Что за безумное стремленье! - Фрэнсис Крик

Рамачандран и Гордон Шоу (физик из Калифорнийского университета в Ирвайне) совместно основали клуб имени Гельмгольца – немецкого физика XIX в., заложившего основы научного изучения восприятия. Члены клуба собираются примерно раз в месяц, заседание начинается с обеда и заканчивается ужином. В промежутке выступают два докладчика по темам, связанным главным образом со зрительной системой. Такой график оставляет много времени для обсуждения. Заседания проходят в Ирвайне, на полпути между Лос-Анджелесом и Сан-Диего, так что их удобно посещать членам клуба и вольнослушателям из других университетов.

Здесь не хватит места даже и пытаться обозреть то, что в наше время известно о зрительной системе – об этом можно написать как минимум отдельную книгу, – не говоря уже обо всем остальном мозге. Ограничусь самыми общими замечаниями. Во-первых, далеко не всем очевидно, зачем вообще изучать зрение. Мы ведь и так все отлично видим, вроде бы не прилагая усилий, так в чем проблема? Как это ни удивительно, для того чтобы сконструировать привычную нам яркую мысленную картину внешнего мира, мозгу приходится производить множество сложных действий (иногда именуемых расчетами), которых мы практически не осознаем.

Мы слишком легко впадаем в Миф о Гомункуле – представление, согласно которому где-то в нашем мозгу сидит маленький человечек и наблюдает за всем происходящим. Большинство нейробиологов в него не верит (исключение – сэр Джон Экклз) и считают, что наша картина мира и самих себя создается единственно импульсами нейронов и другими химическими либо электрохимическими процессами в нашем организме. Как именно эти процессы снабжают нас яркими образами мира и себя, мы и стремимся выяснить.

Основная задача зрительной системы – строить внутри нашей головы образы объектов внешнего мира. Ей приходится использовать для этого сложные сигналы, попадающие на сетчатку наших глаз. Хотя эти сигналы содержат много косвенной информации, мозгу нужно ее обработать, чтобы получить непосредственные образы того, что его интересует. Так, фоторецепторы наших глаз реагируют на длину волны падающего на них света, отраженного от какого-то объекта. Но мозг интересуется главным образом отражательной способностью (цветом) объекта и может извлечь эту информацию даже при различных условиях освещения этого объекта.

Зрительная система возникла в ходе эволюции, чтобы улавливать множество особенностей реальной среды, эволюционно важных для выживания, – например, распознавать пищу, хищников и потенциальных брачных партнеров. В особенности ее интересуют движущиеся объекты. Эволюция готова ухватиться за любые признаки, которые дадут полезную информацию. Во многих случаях мозгу приходится производить операции как можно быстрее. Нейроны сами по своей природе работают довольно медленно (по сравнению с проводниками в компьютере), поэтому мозг должен быть организован таким образом, чтобы производить вычисления максимально быстро. Как именно это происходит, мы пока еще не понимаем.

Несложно убедить любого человека, что, как бы он ни представлял себе работу собственного мозга, его мозг работает точно не так. Это недоразумение можно продемонстрировать на примере последствий травм человеческого мозга, или психологических опытов на здоровых людях, или уже накопленных данных о мозге обезьян. То, что представляется единым и простым процессом, на самом деле являет собой результат сложного взаимодействия между системами, подсистемами и подподсистемами. Например, одна система отвечает за то, как мы видим цвет, другая – за трехмерное восприятие (хотя от каждого глаза мы получаем информацию лишь в двух измерениях) и т. д. Одна из подсистем последнего зависит от различия между изображениями в каждом из двух глаз – это называется бинокулярным зрением. Другая работает с перспективой. Третья учитывает тот факт, что объекты на расстоянии образуют меньший угол, чем близкие к нам. Прочие работают с заслоном (когда один объект заслоняет часть другого объекта позади себя), различением контуров и теней и т. д. Каждая из этих подсистем для работы вполне может нуждаться в собственных подподсистемах.

При нормальных условиях все системы дают сходные данные, но, применив некоторые хитрости, например, сконструировав искусственную визуальную обстановку, мы можем столкнуть их и вызвать оптическую иллюзию. Если человек заглядывает одним глазом через дырочку в комнату, выстроенную с обманной перспективой, предмет у одной стены комнаты будет выглядеть меньше, чем тот же самый предмет у другой стены. Такая комната в натуральную величину – ее еще называют комнатой Эймса[60] – есть в интерактивном музее «Эксплораториум» в Сан-Франциско. Когда я туда заглядывал, по ней от стены к стене бегали дети. Это выглядело так, словно они вырастали, подбегая к одной стене, и уменьшались, отбегая назад к другой. Разумеется, я прекрасно знал, что росту детей не свойственно меняться подобным образом, но тем не менее иллюзия была стопроцентно убедительной.

Концепцию зрительной системы как «мешка с хитростями» предложил Рама Рамачандран, сформулировав ее в основном по итогам своих элегантных и изобретательных психологических опытов. Он называет свою точку зрения утилитарной теорией восприятия и пишет так:

Этот подход, по крайней мере, согласуется с тем, что известно об организации коры мозга у обезьян, и с мыслью Франсуа Жакоба, что эволюция – кустарь. Конечно, может быть и так, что в основе всех разнообразных хитростей лежит лишь небольшой набор базовых алгоритмов обучения, которые, надстраиваясь поверх генетической болванки, создают все сложное многообразие механизмов.

Кроме того, я обнаружил, что, хотя многое известно о поведении нейронов в различных элементах зрительной системы (по крайней мере у обезьян), никто в действительности не имеет ясного понятия о том, как мы вообще что-то видим. Об этом прискорбном положении дел, как правило, совсем не рассказывают студентам на лекциях по этому предмету. Нейрофизиологи располагают некоторыми обрывочными сведениями о том, как мозг расчленяет изображение, как отдельные области коры нашего мозга обрабатывают информацию о движении, цвете, расположении в пространстве и т. д. Непонятно пока еще, однако, как мозг совмещает все эти данные и получает единую живую картину мира.

Я обнаружил, что существует и еще один аспект предмета, о котором не принято упоминать, – сознание. Более того, интерес к этой теме обычно воспринимается как признак начинающегося маразма. Это табу чрезвычайно изумило меня. Конечно, я знал, что до недавнего времени большинство опытов по изучению зрительной системы проводилось на животных, находящихся под наркозом, так что, строго говоря, они и видеть-то ничего не могли. В течение многих лет это не волновало экспериментаторов, поскольку они замечали, что нейроны мозга даже в столь стесненных обстоятельствах ведут себя достаточно любопытно. С недавних пор на бодрствующих животных стали проводить больше опытов. Хотя таких животных технически гораздо труднее изучать, есть и преимущества, ведь животных в конце рабочего дня возвращают в вольеры, а экспериментатор отправляется домой ужинать. Такое животное можно изучать месяцами перед тем, как его вскрыть. (Опыты на животных под наркозом бывают гораздо более обременительными, поскольку они обычно длятся много часов за один прием, после чего животное сразу вскрывают.) Занятно, но, похоже, никто еще не проводил эксперимента по сравнению одного и того же типа нейронов у одного и того же вида животных при бодрствовании и под наркозом.