Перейти в начало сайта Перейти в начало сайта
Электронная библиотека «Наука и техника»
n-t.ru: Наука и техника
Начало сайта / Раритетные издания / Как мы видим то, что видим
Начало сайта / Раритетные издания / Как мы видим то, что видим

Научные статьи

Физика звёзд

Физика микромира

Журналы

Природа

Наука и жизнь

Природа и люди

Техника – молодёжи

Нобелевские лауреаты

Премия по физике

Премия по химии

Премия по литературе

Премия по медицине

Премия по экономике

Премия мира

Книги

Бермудский треугольник: мифы и реальность

Время, хранимое как драгоценность

Генри Форд. Моя жизнь, мои достижения

Популярная библиотека химических элементов

Луи де Бройль. Революция в физике

Ученые – популяризаторы науки

Издания НиТ

Батарейки и аккумуляторы

Охранные системы

Источники энергии

Свет и тепло

Научно-популярные статьи

Наука сегодня

Научные гипотезы

Теория относительности

История науки

Научные развлечения

Техника сегодня

История техники

Измерения в технике

Источники энергии

Наука и религия

Мир, в котором мы живём

Лит. творчество ученых

Человек и общество

Образование

Разное

Как мы видим то, что видим

Вячеслав Демидов

Глава девятая. В правом, конкретном...

...Так разум среди хаоса явлений
Распределяет их по ступеням
Причинной связи, времени, пространства
И укрепляет сводами числа.

Максимилиан Волошин

Бывают такие зрительные агнозии, когда видимый мир распадается на фрагменты, никак между собой не связанные. Показывают больному ножницы, он видит прямое лезвие и говорит: это меч. Потом замечает острые концы: нет, это, наверно, вилы... Смотрит дальше – узнает кольца, но они у него никак не связываются с лезвиями: полагает, что это очки...

Какой же вывод должен сделать исследователь? Только тот, что в нашем зрительном аппарате имеются две независимые системы. Одна выделяет из картинки фрагменты, подобразы – лезвия, кольца и так далее. Другая из этих подобразов составляет целостное изображение – ножницы. Если вторая система выйдет из строя, первая различит подобразы, но в образ они не сольются. Ну а если первая система откажет, тогда и говорить не о чем: опознавание станет невозможным, даже если перед глазами наипростейшая фигура.

В свое время В.Д. Глезер выдвинул в книге «Механизмы опознания зрительных образов» гипотезу: зрительная система обладает двумя основными каналами: каналом обобщенного образа предмета (или даже целой сцены) и каналом пространственных отношений.

Первый обеспечивает опознание форм предметов и их подобразов – как контурных, так и отличающихся текстурами.

Второй заведует опознанием взаимного расположения предметов и деталей; иными словами, именно благодаря его действию формируется пространственный, топологический образ внешнего мира.

Клинические наблюдения говорили, что канал формы связан с нижневисочной областью коры (какого полушария – в то время вопрос еще не ставился), а канал пространственных отношений – с заднетеменной.

Бабочка, настольная лампа, ландыш, молоток, балалайка, высокочастотная кривая, рыба-елка-тарелка, кувшин-утюг-молоток-нож, туфля-часы-маска

Рис. 58. Слева направо и сверху вниз: бабочка, настольная лампа, ландыш, молоток, балалайка, высокочастотная кривая, рыба-елка-тарелка, кувшин-утюг-молоток-нож, туфля-часы-маска. Некоторые картинки скрыты «шумом» – мешающими кривыми. Если вы не видите хотя бы одного предмета, полезно обратиться к врачу-офтальмологу: возможно, у вас что-то не в порядке со зрением

Чтобы вполне удостовериться, действительно ли теменные области коры отвечают за ориентацию в пространстве, сотрудница Лаборатории, кандидат биологических наук Нина Владимировна Праздникова провела в 1977 г. ряд опытов.

Выяснилось, что когда у собаки удаляют определенный участок теменной коры, то животное хотя и отличает крест от квадрата, но совершенно перестает распознавать, где в этом квадрате стоит черная точка. А ведь перед операцией пес отлично справлялся с этой, в общем, весьма простой задачей.

Произошло вот что: нож хирурга разрушил «операторы пространственных отношений» (те самые нейроны, которые говорят цыплятам, длинный впереди туловища птицы выступ или короткий, скользит ли над птичьим двором безобидная утка или злой ястреб), и выбор квадрата стал случайным.

За прошедшие десятилетия было установлено множество новых фактов. И в частности, такой: зрительные агнозии, которые мы описывали только что, – следствие поражений правого полушария.

Из рисунка дома больной выделяет только отдельные фрагменты и говорит: вижу перекладины... что-то вроде окна. Врач спрашивает: а дом видите? Но эта прямая подсказка проходит мимо: вот окно вижу... а дома нет, не вижу... Таков результат опухоли в правой теменной области.

Какой же нейронный механизм оказался задет? Нейроанатомы установили, что из затылочной коры, от модулей кусочного квазиголографического представления увиденной картины, сигналы идут в престриарную область. Она находится на пути к теменной и височной зонам коры. В престриарной области происходит еще одно преобразование зрительного сигнала, но теперь уже с опорой не столько на сигналы сетчатки, сколько на те паттерны, которые вырабатываются модулями затылочной коры.

Дело том, что, хотя эти модули и умеют «выстригать» своими нейронами подобраз из фона (и даже образ, если он весь заполнен одной и той же текстурой), их «пунктир» остается разобщенным. Он физически существует, но никак его «штрихи» еще не объединены, а значит, делать с ними дальше ничего не удастся. И природа поручила нейронам престриарной коры важную миссию объединения. В результате здесь формируется уже вполне законченный подобраз той самой формы и заполненный той самой текстурой, как это есть в действительности (еще раз подчеркну: все описанное происходит не в геометрической, а в математической форме, причем связанной с многомерным пространством сигналов).

Форма и текстура оказываются, таким образом, слиты воедино. Нельзя видеть форму и не замечать текстуру, и наоборот. Признаки того и другого сцеплены плотно, нераздельно.

Кроме того, престриарная кора дает возможность продолжать мысленно контуры предметов там, где их, формально говоря, не видно. Вот, смотрите: лежащая на столе книга закрыла его край, но стол от этого не теряет края, мы его наблюдаем как бы сквозь книгу.

А в специально сделанных рисунках действительно (хотя это и называют иллюзией) человек видит контуры там, где они не прочерчены, а лишь только возможны. Хорошо это или плохо? По большей части, конечно, хорошо. Такая особенность преобразования зрительного сигнала дает нам и другим высшим животным возможность видеть мир состоящим из цельных предметов, пусть они частично закрывают друг друга: они не распадаются на бессмысленные фрагменты, как непременно было бы, отсутствуй описанная специальная обработка сигналов в престриарной коре.

Почему такое видение неизбежно, ответ ясен. Модулям престриарной коры, задача которых – объединять сходные сигналы в единое целое, ничего не остается, как заполнять разрывы подходящими текстурами, дабы в конце концов получился целостный контур.

И когда мы говорим о «хорошей», «соразмерной», «приятной для глаза» форме предметов, мы, в сущности, оцениваем работу нейронов престриарной коры: смогли ли они представить такие текстуры, которые легко объединяются в более крупные агрегаты – «образы». А так как текстурой можно считать и цвет, напрашиваются мысли о роли этой области коры в колористике, в оценке и в подборе гармонирующих красок... К сожалению, престриарная кора исследована еще очень мало, и поэтому не будем заниматься беспочвенными спекуляциями.

Но вот что хорошо известно, так это то, что после престриарной коры текстурные подобразы оказываются в нижневисочной коре, а данные о расположении этих подобразов в пространстве – в заднетеменной (естественно, правого полушария – в этой главе мы говорим только о нем). Причем ситуация представлена очень компактно, обобщенно, так что и стена далекого леса, и книги на полке, и гребенка окажутся родственниками, поскольку все это – «вертикально ориентированные текстурные подобразы, стоящие в ряд».

Во время исследования зрительной системы испытуемым в Лаборатории показывали такую картинку: лиса ловит сачком бабочку, а рядом стоит козленок. Так вот, при экспозиции 40 миллисекунд (то есть 40 тысячных долей секунды) человек ничего не видел. При 60 говорил, что «кто-то поднял что-то на кого-то». При 160 видел сачок и какое-то животное. И только при 320 миллисекундах называл лису. Выходит, ситуации опознаются гораздо раньше, чем участвующие в сцене предметы?

Описанный опыт был проведен в ленинградском Институте телевидения профессором Ильей Ионовичем Цуккерманом и В.Д. Глезером. Когда я спросил у них, как можно объяснить такую приверженность к ситуациям, то в ответ услышал:

– Ну хотя бы с точки зрения эволюции. Чтобы выжить, нашим далеким предкам, да и не только им, требовалось в первую очередь опознать, что «кто-то терзает кого-то», нежели детально выяснять: тигр это или леопард. Кто умел быстро разбираться в опасной ситуации – выжил, а кто не умел – тому судьба вряд ли благоприятствовала...

Но вот установлены пространственные отношения. Выявлены подобразы. Что дальше?

Работа правого (конкретно воспринимающего мир) полушария

Рис. 59. Работа правого (конкретно воспринимающего мир) полушария

Оказывается, заднетеменная кора посылает запросы в нижневисочную и извлекает оттуда подобразы (об этом говорит характер нейронных связей между областями коры). После чего в правом полушарии формируется полное описание того, что происходит перед взором на самом деле. И мы видим конкретный предмет или сцену со всеми их неповторимыми деталями. И конечно, запоминаем – точно так же, как запоминаются в соответствующих участках зрительной коры подобразы и пространственные отношения, чтобы потом можно было их опознать при новой встрече.

Причем есть данные, говорящие, что в правой заднетеменной коре имеются две отдельные программы сборки образа из подобразов. Одна программа описывает только пространственные отношения между объектами в сложной, многофигурной сцене. Другая же – только пространственные характеристики размещения подобразов одиночного предмета. И что самое важное, при этом формируются своеобразные шкалы для измерений: те самые, которые позволяют сказать, что нос длинный, а сложение полное.

У собак обе эти программы тоже существуют. И после одних удалений, проведенных экспериментатором в заднетеменной коре собачьего мозга, животному становится все равно, находится квадрат справа или слева от треугольника, а после других – собака не различает треугольники и квадраты.

Мы опознаем прежде всего ситуацию, причем гораздо быстрее, чем те фигуры, которые в ней участвуют, – вот причина того, что свидетели дорожной аварии видят ее совсем по-разному. И эта быстрота понятна: оценивается привычная ситуация, для которой в заднетеменной коре уже давно припрятана готовая схема – результат жизненного опыта.

Однако чтобы ее детально конкретизировать, надо потрудиться: надо извлекать подобразы и собирать их в конкретную картину, на что требуется время и соответствующий зрительный материал. «Врет, как очевидец» – эта ироническая поговорка имеет, увы, под собой серьезное нейрофизиологическое обоснование... Хороший следователь и хороший историк прекрасно осведомлены об этой особенности человеческого припоминания. Сиюминутно свидетель конструирует прошлое (оно всегда прошлое, даже минуту спустя, ибо настоящее – это то, чем занимается человек, излагая свою версию), конструирует не только из подобразов, бесспорно существовавших в момент описываемого события, но и из таких, которые могли бы в принципе быть.

У строителей тоннелей есть термин «сбойка», когда две бригады, шедшие с разных сторон горы, встречаются в точно назначенном месте. Работу правого полушария, опознающего зрительные образы, Глезер представил, исходя из нейрофизиологических данных. Американский же специалист по робототехнике и искусственному интеллекту Марвин Минский пришел к аналогичным выводам, опираясь на математические абстракции проблемы искусственного интеллекта. Не правда ли, великолепная сбойка?

Минский предположил, что «когда человек сталкивается с новой ситуацией (или существенно меняет точку зрения на прежнюю задачу), он извлекает из памяти определенную структуру, называемую фреймом». Слово это по-русски значит «остов», «скелет». Каждый фрейм описывает какую-либо ситуацию – пейзаж, комнату, заводской цех и так далее. Таким образом, фрейм представляет собой некую структуру сведений, причем не только зрительных, но и многих иных. Например, как следует себя вести в данной ситуации, что можно ожидать в ней, какие шаги предпринять, если ожидания не сбудутся, и так далее. Кроме того, различные фреймы могут представлять не только разные ситуации, но и разные ракурсы, под которыми мы рассматриваем (в буквальном и переносном смыслах) сцену или предмет.

Немногие из элементов, на которые разлагается изображение, что позволяет увидеть его в целостности

Рис. 60. Это лишь немногие из элементов, на которые разлагается изображение (в левом нижнем углу), чтобы в конечном итоге мы смогли бы увидеть это изображение во всей его целостности

Затем Минский делает предположение, что каждый фрейм состоит из двух частей: основы, всегда истинной в предполагаемой ситуации, и связанных с основой ячеек, которые надо заполнять конкретными данными.Нетрудно видеть здесь полную аналогию между совместной работой заднетеменной коры, поставляющей образ конкретной пространственной ситуации, и нижневисочной коры, где содержатся подобразы.

Мы знаем, что квазиголографические образы и подобразы находятся в отношениях, напоминающих матрешку: внутри каждого подобраза можно отыскать подподобразы. И ячейки фрейма сами могут быть фреймами со своими ячейками более низкого ранга, а все множество фреймов – объединенным в «сверхфрейм» (термин, предложенный Глезером).

Конструкт этот отражает наши знания о мире и о возможных в нем ситуациях. Таким образом, когда при кратковременном показе наблюдатель видел, что «кто-то поднял что-то на кого-то», – это означало опознание только верхней части фрейма, опознание стандартной ситуации (напомним, что для этого какая-нибудь подобная ситуация непременно должна быть увидена в прошлом и зафиксирована в памяти). Однако времени было недостаточно, чтобы заполнить ячейки фрейма подобразами данной ситуации: лиса, сачок и так далее. Лишь когда время рассматривания увеличилось и информационный поток от заднетеменной коры слился с потоком от нижневисочной в единую совокупность, содержание картинки удалось распознать.

Совместная работа упомянутых участков коры правого полушария объясняет, почему мы можем хорошо различить вид местности при ударе молнии, хотя продолжительность вспышки значительно меньше того времени, которое необходимо для точного опознания предмета. Ведь мы всегда видим более или менее привычные картины, опираемся на заключенный в памяти багаж. И, обозревая ситуацию, перемещаем не столько взор, сколько внимание во внутреннем пространстве нейронных структур. Этой работой занимается заднетеменная кора, вполне достойная титула «механизм внимания».

Разделение функций между заднетеменной и нижневисочной корой делает понятными многие агнозии, связанные с правым полушарием.

Кровоизлияния и опухоли в правой височной коре (и, конечно же, нарушения в проводящих путях от престриарной коры к нижневисочной) приводят к предметной агнозии. Больной не видит, что перед ним: стол, стул или тумбочка; он замечает нечто неясное, распознает светлые и темные пятна и делает догадки на основе того, как эти пятна размещены в пространстве. Поэтому он и называет скамейку диваном, а телефон часами. Однако, взяв телефон в руки, он тут же опознает его: тактильное и мышечное чувства не затронуты болезнью, и они вызывают в памяти образ, соответственно с которым человек действует.

Может показаться, что такой больной все же различает какие-то формы. Ведь когда ему предъявляют карандаш и авторучку, он говорит, что не знает, какие это предметы, но видит, что они оба длинные. Более того, немецкий психиатр Гольдштейн описал в начале века своего пациента, который во время исследования не различал ни треугольников, ни квадратов, ни иных геометрических фигур, но превосходно играл в кости и карты.Видел он или не видел форму фишек домино и карт?

Мы получим ответ, рассматривая зрительную систему такого больного с позиции разделения функций между заднетеменной и нижневисочной областями правого полушария. Ведь длина, ширина, высота – это характеристики, которые извлекаются из поступившего в затылочную кору изображения совсем иным каналом, нежели форма, – каналом, связанным со здоровой теменной корой. А мозг человека, этот фантастически гибкий, перестраивающийся механизм, привлекает сведения из прошлого опыта, использует тактильное и мышечное чувство, опознаёт слуховые образы, – и в результате конструирует из туманных, бесформенных пятен картину мира, в котором можно существовать и при легких расстройствах мозга даже не замечать недуга.

Насколько изощренной может быть такая перестройка, показывает случай с женщиной, которую чуть было не признали симулянткой. Эту очень интеллигентную старушку обследовали в клинике Психоневрологического института им. В.М. Бехтерева. Ее направили туда с диагнозом: сильнейшая предметная агнозия. Однако когда врач показал рукой на висевший в кабинете портрет и спросил, кто на нем изображен, женщина ответила не задумываясь: Бехтерев. И объяснила: струится! (Струящимся потоком ей всегда представлялись волосы бороды.) Потом сказала, что стены кабинетов бывают украшены портретами известных личностей, нередко имеющих прямое отношение к данному учреждению (например, театру), а поэтому портрет бородатого мужчины в кабинете Института им. В.М. Бехтерева – портрет самого Бехтерева.

А вот поражения правой заднетеменной коры приводят к тому, что, совершенно правильно описывая и узнавая фрагменты, человек не в состоянии слить их в целостный образ. Пространственные отношения между ними становятся непредставимыми, исчезают из перцептивного пространства, да и сомнительно, сохраняется ли вообще это пространство в сознании.

Расстройство правой заднетеменной области не позволяет понять, в чем нелепости этих картинок, а также свести отдельные фрагменты в целостный образ

Рис. 61. Расстройство правой заднетеменной области не позволяет понять, в чем нелепости этих картинок, а также свести отдельные фрагменты в целостный образ

Помните, больной острые концы ножниц называл вилами, а кольца – очками? Это потому, что вывод о форме он делал по отдельным подобразам, а не в результате опознания пространственных отношений между ними и слияния их в образ. Так что грубые ошибки тут совсем не удивительны.

Ленинградский психиатр А.Г. Меерсон показывал больным с легкими расстройствами правой заднетеменной коры (легкими потому, что рисунок они видели) рисунки, в которых отдельные части предметов были отделены друг от друга: скажем, носик чайника находится в стороне от корпуса. Такой отрыв детали, а тем более резкое смещение или поворот были непреодолимым препятствием для сборки подобразов в образ.

Или другой рисунок: дерево согнулось под напором ветра, крона сместилась куда-то в сторону от ствола. Больной, у которого нарушена заднетеменная кора, не понимает, что это дерево. Здоровому же мозгу доступны операции смещения и поворота – функции этой коры, и мы легко опознаем предмет с отделенными и повернутыми фрагментами, говорим: это дерево, согнувшееся под ветром.

Способность мозга к восстановлению искаженных образов колоссальна. Мне довелось проверить это на себе, рассматривая на Международной выставке книги толстый фолиант, посвященный творчеству Пикассо – тому периоду, когда художник занимался «разложением» реальности на фрагменты. Он причудливо деформировал лица моделей, так что портреты переставали быть портретами в обычном понимании этого слова. Мне всегда оказалось, что такая изломанность, такое смещение всего и вся полностью убивает портрет, что в нем сходство подменяется буйной фантазией художника. Но в той книге, которую я рассматривал, эти картины были собраны в серии, каждая посвященная одному из персонажей мастера.

И вдруг, глядя на эти мозаики, я поймал себя на мысли, что нахожу явное сродство картин в каждом ряду между собою. Мозг, этот великий собиратель подобразов, свел разбросанные на плоскостях носы, рты и уши воедино, придал им такую ощутимую портретность, что даже показалось: пройди сейчас мимо меня персонаж картины, и я его узнаю... Да, Пикассо хотел взорвать реальный образ, расчленить, раскидать его на мелкие кусочки, но он ничего не мог поделать с природой зрения. Она сильнее. Единственное, чего смог добиться создатель полотен, – это только того, что мы стали тратить больше времени и мозговой работы, дабы опознать изображенное (не будем вдаваться в обсуждение эстетических приобретений и потерь при такой манере живописи), а люди, недостаточно тренированные, не освоившие этого непривычного художественного языка, оказываются вообще не в состоянии его понять.

Взаимодействие височной и затылочной коры правого полушария – ключ к пониманию того, зачем глаза наши перебегают от одного информационно богатого фрагмента к другому. Мы схватываем сразу пространственную ситуацию, но чтобы конкретизировать ее, должны наполнить содержанием ячейки фрейма. Вот и блуждают глаза по картине, выхватывают то ту, то другую особенность – данные о форме и текстуре подобразов. И делают это не раз, не два, ибо точный образ нуждается в прочно зафиксированных памятью деталях.

Обход связан с той задачей, которую ставим перед собой сознательно или бессознательно. Эту особенность, как помним, хорошо демонстрировали узоры, нарисованные зеркальцем в опытах Ярбуса. Механизм внимания (увы, мы еще так мало знаем о его работе) выбирает из пространственной картины, в которой разместились предметы, именно такие подобразы, которые требуются для решения задачи. А очень точные скачки взора как раз и показывают, что мы видим всю картину сразу до того, как уточним ее фрагменты.

Такой подход к механизму скачкообразного осмотра поля зрения позволяет иначе, более достоверно, объяснить результаты, полученные Нотоном и Старком: дело не в сигналах глазодвигательных мышц, не они кодируют расположение фрагментов в поле зрения. Мир строится из деталей, все верно, только детали отбираются не как попало, а в соответствии с тем «скелетом» образа, который уже сформировался и находится в правой заднетеменной коре.

Смотрите, какая получается цепочка преобразований.

Прежде всего сетчатка разбивает картину на миллионы точек.

Затем ганглиозные клетки сетчатки с помощью своих полей превращают дискретное, мозаичное образование в пятна, то лежащие рядом, то перекрывающиеся.

Далее НКТ своими пульсирующими полями проверяет эти пятна на содержание пространственных частот: подготовляет работу нейронов затылочной коры, которые отражают мир кусочным квазиголографическим образом и непременно текстурно.

В итоге поле зрения оказывается разбитым на множество фрагментов, в каждом из которых модули затылочной коры вычисляют простой признак текстуры. Это необходимо для того, чтобы нейроны затылочной коры смогли «выстричь» подобраз из фона, а клетки престриарной – собрать «пунктир» выстрижения в подобраз, казалось бы, давно уже превратившийся в ничто после этих бесконечных преобразований.

 

• Глава десятая. Вполне реальный невидимка

Оглавление


Дата публикации:

25 ноября 2011 года

Электронная версия:

© НиТ. Раритетные издания, 1998

В начало сайта | Книги | Статьи | Журналы | Нобелевские лауреаты | Издания НиТ | Подписка
Карта сайта | Cовместные проекты | Журнал «Сумбур» | Игумен Валериан | Техническая библиотека
© МОО «Наука и техника», 1997...2018
Об организацииАудиторияСвязаться с намиРазместить рекламуПравовая информация
Яндекс цитирования
Яндекс.Метрика