Век самопознания. Поиски бессознательного в искусстве и науке с начала XX века до наших дней - Эрик Кандель

Открытие избирательной реакции средних “лицевых участков” на ориентацию лица перекликается с двумя ключевыми этапами, выделенными в ходе разработок компьютерных методов распознавания лиц. Классическая психология разграничивала два процесса: ощущение (сбор сенсорной информации) и последующее восприятие (использование знаний для интерпретации этой информации). В работе компьютерных программ для визуального анализа лиц также задействованы два процесса: опознание лица как лица и последующее установление его принадлежности. Таким образом, в работе “лицевых участков”, как и в работе компьютерных программ, обнаружение служит своего рода фильтром, исключающим объекты, не относящиеся к лицам, и помогающим распознаванию. Изучение поведения давно выявило, что мозгу легче распознавать лица в обычном положении. Нейробиологические исследования подтвердили важность этого механизма, показав: клетки “лицевых участков” височной коры слабее, не столь специфически реагируют на перевернутые лица, чем на лица в обычном положении.

Фрайвальд и Цао решили разобраться, как по “лицевым участкам” распределяется представление лиц. В частности, учитывая, что мы можем распознавать знакомые лица во многих ракурсах (спереди, слева, справа, сверху и снизу), они хотели понять, как “лицевые участки” извлекают из памяти информацию о принадлежности того или иного лица. Ученые демонстрировали обезьянам изображения 200 человеческих лиц в разных ракурсах. Реакцию животных регистрировали с помощью ФМРТ и электродов, позволяющих отслеживать активность отдельных нейронов в “лицевых участках”.

Исследователи сосредоточились на двух средних и двух передних “лицевых участках” и установили, что нейроны средних участков реагируют на лица в зависимости от ракурса. Так, нейрон, который сильнее реагирует на лицо Джека, чем Джилл, когда они показаны анфас, может сильнее реагировать, напротив, на лицо Джилл, когда они показаны в профиль. Особенно интересным явилось наблюдение: клетки одного из передних “лицевых участков” избирательно реагируют на ракурс. Например, некоторые из них активируются при демонстрации лиц в полный профиль (как справа, так и слева), но не в каком-либо промежуточном ракурсе. Фрайвальд и Цао отмечают, что открытие целого “лицевого участка” с такими нейронами позволяет предположить: зеркальные отражения могут играть важную роль в распознавании объектов в целом. Нейроны другого переднего участка, в свою очередь, оказались чувствительными к принадлежности лица независимо от ракурса. Так, нейроны, сильнее реагировавшие на лицо Джека анфас, чем на Джилл анфас, сильнее реагировали на Джека и в профиль.

Эти открытия указывают на то, что зрительная информация о ракурсе и принадлежности лиц обрабатывается в ряде “лицевых участков” поэтапно, генерируя в итоге цельный образ лица того или иного человека, не зависящий от изменений, определяемых ракурсом. Нейроны первого из исследованных Фрайвальдом и Цао участков, расположенного сзади остальных, не способны связывать изображения лица одного человека в разных ракурсах, а нейроны следующих участков реагируют на принадлежность лица уже независимо от ракурса. Более того, поскольку обезьянам демонстрировали незнакомые человеческие лица и в случайном порядке, следует признать: не зависящее от ракурса высокоточное распознавание лиц в переднем из “лицевых участков” происходит и без предварительного научения, даже если научение позволяет повышать его эффективность. Фрайвальд и Цао сделали вывод, что и в нашем мозге может работать система, предназначенная для опознавания лиц независимо от ракурса, не требующая предварительного научения.

Поскольку мы встречаем множество людей, интересно узнать, действительно ли отдельные клетки мозга реагируют на лицо конкретного человека. Ответ на этот вопрос дали исследователи, изучавшие активность нейронов средней височной коры – области, связанной с хранением долговременной памяти. Регистрируя активность этих нейронов у пациентов при подготовке к нейрохирургическим операциям, Кристоф Кох и его коллеги из Калифорнийского технологического института обнаружили подгруппу нейронов, реагирующих на изображения конкретных людей. Примечательно, что определенная клетка может при этом реагировать на изображения целого ряда общеизвестных личностей, например Билла Клинтона. Продолжившие исследования в этой области Ицхак Фрид и его коллеги из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе установили, что нейроны средней височной коры гораздо чаще реагируют на изображения лиц людей, с которыми испытуемого связывают личные отношения, чем на изображения лиц людей, с которыми испытуемый не имеет личных контактов. Ученые предположили, что более важные для каждого из нас лица кодируются большей долей нейронов средней височной коры, чем менее важные.

Представление о том, что в мозге имеется особая система распознавания лиц, подтверждается не только данными по нейровизуализации Айны Пьюс и Нэнси Кэнуишер и цитофизиологическими данными Маргарет Ливингстон, Дорис Цао, Винриха Фрайвальда, Кристофа Коха и Ицхака Фрида. Об этом свидетельствуют результаты уже знакомых нам клинических исследований пациентов, в зрительной системе которых повреждены различные отделы проводящего пути “что”. У одного из таких пациентов система распознавания лиц не нарушена, но система распознавания других объектов сильно повреждена. Когда ему демонстрируют картины Арчимбольдо (рис. II–24), он видит лица, но не овощи и фрукты. Пациенты, страдающие прозопагнозией и способные опознавать в лицах лица, но не способные различать их принадлежность, даже лучше, чем здоровые люди, замечают лица на перевернутых изображениях, в том числе на перевернутых картинах Арчимбольдо.

Гештальтпсихологи утверждали, что восприятие элементов лица всегда определяется его целостным образом. Фрайвальд, Цао и Ливингстон нашли биологические основы этой закономерности. Регистрируя активность среднего “лицевого участка”, они демонстрировали обезьянам изображения настоящих обезьяньих лиц, а затем схематически начерченных обезьяньих лиц, составленных из семи элементарных частей: контура, шерсти, глаз, радужных оболочек, бровей, рта и носа. Эти лица были сильно упрощенными графическими изображениями, лишенными многих черт настоящих лиц (окраски, текстуры, трехмерного строения), но вид подобных рисунков так же эффективно вызывал у обезьян активацию клеток среднего “лицевого участка”, как изображения настоящих лиц.

Рис. 17–3. Так называемые лицевые участки головного мозга, задействованные в распознавании лиц людей и других приматов.

Полученные результаты вдохновили Фрайвальда и Цао. Ученые разобрали схематические изображения лиц на части и составили из них новые, упрощенные или искаженные, например лишенные отдельных элементов (рот, нос, глаза) или с переставленными друг относительно друга элементами. Анализ реакций обезьян на эти рисунки выявил – как и следовало ожидать, исходя из прогнозов гештальтпсихологов и экспериментов японских нейробиологов (рис. II–25), – что многие нейроны “лицевых участков” реагируют на черты лица и их комбинации, лишь если они вписаны в контур. Например, клетки “лицевых участков” обезьяны (рис. 17–3), реагирующие на брови или глаза, не реагируют, если эти черты показаны за пределами круга, изображающего лицо, а нейроны, отвечающие за узнавание лиц как лиц, реагируют только на полные изображения и не реагируют на схематические рисунки лиц, лишенные глаз или рта (рис. 17–4).