Глава 3. Как мы распознаем то, что видим
Из этой главы вы узнаете:
♦ как работает зрительная система;
♦ что такое слепозрение;
♦ как мы видим и различаем предметы;
♦ как мы распознаем движение;
♦ как мы различаем других людей.
Наше зрение – это что-то удивительное: мы можем видеть и различать предметы как на расстоянии, так и вблизи; как многоцветные, так и одноцветные; как движущиеся, так и неподвижные; как в полутьме, так и при ярком свете. Хотя некоторые животные обладают более острым зрением в более широком диапазоне электромагнитного спектра, чем мы, тем не менее наша зрительная система дает нам богатейшую информацию об окружающем мире и является практически идеальной для таких легкоприспосабливающихся социальных существ, как мы. Вот почему зрение – самый важный наш орган чувств из всех; настолько важный, что в стремлении помочь людям с ограниченной способностью видеть или полностью незрячим мы даже изобрели различные, подчас весьма сложные методы преодоления этой особенности организма, но при этом совершенно не уделяем внимания людям с ограниченным обонянием, с трудом или нечетко различающим запахи. Это как раз свидетельствует о том, что зрение мы ставим превыше всего.
Как же работает зрение? Оно базируется, разумеется, на восприятии света, ибо только свет дает нашим глазам всю необходимую информацию. Мозг, как мы уже знаем, работает за счет электрических импульсов, поэтому мы выработали ряд сложных структур для перевода световой информации в электрическую. Начало всему – наши глаза, которые организованы таким образом, чтобы воспринимать свет (точнее, фотоны) и проецировать его на сетчатую оболочку глаза – сетчатку, – представляющую собой слой клеток на задней стороне глазного яблока. В этих клетках наличествуют химические вещества, которые, реагируя на свет, генерируют электрические импульсы. Эти импульсы затем передаются от одной нервной клетки другой и большинство из них в конце концов попадают в затылочную часть мозга, которую мы называем зрительной корой. Зрительная кора – это довольно обширная область головного мозга, являющаяся основой нашего сознательного визуального опыта. Однако на этом пути информационный материал подвергается всесторонней сортировке.
Рисунок 3.1. Зрительные зоны головного мозга
Зрение и слепозрение
Визуальная информация от глаз до мозга может идти несколькими путями, и многие из них с точки зрения эволюции очень древние. Развивая более сложные системы, мы сохранили те, которыми обладали ранее, а поскольку люди – высокоразвитые существа, то мы выработали не один, а несколько различных способов, с помощью которых световая информация воздействует на наш мозг. Иногда это приводит к интересным последствиям.
Вам когда-нибудь приходилось заниматься чем-то интересным и в минуту наиболее глубокой увлеченности делом вдруг насторожиться? Что-то случилось во внешней среде и привлекло ваше внимание, но только гораздо позже вы понимаете, что к чему. Просто внутри вас сработал один из древних механизмов. Из главы 1 мы уже знаем, что два верхних холмика четверохолмия среднего мозга напрямую связаны с нашими системами сигнализации и оповещения. Они непосредственно принимают информацию от наших сенсорных рецепторов, поэтому, если что-то вдруг случается, мы быстро реагируем на это. Внезапное изменение интенсивности света или тональности звука вызывает автоматическую реакцию, причем мгновенную, так что мы даже не успеваем ни о чем подумать. Мысль приходит позже.
Если вам когда-либо доводилось бодрствовать всю ночь, то вы, вероятно, помните, что ночью вы боролись со сном, но к тому времени, когда занялась заря и разгорелся день, вы уже чувствовали себя совершенно проснувшимся. Днем мы чувствуем себя более бодрыми, чем в ночные часы, и происходит это потому, что сетчатка и гипоталамус напрямую связаны между собой нейронами. Эта прямая связь является источником информации обо всем, происходящем и днем, и ночью, благодаря чему гипоталамус может регулировать наши биологические ритмы. Разумеется, искусственный свет изрядно их нарушает, но не отменяет: основные биологические ритмы все равно остаются при нас, и они-то как раз и реагируют на свет, причем даже у людей, лишенных зрения.
Обращали ли вы внимание на то, как привлекают к себе взгляд движущиеся предметы? Если вы смотрите на сцену и вдруг замечаете, что в ее уголке что-то движется, вы мгновенно переводите взгляд в ту сторону – и вам уже не до игры актеров. Это еще один очень эффективный механизм выживания, который помогает нам заметить потенциального хищника или другого человека. Наша зрительная система без промедления концентрируется на движении, поскольку в этот момент информация, передающаяся в основную зрительную кору, идет в обход обычных проводящих каналов и передается другим путем – напрямую от таламуса к зоне V5 зрительной коры. Зона V5 – это та часть зрительной области мозга, которая отвечает за регистрацию визуального движения, и наличие столь прямого пути передачи информации означает, что мы можем подмечать любые движения в пространстве вокруг себя, даже не отдавая себе полностью отчета в том, что видим.
В общем счете исследователи выявили порядка 10 различных механизмов или, лучше сказать, проводящих путей, по которым информация от сетчатки передается в различные части мозга. Эти открытия дали нам возможность объяснить один из самых непонятных аспектов человеческого зрения, называемый слепозрением. Слепозрение открыл в 1972 году британский врач и психолог Лоуренс Вайскранц, изучавший в те годы слепых людей, которые, однако, реагировали на те или иные зрительные раздражители. Эти люди могли, например, указать на движущийся объект или даже пригнуться, если некий предмет летел прямо на них, хотя они его не видели и никто им об этом не сообщал. Они его просто чувствовали, словно заранее угадывали или догадывались о его присутствии, причем даже в условиях тщательно проводимых лабораторных испытаний. У этих людей (и многих других, с которыми позже проводились исследования) была повреждена зрительная кора, в силу чего они не могли сознательно обрабатывать зрительную информацию. Они были слепыми, но другие, более древние аспекты их визуальной системы по-прежнему функционировали.
Имеются и другие, весьма странные формы слепоты. У людей возникает сугубо специфическая проблема со зрением, как правило из-за того, что их мозг поражает инфекция. Вероятно, самая распространенная форма частичной или выборочной слепоты – это категориальная слепота, при которой человек совершенно не способен различать предметы или явления особой категории. Чаще всего это относится к животным: такие люди могут распознавать все вокруг, кроме, например, собак, кошек или каких-то других животных. Когда люди их видят, они просто оказываются в тупике, ибо не в состоянии определить, кто же это. Категориальная слепота может проявляться различными путями: одни люди прекрасно различают движущиеся предметы и явления природного мира, но не в состоянии распознать искусственные, сконструированные объекты вроде инструментов или телефонов; другие могут распознавать животных и объекты, но совершенно не в состоянии понять, что за еда перед ними на тарелке. Они могут есть эту пищу и даже определять ее на вкус, но не могут распознать, что это за пища, когда смотрят на нее.
Категориальная слепота наступает из-за повреждения глубинных областей зрительной системы – тех областей мозга, где происходит распознавание воспринимаемых образов. Поэтому те категории предметов, которые ныне доступны или недоступны нашему зрительному восприятию, тесно связаны с нашей эволюционной историей. На ранних стадиях нашей эволюции умение отличать зверей и животных от предметов и прочих неодушевленных объектов являлось фундаментальным свойством в борьбе за выживание; то же относится и к умению распознавать пищу. Тот факт, что некоторые специфические категории каким-то образом выпадают из поля нашего зрения, объясняется тем обстоятельством, что все жизненно насущные категории настолько для нас важны, что они жестко «закреплены» в нашем мозге – настолько жестко, что мы в гораздо большей мере готовы к восприятию уже утвердившихся классов (животные, пища, объекты), чем к восприятию других, более современных (дома, транспорт, витрины, вывески). И когда одна из таких жестко «закрепленных» категорий вследствие повреждения мозга вдруг «выбраковывается», она полностью выпадает из нашего поля зрения.
Как мы видим
Та способность, которую мы в целом определяем как зрение (обычное зрение, как мы его понимаем и осознаем), используется для передачи зрительной информации главным маршрутом, на протяжении долгих лет подробно описанным в медицинской и узкоспециализированной литературе. Зрение начинается с особых светочувствительных клеток, расположенных в сетчатке глаза и называемых фоторецепторами. Они подразделяются на два вида: невероятно чувствительные палочковидные клетки, различающие яркость света, и клетки-колбочки, распознающие цвета и активно функционирующие только при ярком свете. Назначение обоих видов клеток – трансдукция, т. е. преобразование световой информации в понятные для мозга электрические импульсы. Этот процесс возможен благодаря тому, что свет, попадая в клетку, обесцвечивает там особые химические вещества, в результате чего клетка под их действием меняет свой электрический потенциал.
Рисунок 3.2. Структура сетчатки
Как только информация преобразуется в электрические импульсы, она передается на второй слой клеток сетчатки – в так называемые биполярные нейроны. Они осуществляют первичную обработку информации: реагируют или на светлые области на темном фоне, или на темные области на светлом фоне. Эта первичная и достаточно примитивная обработка позволяет выявить простейшие атрибуты или свойства окружающей среды, например водоем или море, так как они в целом отражают больше света, чем обрамляющая их суша. Поскольку самой яркой областью обычно является небо, во всяком случае в дневное время, эта их особенность позволяет различать яркие области на земле (или ближе к нижней части визуального поля, если вас больше интересует чисто техническая специфика процесса).
Для многих животных умение воспринимать любое движение – это вопрос жизни и смерти, поэтому обработка визуальной картины движения является базовой в зрительной системе. Третий слой сетчатки – это ганглиозные клетки, отслеживающие движение путем реакции на изменения и различия, происходящие в поле зрения. Каждая ганглиозная клетка имеет свое собственное рецептивное поле, сосредоточенное на одном участке сетчатки и простирающееся вовне. Одни клетки реагируют на свет, падающий на окружающую область, а не в середину, тогда как другие действуют совершенно противоположным образом, реагируя на свет, падающий в середину, а не на окружающую область. Они также реагируют на малейшие отклонения от этой закономерности, что делает их особенно чувствительными и восприимчивыми к движению.
На неподвижные объекты мы обращаем меньше внимания, чем на движущиеся. Кошке и собаке часто не удается отследить то, что не движется, поэтому им приходится прибегать к другим органам чувств. Сами мы воспринимаем неподвижные объекты только потому, что наш зрачок постоянно дрожит и подергивается; в медицине эти скачкообразные движения и подергивания называются саккадами. Причина их в том, что глазным нейронам приходится постоянно подстраиваться под несколько иной режим, чем если бы объекты двигались, хотя в действительности они неподвижны.
Зрительный нерв формируется из аксонов ганглиозных клеток: они достаточно длинные и в определенной точке пересекаются и соединяются. Но существует так называемое слепое пятно (мертвая зона), где зрительный нерв не соединен с сетчаткой, тем не менее вы об этом не знаете, так как ваш мозг дополняет недостающую информацию. Зрительный нерв передает информацию (для дальнейшей обработки) латеральному коленчатому телу. По пути она проходит через некую точку пересечения, называемую зрительной хиазмой, – Х-образную структуру, образованную двумя перекрещивающимися зрительными нервами. Информация от правосторонней части сетчатки каждого глаза передается правому полушарию мозга, а информация от левосторонней части сетчатки – левому полушарию. Итак, оба глаза доставляют сообщения и тому и другому полушарию мозга, но в левое полушарие поступает информация о правом зрительном поле, получаемая левосторонней частью сетчатки, тогда как правое получает информацию о левом зрительном поле, т. е. информацию, получаемую правосторонней частью сетчатки. Если это описание кажется вам путаным, обратитесь к рисунку 3.3.
Рисунок 3.3. Пути прохождения информации от глаза к мозгу
Когда зрительная информация достигает таламуса, она снова сортируется. Таламус состоит из шести слоев. Четыре верхних слоя реагируют на детали и цвет, а два нижних занимаются координацией информации о движении. Они реагируют только на движения и изменения, происходящие на больших пространствах зрительного поля. Таким образом, именно таламус сводит воедино и организует различные виды зрительной информации, прежде чем передать их для сознательной обработки в зрительную кору. Поэтому еще до того, как увиденное нами получает сознательную оценку, информация, воспринятая нашими глазами, подвергается основательной сортировке, причем сортировке крайне ценной с точки зрения эволюции. Действительно, умение отличать светлые зоны от темных и фиксировать движения и изменения помогает животным избегать препятствия или реагировать на них и окружающую среду, а также отыскивать потенциальные источники питания или отслеживать приближающихся хищников. Выше мы уже писали, что кое-какая часть этой информации передается непосредственно в более примитивные (а стало быть, и более древние) части мозга, вызывая мгновенную реакцию.
Но все эти процессы вполне рудиментарны. Более сложная обработка увиденного происходит в затылочной части большого мозга – в области, называемой зрительной корой. Главной зоной здесь является первичная зрительная кора, или V1; ее задача – осмысление всей полученной визуальной информации. Впервые эту зону головного мозга удалось выявить и четко обозначить лишь в начале ХХ века в ходе исследования раненых с повреждениями оболочки головного мозга, полученными в окопах Первой мировой войны. Исследования показали, что повреждение этой части коры неизбежно ведет к частичной или полной потере зрения, и чем серьезнее повреждение, тем полнее слепота. Другими словами, в зависимости от степени повреждения зрительной коры одни солдаты утратили способность видеть частично (они что-то воспринимали, а что-то не воспринимали совсем), тогда как другие полностью ослепли.
На более раннем этапе исследований канадскому нейрохирургу Уайлдеру Пенфилду удалось стимулировать эту область у пациентов, которым он делал операцию на мозге. Во время таких операций люди обычно сохраняют сознание, поскольку мозг лишен болевых рецепторов, так что Пенфилд в ходе операции мог задавать им вопросы, узнавая, что именно они чувствуют и какие образы им являются. Картины, являвшиеся внутреннему взору таких пациентов, весьма разнообразны: это мог быть и летящий в небе воздушный шар, и сельские пейзажи, и что-то другое. Тем самым он доказал, что зрительная кора – это не просто масса мозгового вещества, что различные ее части отвечают за разные функции. Однако для того, чтобы ответить на вопрос, как именно она устроена и как работает, потребовалось великое множество дополнительных исследований, которые продолжаются и по сей день.
Зрительная кора связана с другими областями мозга, и для связи с ними она пользуется двумя основными проводящими путями. Первый – вентральный зрительный тракт – используется главным образом для идентификации объектов и явлений независимо от того, где они находятся, поэтому его часто называют «что» – трактом; он простирается от зрительной коры до височной доли большого мозга. Второй – это дорсальный зрительный тракт, используемый для локализации объектов и явлений независимо от того, что они собой представляют, поэтому его часто называют «где» – трактом; он простирается от зрительной коры до теменных долей. Вместе эти два зрительных тракта дают нам возможность осознавать мир, осмысливать его и эффективно действовать в нем. Давайте теперь рассмотрим, как работают клетки нашего мозга, давая нам полноценную зрительную картину того мира, в котором мы живем.
Рисунок 3.4. Дорсальный и вентральный зрительные тракты
Как мы распознаем предметы
Выше мы рассказали о том, как наши зрительные клетки реагируют на свет и тьму, что, несомненно, является одним из основных механизмов выживания. Но наше зрение намного сложнее. Мы видим объекты, фон, окружение, людей, цвета, и все эти образы тем или иным способом обрабатываются нашим мозгом. Как это происходит?
Одно из важнейших открытий в этой области сделали нейрофизиологи Хьюбел и Визель, кропотливо изучавшие работу зрения, фиксируя действия отдельных нейронов. В 1969 году они опубликовали работу, показав, как некоторые нервные клетки первичной зрительной коры (зона V1) реагируют на линии, расположенные под специфическим углом и находящиеся только в одной части зрительного поля. Эти клетки они назвали простыми. Дальнейшие исследования показали, что простые клетки реагируют на одни и те же сигналы, воспринимаемые либо левым, либо правым глазом, и что некоторые из них реагируют также на специфические волны света, или, другими словами, на специфические цвета. Эти клетки эффективно анализируют поступающую в зрительную кору информацию и обрабатывают ее основные свойства. Затем они передают ее другим клеткам, которые Хьюбел и Визель назвали сложными. Эти клетки объединяют информацию, полученную от нескольких простых клеток, в результате чего они обретают свойство реагировать на линию, расположенную под специфическим углом в любой части зрительного поля, или на линию специфического цвета, находящуюся где бы то ни было в пределах зрительного поля. Эту информацию сложные клетки затем передают гиперсложным клеткам, реагирующим на специфические формы или очертания (рисунок 3.5).
Рисунок 3.5. Простые, сложные и гиперсложные клетки
Это означает, что наша зрительная система способна различать простые формы, очертания, а также края и границы между светлой и темной зонами. Согласно Д. Марру (1982), это все, что нам нужно, чтобы воспринимать окружающие объекты. Если мы соединим эту информацию с той, которая поступает от оптической матрицы (так Марр называет общую картину света, достигающего сетчатки), мы сможем определить контуры, т. е. края, и выявить сходные области. Объединив все это, мы получим основные структуры наблюдаемой сцены – то, что Марр назвал необработанным первоначальным эскизом. И хотя этот эскиз достаточно зыбкий и размытый, он все же дает достаточно информации, чтобы мы смогли уяснить, что за объект находится перед нами, как на пиксельном рисунке 3.6.
Рисунок 3.6. Первоначальный эскиз
Но в нашем распоряжении имеется гораздо больше информации, чем та, которая содержится в оптической матрице. Наш мозг является хранилищем опыта, и этот опыт тоже помогает нам осмысливать различаемые объекты. Нам известно, например, что объекты, находящиеся далеко от нас, выглядят меньше, чем они есть на самом деле, и что близко расположенный объект может закрывать часть того, что находится на расстоянии. Мы можем также взять на вооружение законы восприятия, открытые гештальтпсихологами в первой половине ХХ века и свидетельствующие о том, что мы пусть и бессознательно, но совершенно осмысленно и конструктивно группируем биты получаемой информации (если вы хотите узнать об этом более подробно, советую прочесть мою книгу «Доступная психология»). По мере того как мы осваиваемся в окружающей среде и лучше ее узнаем, мы усваиваем и другие законы восприятия, что, согласно Марру, дает нам возможность определить объем, или массивность, объектов, которые находятся в поле нашего зрения. Правда, эта картина слишком обща и лишена подробностей: Марр описывает ее просто как комбинацию конусов и трубок, которую он назвал 2,5-мерным эскизом, поскольку она близка к трехмерному эскизу, но чуть-чуть до него не дотягивает. В результате получается контурограмма, которой вполне достаточно, чтобы мы сумели определить предмет, находящийся в поле нашего зрения.
Некоторые знатоки утверждают, что творения таких художников, как, например, Лоуренс Стивен Лаури, оттого так сильно затрагивают струны нашей души, что они воздействуют на наши первобытные зрительные механизмы: контурные фигуры на его полотнах подобны 2,5-мерному эскизу на этапе первичной дешифровки визуальной информации, поэтому они распознаются нами мгновенно. Например, мы легко устанавливаем различия между коровой, собакой или другим человеком (рисунок 3.7) и можем даже высказать предположение об отношениях, связывающих рассматриваемых людей, исходя из их позы и того положения, которое они занимают по отношению друг к другу.
Рисунок 3.7. Контурограммы коровы, собаки и человека
Мы можем легко составить представление о том, что именно находится перед нами, и отличить животное от дерева, например. А вот отличить собаку от кошки уже гораздо труднее, ибо это требует от нас более сложного знания о мире, цвете, тенях, контурах объекта и, что самое важное, умения обращаться к воспоминаниям. Благодаря всем этим атрибутам мы развиваем в себе способность распознавать и идентифицировать то, что находится в поле нашего зрения. Но все начинается со света и тени, которые идентифицируются биполярными нейронами, а затем подвергаются дальнейшему «осмыслению» простыми и сложными клетками зрительной коры.
Определение расстояний
Видеть предметы, объекты и явления – это во всех отношениях прекрасное качество, но для того, чтобы суметь выжить в этом мире, нам необходимо также знать, где именно находятся все эти предметы, объекты и явления и как близко к нам они расположены. Американский психолог Джеймс Джером Гибсон, считающийся одним из известнейших психологов в области зрительного восприятия, объяснил, как именно устроено и организовано наше восприятие. Это объяснение ныне служит нам солидным подспорьем, помогающим познавать этот мир, передвигаться в нем и эффективно взаимодействовать с окружающими предметами. Например, тот факт, что у нас на лицевой стороне головы есть два глаза, означает, что каждый из них видит почти одно и то же, но с небольшой разницей. Это дает нам возможность сравнивать образы, увиденные каждым глазом, и посредством различия между ними определять, насколько далеко или близко находится от нас тот или иной предмет. Это возможно благодаря наличию в нашем мозге зрительной хиазмы, которая увязывает между собой сходную информацию, воспринятую двумя глазами. Когда информация от каждого глаза достигает наконец зрительной коры, она выстраивается рядами, колонками или, если хотите, столбцами, т. е. организуется так, что наш мозг без особых проблем может сравнивать эти два образа.
Почему мозг занимается этим? Зачем ему это нужно? А затем, что небольшие различия между одним и тем же образом, воспринятым обоими глазами, говорят нам о том, как далеко (или близко) от нас находится данный объект, а знать это невероятно важно, особенно если вы, например, прыгаете с ветки одного дерева на ветку другого. У древесных животных, т. е. животных, постоянно или бо́льшую часть жизни обитающих на деревьях, глаза расположены на лицевой части головы, поскольку иное расположение глаз может привести к неверной оценке расстояния, а это чревато катастрофой. У нас как высших приматов глаза тоже расположены подобным образом – как часть нашего собственного эволюционного наследия. Различия между двумя образами (точнее, одним и тем же образом, но воспринятым двумя глазами) увидеть довольно легко, если взять в руку карандаш и поднести его к глазам на расстоянии вытянутой руки. Закройте один глаз и выровняйте карандаш с какой-нибудь линией или вехой на заднем фоне. Затем закройте этот глаз и откройте другой – карандаш будет выровнен иначе. Поднесите карандаш чуть ближе к лицу и повторите упражнение – разница окажется еще больше. Вот как мозг использует оба глаза для определения расстояний. На научном языке это называется бинокулярной диспаратностью. Но одной диспаратностью умение определять расстояние не ограничивается.
Когда мы совершаем передвижения, перемещаясь, например, с одного места на другое, зрительный образ, воспринимаемый глазами, в это время как бы течет и изменяется. Это тоже очень важный фактор для определения того, как далеко от нас находятся те или иные реалии и где находимся мы сами по отношению к ним. Это явление получило название «оптический поток», и мы пользуемся им более или менее бессознательно. В следующий раз, когда будете ехать на поезде или в машине в качестве пассажира, обратите внимание на то, как меняются окружающие вас предметы, если внимательно наблюдать за ними. Те, что находятся далеко, будто движутся вместе с вами в том же самом направлении; а те, что близко, проносятся мимо в противоположную сторону. По мере движения ваш оптический поток неустанно течет и меняется.
Оптический поток как свойство зрительного пространства в равной мере характерен для каждого глаза, и то же самое можно сказать о других дистанционных критериях объекта, находящегося в поле нашего зрения, таких как его величина, высота и габариты. Именно этими критериями пользуется художник, когда пишет реалистическое полотно, хотя они порой могут создавать весьма интересные зрительные иллюзии (если эта тема вам интересна, более подробную информацию о ней вы можете найти в моей книге «Доступная психология»). Однако в реальной жизни наш мозг использует движение и оптический поток для того, чтобы понять и осмыслить все, что нас окружает, так что иллюзии встречаются не так уж и часто. В силу этого даже люди, видящие только одним глазом, тоже спокойно могут определять расстояния, хотя иногда их определение страдает небольшими погрешностями.
Восприятие цвета
Для многих животных очень важно (именно в целях выживания) уметь различать цвет. По цвету плода, например, можно определить, созрел ли он и готов ли к употреблению или лучше его пока не трогать. Цвет объектов, расположенных рядом или неподалеку, кажется более живым и ярким, чем цвет объектов, находящихся далеко от нас – он, как и сами объекты, кажется более серым и размытым. Другие же животные – например, те, кто добывает пищу охотой и не питается плодами деревьев, – не так зависимы от умения различать цвета и потому полагаются на него в меньшей степени: для них куда важнее умение выявлять даже малейшее движение. Особенно чувствительны к таким изменениям палочковидные клетки, вот почему у многих животных, таких как собаки и кошки, цветное зрение вообще отсутствует.
У людей на внутренней стороне большого мозга, вне основной зрительной области, имеется особая зона, непосредственно заведующая распознаванием цветов. Это так называемая зона V4. Если она повреждена, человеку окружающий мир представляется сотканным из серых теней. Это нарушение – ахроматопсия – встречается крайне редко, так как свои зоны V4 имеются в обоих полушариях головного мозга, и для того чтобы мир предстал в сером цвете, необходимо, чтобы обе зоны были повреждены. Люди, у которых повреждена только одна зона, воспринимают цвета менее живыми и яркими и часто описывают их как грязные или размытые. Эта зона отвечает за такое качество восприятия, как константность цветовосприятия, под которой понимается безусловное распознавание объектов одного и того же цвета даже при различном освещении. То, что мы различаем как цвет, есть некое качество, вычленяемое из световых волн, воспринимаемых нашими глазами. Однако при различном освещении световая волна имеет свойство меняться, и та вещь, которую мы видим вечером при свете лампы, в ярком свете солнца может отражать совсем другую длину волны, а потому и выглядеть иначе – с точки зрения цвета. Благодаря зоне V4 мозг мгновенно адаптируется к такому несоответствию, вследствие чего цвет воспринимается нами как неизменный. Константность цветовосприятия – идеальное свойство: оно действует столь безошибочно, что мы в повседневной жизни даже не обращаем на него внимания. Однако приведенный ниже случай из практики доказывает, сколь ощутимым для повседневной жизни может оказаться это свойство, когда оно вдруг подводит.
В феврале 2015 года среди пользователей Интернета разгорелась нешуточная дискуссия относительно цвета одного платья. На самом деле полосы на платье были синего и черного цвета, но сфотографировано оно было при недостаточно ярком освещении, что вызвало очень интересный эффект. Одни утверждали, что видят на платье полосы синего и черного цвета, в то время как другие уверяли, что у платья совсем другие цвета – белый и золотистый, а других красок они не видят.
Чем же объясняется столь разное восприятие? Дело в том, что у тех, кто видел синий и черный цвета, с константностью цветовосприятия все было в полном порядке: оно действовало с учетом разницы в яркости освещения, а потому и цвета определяло верно. А те, кто видел белый и золотистый цвета, реагировали непосредственно на воспринимаемые ими световые волны, поэтому истолковывали их так, как если бы речь шла о восприятии цвета при нормальном дневном освещении. Виновницей столь искаженного восприятия оказалась зона V4 в их мозге: именно она совершенно неосознанно с их стороны так различала цвета платья. Даже когда данный феномен был объяснен, эти люди (и я, увы, в их числе) продолжали различать все те же белый и золотистый цвета, и им было очень трудно поверить, что настоящими являются синий и черный.
Распознавание движения
Кино и телевидение стали неотъемлемой частью современной жизни. Но это стало возможным только благодаря тому, что наша зрительная кора реагирует на движение. Главный центр головного мозга, отвечающий за движение, – это часть зрительной коры под названием зона V5. Расположенная близко к его внешней поверхности, она координирует наше восприятие и, объединяя различные впечатления, создает картину плавного движения. По тому же принципу работает и кино: если бы нам показали ряд огней, вспыхивающих то последовательно, то хаотично, мы бы восприняли их как одну светящуюся точку, движущуюся вдоль линии. Свойственная нам от природы тенденция объединять и увязывать различные образы в единое восприятие непрерывного движения является первоосновой всей киноиндустрии, и за прошедшее столетие она принесла баснословную прибыль предпринимателям, работающим в этой сфере. Она является неотъемлемой частью более древнего механизма выживания, благодаря которому животные по кратким фрагментам мельтешения за кустами или под другим прикрытием предугадывают движение хищника или жертвы, и процесс этот настолько автоматизирован, что мы выполняем его, совершенно над ним не задумываясь.
Вы можете видеть перед собой целую череду огней, которые, когда они неподвижны, выглядят разрозненными и никак не связанными между собой светящимися точками. Но когда они оживают, вы немедленно убеждаетесь, что они неотделимы от человека или группы людей. Наш мозг очень восприимчив к перемещениям других людей и животных – это часть нашего эволюционного наследия, – поэтому мы всегда готовы распознать биологическое движение и отреагировать на него. Под биологическим понимается такое движение, которое создается в процессе перемещения физических тел. В одном из классических экспериментов на человека надевают специальный черный костюм, к складкам и швам которого прикреплены маленькие зажженные лампочки. Если лампочки совершенно неподвижны, то на фоне черного пиджака они выглядят как отдельные светящиеся точки; но как только они приходят в движение, будь то ходьба, бег или какое-то другое перемещение, мы сразу же распознаем в них движущегося человека.
Это происходит потому, что зона V5 связана с другой зоной мозга – височными долями, которые отвечают за распознавание находящихся в движении тел и лиц. Эта зона известна как височная верхняя борозда; она активируется и реагирует, как только мы видим движущееся тело. Височная верхняя борозда соединяет зрительную и слуховую информацию и напрямую связана с нашими двигательной и сенсорной системами. В ней тоже имеется система зеркальных нейронов, которая помогает согласовывать наши действия с действиями других людей или симпатизировать им (мы вернемся к этой зоне и более подробно расскажем о ней в главе 7, когда будем рассматривать движение).
Поскольку у мозга две стороны, то повреждение одной из них часто никак не отражается на нашей обычной деятельности, и наш организм продолжает функционировать как ни в чем не бывало. Но у одной женщины оказались повреждены обе стороны мозга, причем именно в зоне V5, и в результате она полностью утратила способность к распознаванию движения: вместо него она видела ряд статичных, неподвижных образов. Если она переходила дорогу, то в первый момент она видела машину вдалеке, а в следующий эта же машина была очень близко. Когда же женщина пыталась налить в чашку воды, то вообще не видела, как та наполняется: сначала она видела чашку пустой, а потом – переполненной, когда вода уже переливалась через край. Интересно, однако, что в ряде движущихся огней она без труда могла вычленять биологическое движение (во всяком случае, могла сказать, что это именно тело, а не случайная группа огней), но при этом не могла определить направление этого движения.
Как мы различаем людей
Люди, как известно, – существа весьма и весьма коммуникабельные, и наш мозг является проводником этой нашей особенности. Поэтому вряд ли стоит удивляться тому, что, когда мы видим других людей, некоторые части нашего мозга особым образом реагируют на это. Когда мы видим фигуры людей или части их тела, будь то реальные фигуры и части или линейные рисунки и контурограммы, о которых шла речь выше, одна часть мозга тут же активируется – это так называемая экстрастриарная зона (от лат. extra – «сверх», «вне»). Название говорит само за себя: эта зона находится вне основной зрительной коры, которую иногда называют стриарной корой (от лат. striae – «полосы»), так как она содержит полоску из более темных клеток. Экстрастриарная зона отвечает главным образом за идентификацию тел и их контуров, доставляя эту информацию к другим частям мозга, отвечающим за эмпатию или эмоции.
Экстрастриарная зона не занимается выявлением тонкостей или выяснением того, что в данное время происходит с телом; ее интересуют только контуры или изображения тела. Временное прерывание функции экстрастриарной зоны, достигаемое с помощью магнитной стимуляции, показывает, что она активируется только тогда, когда мы или идентифицируем части тела, или устанавливаем различие между ними, но не когда они выполняют какие-то действия. В одном из исследований участникам показали изображение обычной руки и изображение руки, проткнутой иголкой, но реакция их мозга на оба изображения была абсолютно идентичной. Однако они по-разному среагировали на различия формы и контуров тела в зависимости от того, было ли это тело худым или толстым. Это заставляет предположить, что у некоторых из них (все эти люди страдали анорексией) имеются повреждения в экстрастриарной зоне, а это приводит к тому, что они всегда неверно оценивают габариты своего тела, считая, что оно толще, чем есть на самом деле.
Различать части тела – это одно, но что происходит, когда мы видим знакомого человека? Здесь уже активируется другая часть мозга, участвующая в распознавании тел, – та, которая непосредственно связана с нашей социальной памятью и воспоминаниями о людях в целом. Эта часть большого мозга находится прямо под затылочной долей, где она соединяется с височной долей. В отличие от экстрастриарной, эта зона не реагирует на линейные фигуры или контурограммы тела, но фокусируется на всем теле, а потому по-разному реагирует на тех, кто нам знаком, и тех, кого мы не знаем. Данная зона называется веретенообразной телесной областью, поскольку она отвечает за распознавание тел и размещается вдоль веретенообразной лицевой области, отвечающей за распознавание лиц. И это не случайно: когда мы распознаем людей, обе эти области действуют сообща.
Распознавание лиц
Умение распознавать других индивидуумов и различать людей между собой – насущно важное качество для такого социального существа, как человек. Но распознавание лиц – сложная задача, которая состоит из трех основных элементов:
1) распознавания отдельного светотеневого образа как человеческого лица;
2) идентификации самого лица как атрибута, принадлежащего отдельному индивидууму;
3) интерпретации выражения, взгляда и прочих коммуникативных знаков, характерных для лицевой мимики.
Первый элемент – распознавание лица – относится к той части зрительной коры, которая называется затылочной долей мозга. Она размещается под экстрастриарной зоной и выполняет ту же функцию, но только различает не тела, а лица. Нейроны затылочной зоны возбуждаются в тот момент, когда мы смотрим на лица или на изображения лиц, а не тогда, когда мы смотрим на тела или другие объекты. Другими словами, они фокусируются исключительно на физических аспектах лицевых примет и потому равным образом реагируют как на перевернутые лица, так и на лица, представленные в должном ракурсе. Это первая стадия анализа лиц, получения информации от первичной зрительной коры и пересылки ее в две другие зоны.
Вторая зона – веретенообразная лицевая область – размещается под большим мозгом, рядом с веретенообразной телесной областью (рисунок 3.8). Клетки в этой зоне реагируют на лица в большей мере, чем на другие раздражители, и активнее всего они реагируют именно на знакомые лица. Более того, они будут точно так же реагировать на то же самое лицо даже в том случае, если это лицо будет сориентировано совсем по-другому или будет нести на себе отпечаток иных выражений. Веретенообразная лицевая зона напрямую связана с височной долей большого мозга, а именно там хранится биографическая и персональная информация, так же как и имена.
Поскольку веретенообразных лицевых зон две – по одной в каждом полушарии, – то крайне редко встречаются случаи, когда человек полностью теряет способность различать лица. Однако частичная потеря такой способности встречается не так уж и редко. Люди, страдающие болезнью Альцгеймера, зачастую не узнают членов своей семьи, что вызывает у последних вполне объяснимые переживания. Причем в ряде случаев подобное происходит именно из-за повреждения нервных клеток в веретенообразной лицевой зоне. Но прозопагнозия, т. е. неспособность распознавать лица, может встречаться и у людей, казалось бы, совершенно нормальных и не страдающих деменцией.
Рисунок. 3.8. Веретенообразная и лицевая области
Третья зона мозга, связанная с распознаванием лиц, – верхняя височная борозда – отвечает, кроме того, о чем говорилось выше, за восприятие движения. Эта зона реагирует на лицевые изменения: изменение выражения, взгляда, движения губ и т. д., – что очень важно в контексте социального общения с присущей ему эмоциональностью. Информацию эта зона получает от лимбической системы, миндалевидного тела и прочих участков мозга, отвечающих за эмоции (более подробно мы рассмотрим их в главе 8). Все эти связи следует расценивать в свете того, что именно эта, а не какая-то другая зона мозга увязывает выражения лиц людей с испытываемыми эмоциями и делает их доступными нашему пониманию.
Верхнюю височную борозду мы используем также для чтения по губам: она объединяет информацию, получаемую из зрительной и слуховой коры, связывая зрительные послания со звуками речи, еще не облеченными в слова, т. е. реагирует наиболее эффективно именно тогда, когда слуховая информация соотносится с движением губ. А это немалое подспорье во время бесед, диалогов и разговоров в ходе ежедневного общения. Умение читать по губам чаще всего помогает людям, утратившим слух, однако все мы тоже в известной степени им пользуемся. Именно эта часть мозга, когда она функционирует должным образом, сообщает нам, что с фильмом или видеофильмом что-то не так, например что звук и изображение не синхронизированы. Она же играет определенную роль и в отслеживании последовательности действий, но там ее роль менее очевидна. Зато когда речь идет о лицах и произносимых словах, ее функция очень даже ясна.
Тот факт, что веретенообразная лицевая область и верхняя височная борозда заведуют лицевой информацией, причем в различных аспектах, подтверждают результаты исследований, проведенных учеными в 2000 году (см. Э. Хоффман и Дж. Хэксби, 2000) с использованием фМРТ. Участникам эксперимента было предложено высказать свое мнение о картинах. Когда они высказывались об особенностях того или иного лица, исследователи зарегистрировали повышенную активность в веретенообразной лицевой области, при этом верхняя височная борозда никак не реагировала. Когда же их попросили высказаться о выражении глаз, то веретенообразная область никак не отреагировала, зато активировалась верхняя височная борозда.
Таким образом, наша зрительная система – система комплексно-социальная. Часть ее действует бессознательно; другие же части слишком сложны, чтобы составить о них вполне четкое представление. Однако работа продолжается, и исследователи постоянно пополняют свои знания, обнаруживая что-то новое; впрочем, это же можно сказать и обо всех зонах и областях головного мозга. Как бы там ни было, мы унаследовали весьма замысловатую систему, эволюционировавшую на протяжении длительного времени – начиная от простейших функций вроде умения отличать наличие света от его отсутствия и заканчивая умением четко распознавать отдельных людей.
1. Существуют виды бессознательного зрения, которое осуществляется механизмами, созданными в ходе эволюции нашего зрительного восприятия. Слепозрение – один из них.
2. При нормальном сознательном зрении информация передается от глаз к таламусу, а затем к зрительной коре. Зрительная хиазма доставляет сообщения от обоих глаз к одной и той же части мозга.
3. В визуальной коре зрительная информация сортируется с целью идентификации основных объектов и объединяется с жизненным опытом, давая нам сведения о цвете и расстоянии.
4. Умение улавливать движение – очень важное свойство в борьбе за выживание, и наш мозг автоматически увязывает отдельные биты информации, создавая из них безостановочное движение.
5. Наша социальная природа отражается на уровне мозга: в его строении выделены специфические зоны, отвечающие за распознавание тел и лиц других людей.
Из следующей главы мы узнаем, как мозг распознает звуки, которые мы слышим, и осмысливает их.