его объехать. Он был уверен, что наступили его последние мгновения. Проехав сквозь объект, Мэй понял, что это была тень от вершины горы.

Подобное часто случается в жизни Майка после того, как в возрасте сорока трех лет он перенес операцию по восстановлению роговицы. Мэй был абсолютно слеп с тех пор, как в три года вылил себе на лицо керосин. Однако слепота не помешала ему стать превосходным лыжником. Он пытался установить мировой рекорд по скоростному спуску с горы для слепых, следуя за своим гидом на скорости в шестьдесят пять миль в час. Однако за сорок лет слепоты его мозг не имел возможности получать естественные зрительные образы. Теперь, когда зрение вернулось, он столкнулся с определенными проблемами интерпретации того, что видит. Особенно сложно ему бывает отличать плоские двумерные объекты от трехмерных — необходимый навык, когда вы приближаетесь к огромной плоской тени.

Мозг интерпретирует множество образов, но вы вовсе не отдаете себе отчета в том, что происходит в вашей голове. Поскольку Мэй научился видеть, уже будучи взрослым, то его способ интерпретации напоминает наш метод изучения иностранного языка. Его мозг не может выполнить многие зрительные задачи правильно — скажем, понять, что огромный, темный плоский объект впереди, вероятно, не камень, а всего лишь тень. В целом ему бывает сложно определить, какие линии или цвета являются частью одного предмета, а какие принадлежат уже другому или являются элементом фона позади предмета. Этот случай иллюстрирует, насколько сложны и важны эти процессы видения и понимания того, что мы видим, и как много неосознанных усилий требуется вашему мозгу для того, чтобы качественно выполнять свою работу.

Зрение начинается в глазу, который устроен наподобие камеры. Линзы в передней части глаза фокусируют свет на сетчатку — тонкий слой нейронов позади. Нейроны сетчатки напоминают слой пикселей, каждый из которых определяет количество света в конкретной части зрительного образа. Однако это создает проблемы для мозга, поскольку сетчатка трансформирует трехмерный мир в паттерны активности двумерного слоя нейронов, отбрасывая немалое количество не укладывающейся информации. (Возможно, вы слышали о том, что сетчатка переворачивает зрительный образ вниз головой. Это правда, но она никак не затрагивает наше зрение, поскольку мозг ожидает этого и интерпретирует образы правильно.)

Три различных типа так называемых колбочек в глазу различают красный, зеленый и синий цвета при ярком освещении. Эти нейроны посылают все более сильные сигналы по мере того, как интенсивность цвета растет. Другие цвета создаются при помощи комбинации различных уровней активности этих трех типов клеток. Этот процесс напоминает создание множества оттенков цветов при помощи смешивания основных красок. Однако основные цвета различаются, поскольку цвет смешивается не так, как краски. (Для примера положите вместе красный и зеленый пластик и посветите на них одновременно парой фонариков в одну точку — вы увидите желтый цвет. При смешивании красной и зеленой краски результат будет сильно отличаться — коричневый.) Палочки — четвертый тип клеток — различают интенсивность света при сумрачном освещении, однако не связаны с цветовым зрением. Именно поэтому вы не можете хорошо различать цвета при романтическом освещении. Палочки и колбочки взаимодействуют с другими нейронами сетчатки, что позволяет сделать дополнительные выводы о видимом объекте. Например, клетки сетчатки, расположенные на выходе, несут информацию об относительной яркости света по сравнению с соседней областью, а не об абсолютной яркости каждого пикселя. Затем эта информация посылается в зрительный центр мозга, а также в области, контролирующие движения глаз и головы.

Знаете ли вы? Исследования на животных и «ленивый» глаз

Одним из лучших примеров того, как эксперименты на животных могут оказать неожиданную пользу человеческой медицине, является изучение зрительного восприятия.

Поскольку два глаза находятся в различных частях головы, они видят мир с несколько разных углов. Это создает проблему для развития мозга: чтобы создать связную картинку, мозгу требуется собрать воедино информацию, полученную из обоих глаз, относящуюся к одному и тому же изображению. Заранее определить эту разницу в восприятии глаз сложно, поскольку размер головы у всех разный и расстояние между глазами меняется с ростом человека. Поэтому мозг обучается делать это, сочетая поступающую одновременно из каждого глаза информацию и предполагая, что она относится к одному и тому же изображению. Если животное смотрит одним глазом а юном возрасте, то этого обучения не произойдет, так как почти все зрительные нейроны в мозге будут переносить сигналы только из одного глаза. Если животное теряет зрение одним глазом в определенном возрасте (у кошек это приблизительно первый месяц после рождения, у людей — позднее), то мозг обучается интерпретировать информацию, полученную только из другого глаза. Этот паттерн не может быть изменен позднее в жизни. Дэвид Хьюбел и Торстен Визел получили за открытие этого процесса Нобелевскую премию.

Дочка нашего друга страдает косоглазием {то, что люди иногда называют «ленивый глаз»), что бывает у 5% детей. У нее проблемы с контролем движений одного глаза, в результате чего тот часто смотрит в направлении, отличном от первого. Двадцать лет назад подобное состояние лечили, заклеивая хороший глаз (чтобы тренировать плохой глаз видеть лучше). Благодаря исследованиям на животных, имевшим чисто научный интерес, мы теперь знаем, что такой способ лечения— не очень хорошая идея: заклеивание одного глаза нарушает развитие мозга, поскольку он не обучается обрабатывать информацию из двух глаз одновременно.

Вам требуются данные из обоих глаз, чтобы правильно оценить расстояние. Если вы закроете один глаз, а затем откроете его и закроете другой, вы заметите, что разница между близкими объектами больше, чем между далекими. Дети, выросшие с заклеенным глазом, не могут сравнивать информацию из обоих глаз, и у них возникают трудности с восприятием глубины во взрослом возрасте. Например, им невероятно сложно вдеть нитку в иголку. Благодаря экспериментам на животных, дочь наших друзей лечат с помощью новой обучающей процедуры, которая позволит ей контролировать мускулы своего глаза без вмешательства в ее способность позднее полноценно видеть трехмерный мир.

На каждом этапе нейроны создают карту визуального мира, и информация из соседних областей видимой сцены представлена в виде импульсов нейронов, соседствующих друг с другом в конкретной визуальной области мозга. Это напоминает фотографию: точки, находящиеся рядом в реальности, соседствуют и на снимке этого объекта. Подобная организация облегчает нейронам, представляющим соседние части визуального образа, взаимодействие, когда они пытаются понять свое место в объекте.

Мозг должен начинать с определения яркости каждой части объекта, создающей визуальный образ. Вам это может показаться простой задачей: нужно лишь определить, какой уровень активности вырабатывается нейроном, передающим информацию с определенного участка объекта. На самом же деле это очень сложно, поскольку активность нейронов зависит от количества света, который попадает в глаза, что может заметно отличаться от характеристик объекта и с соотношением света и тени в реальности. Тот же объект может выглядеть по-разному на ярком солнце, под настольной лампой и при частичном нахождении в тени. Рисунок ниже демонстрирует, что к тому моменту, когда вы осознаете, что видите этот предмет, ваш мозг в действительности провел большое количество допущений по поводу объекта, на который вы смотрите.

На фигуре слева ясно видно, что квадрат А темнее квадрата В. Или это не так? Рисунок справа четко показывает, что оба квадрата имеют один и тот же оттенок. Не верите? Вырежьте из бумаги фигуру, чтобы она закрывала лишние квадраты на левом рисунке, и проверьте.

Вы когда-нибудь видели, как собака двигает головой вперед и назад, пристально глядя на что-то? Многие животные пользуются этим способом, чтобы определить расстояние до объекта. Те объекты, что поближе, начинают больше перемещаться из стороны в сторону, а те, что подальше, — меньше. Мозг вычисляет глубину видимого объекта с помощью многих подсказок — и порядочной дозы допущения. Например, глубина может быть вычислена при сравнении восприятия обоих глаз или путем определения того, какие объекты находятся впереди других. Дорога из гравия, уходящая вдаль, обладает двумя ярко выраженными параметрами: при удалении камушки кажутся мельче, а края дороги — расположенными ближе друг к другу. Мозг также может воспользоваться размером знакомых ему предметов для определения величины других.

Кроме того, мозг принимает решение автоматически и исходя из определения того, какие именно объекты находятся в поле зрения. У Майка Мэя было немало трудностей с опознаванием объектов. Он мог объяснить различие между треугольником и квадратом, разложенными раздельно на столе, но он не мог понять, сколько человек изображено на фотографии. Фонари на аллее создавали изображение поперечных полос яркого света и тени, которые он не мог отличить от лестницы. После операции его жене приходилось снова и снова напоминать ему, чтобы он не глазел на женщин, поскольку он не мог составить себе о них впечатление после быстрого бокового взгляда, которым пользуется большинство мужчин. В некоторой степени он научился с помощью интеллекта различать и понимать то, что видит, однако для него этот процесс никогда не будет таким же быстрым и легким, как для нас.

У нашего мозга есть определенные способы познания объектов, имеющих для нас особую значимость, — например, лиц. Лица людей не столь уж и разные (во всяком случае, они не показались бы таковыми марсианину), однако мы без труда различаем их. Люди пытались создать автоматическое устройство, которое сможет различать людей, подозреваемых в терроризме в аэропортах и иммиграционных службах, но их эффективность гораздо ниже человеческих способностей.

Посмотрев на снимок Маргарет Тэтчер на следующей странице, вы можете заметить, что ваш мозг различает человеческое лицо особенным способом. Фотографии наверху кажутся вполне нормальными большинству людей, конечно, если не считать того, что они перевернуты. Нижние снимки те же самые, но расположены нормально, и можно легко заметить, что фотография справа очень странная! И глаза, и рот перевернуты, но вы, может быть, не заметили этого, когда смотрели на верхние изображения.

Хотя, конечно, предпочитаемые вами фотографии могут зависеть и от других факторов — скажем, от ваших политических пристрастий.

Майк Мэй вообще не распознает лица. Он однажды предложил купить мороженое игроку детской команды «Литтл Лиг»; но только когда озадаченный мальчик вежливо отказался, Майк понял, что это был не его сын. Некоторые люди, во всем остальном нормальные, сталкиваются с той же самой проблемой, обычно возникающей после повреждения области мозга, расположенной на вентральной поверхности веретенообразной извилины и отвечающей за распознавание лиц. Эти люди просто превосходно видят разнообразные объекты, но у них возникает немало проблем с распознаванием людей, даже тех, с кем они живут уже много лет. Через некоторое время большинство из них начинает запоминать, что их друзья, супруги и дети надевают, выходя из дома, и затем они могут узнать их в группе людей. В случае с Мэем его области мозга, отвечающей за распознавание лиц, не представилось возможности развиться, как это происходит у зрячих людей.

Сразу после операции Майку Мэю приходилось кататься на лыжах с закрытыми глазами, Определяющие движение клетки его мозга столь лее чувствительны, как и у других людей, но для него это сомнительное благо. Катание с гор перестало доставлять пьянящее ощущение, а стало пугающим, поскольку он стал замечать мир, несущийся мимо него. Впервые в жизни ему стало страшно ездить на машине вместе со своей женой, поскольку вид проносящихся по шоссе машин просто ошеломлял его.

Знаете ли вы? Нейрон, который любил Майкла Джордана

Что это значит — быть фанатом знаменитости? Предположим, что это означает буквально выделить пространство в своем мозгу для этого человека. Идея о том, что активность одного или нескольких нейронов может сигнализировать об идентификации определенного объекта или человека, стара, однако большинство нейрофизиологов не верит, что подобное действительно происходит в мозгу. В основном их недоверие происходит из-за того, что в мозгу просто не хватит нейронов для распознавания всего на свете, к тому же у людей не случается инсультов, после которых исчезает способность распознавать конкретных людей. Правда, некоторые пациенты теряют способность вообще распознавать людей, как говорилось выше.

В этом исследовании ученые записывали активность отдельных нейронов восьми человек со стойкой эпилепсией. Хирурги имплантировали электроды в височную долю мозга пациентов, чтобы определить место происхождения судорог, и посредством этих электродов записывали активность нейронов в то время, когда пациенты рассматривали картинки. Некоторые нейроны специфически реагировали на изображения, связанные с конкретной знаменитостью (обычно актером, политиком или спортсменом). Например, один нейрон активизировался в ответ на все фотографии Дженнифер Анистон, кроме единственной, на которой она была вместе с Брэдом Питтом, и не активизировался ни на какие другие фотографии. Другой нейрон реагировал на фотографии и рисунки Холли Берри и даже на ее напечатанное имя. Этот нейрон возбуждался в ответ на изображение Холли Берри в костюме женщины-кошки, но не реагировал на фотографию другой женщины в том же костюме. Другие нейроны отвечали за Джулию Робертс, Коби Брайанта, Майкла Джордана, Билла Клинтона и даже на знаменитые здания — например, Сиднейский оперный театр. Никто точно не знает, что именно делают эти нейроны, хотя одна область мозга, где они располагаются, участвует в процессе формирования новых воспоминаний.

Никто не знает, почему система определения движения в мозгу настолько жизнестойка, что может функционировать после сорока лет слепоты, но это может быть из-за того, что распознавание движения необходимо для выживания. Голодный ли вы волк или запуганный заяц, нет ничего лучше движения для того, чтобы найти другое живое существо в нашем мире.

Мозговые, анализирующие, движения отделены от тех, что анализируют форму. Вообще-то они и располагаются в разных частях мозга. Базовая область распознавания движений определяет перемещение по прямой, тогда как надстроенные области идентифицируют более сложные движущиеся образы, например прерывистое движение (подобно тому, как мы воспринимаем дождь сквозь работающие дворники машины или начальный эпизод фильма «Звездный путь»). Возможно, эти сигналы важны для навигации, поскольку наша сетчатка воспринимает подобные типы движения в процессе перемещения по миру.

Повреждение этих областей мозга приводит к так называемой «слепоте движения». Люди с этим заболеванием видят мир так, будто они находятся под мерцающим светом в дискозале. Сначала этот человек находится здесь, затем — вдруг — где-то еще. Как можно себе представить, очень опасно существовать в мире, где все окружающие люди и предметы обладают способностью к случайной телепортации, поэтому у таких людей возникают большие проблемы с перемещением.

Миф. Слепые люди лучше слышат

Люди издавна приписывали слепым особые, даже магические способности. Очень многие считают, что слепые обладают тончайшим слухом. Однако на поверку оказалось, что слепые различают слабые звуки ничуть не лучше зрячих.

Однако одно старинное мнение соответствует истине. В древние времена, еще до изобретения письменности, слепые славились знанием библейских историй, которые передавались из поколения в поколение устным путем. Память у слепых действительно лучше, особенно на языки. Поскольку они не могут полагаться на зрение и проверить вещи типа «Поставил ли я стакан на стойку?», им приходится все время использовать свою память (или в противном случае опрокинуть немало напитков на пол). Можно предположить, что именно постоянная практика помогает им отточить свою пространственную память. Кроме того, они лучше, чем зрячие люди, выполняют задания, связанные с иностранными языками, в том числе на понимание предложений. Слепые лучше определяют место, откуда был издан звук, возможно, это еще один способ проследить, где что находится.

Похоже, что слепые люди улучшают все эти способности, пользуясь преимуществом дополнительного пространства в мозге, которое не используется для зрения. Задания на вербальную память активизируют у них первичную зрительную кору, которая у зрячих людей участвует только в процессе зрения. Исследователи могут временно отключить область коры, пользуясь методом магнитного стимулирования внешней стороны черепа, чтобы подавить электрическую активность мозга. Эти помехи ухудшают способности слепых придумывать глаголы — одно из заданий, которое они выполняли особенно хорошо, хотя такое стимулирование никак не влияет на качество выполнения задания зрячими (хотя, конечно, влияет, мешая их способности видеть).

Мы рассуждаем так, будто наши глаза способны воспринять движущуюся сцену, создавая что-то типа кинофильма на сетчатке, на что действительно очень похоже наше восприятие. Это происходит потому, что мозг чело-века умеет смягчать и сглаживать движения в окружающем мире, заставляя нас воспринимать их как продолжительные, даже если это и не так. Однако теперь вы, наверное, уже догадались: наш мозг опять обманывает нас. Все время, пока вы бодрствуете, ваши глаза перепрыгивают с объекта на объект со скоростью 3—5 движений в секунду. Вы можете увидеть эти движения, понаблюдав за глазами друга. Каждое движение глаза дает сетчатке «моментальный снимок» конкретной части визуальной сцены, но мозг должен совместить эти неподвижные картинки вместе, чтобы создать иллюзию движущегося мира. Даже нейробиологи не очень представляют себе, каким образом происходит этот сложнейший процесс.

Необходима постоянная борьба, чтобы увидеть то, что находится перед самым нашим носом.

Джордж Оруэлл

Опыт Майка Мэя доказывает, что зрение, хоть и кажется однородным, сопрягает множество функций. У большинства людей благодаря длительному развитию и обширному опыту эти функции слиты воедино и образуют целое изображение. Мозг Майка не научился быстро лгать и даже говорить правду. В результате он научился определять около 90% того, что видел. Это не так здорово, как может звучать, поскольку он никогда не знал, какие 10% его восприятия ошибочны. Теперь, обладая зрением, он выяснил, что не всегда может ему доверять. Четыре года спустя после восстановления зрения Майк Мэй в конце концов научился справляться с этой проблемой: он обзавелся собакой-поводырем.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.