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

Вода знакомая и загадочная

Как мы видим то, что видим

Квантовый мир

Парадоксы науки

Смотри в корень!

Часы. От гномона до атомных часов

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 десятая. Вполне реальный невидимка

...Абстрактное – только усохшее конкретное.

Анатоль Франс. Сад Эпикура

Много месяцев каждый вошедший в рабочую комнату Александры Александровны Невской видел одну и ту же картину: сидит, припав глазом к окуляру аппарата, испытуемый. «Коза», – говорит он. В протоколе появляется галочка. Сменяется диапозитив. Щелчок затвора. «Рука», – слышен ответ. Галочка, смена диапозитива, щелчок, ответ. Галочка, диапозитив, щелчок... И так раз за разом, десятки, сотни щелчков... Пятый, седьмой, двенадцатый испытуемый... День за днем, неделя за неделей. Галочки из протоколов перекочевали на простыни графиков, выстроились в цепочки точек, потом по ним легли осредняющие линии...

Одним испытуемым не говорили, какие будут картинки, другим давали рассматривать их долго и внимательно. И опять щелкал затвор, и опять люди старались увидеть контур в мелькнувшем на миг светлом квадратике – лист, треугольник, портфель, руку, утюг, клещи, окно, лицо, козу...

Мгновение... Вытащить из-за спины и показать на мгновение рисунок проще простого: раз! – и пожалуйста. Однако такое будет не опытом, а игрой. В серьезном эксперименте это «раз» далеко не простое, и совсем нелегко добиться этого «пожалуйста».

Гельмгольц нашел, что скорость передачи раздражения по нервам равна всего 30 метрам в секунду. Новейшие исследования расширили предел: минимум полметра, максимум 100 метров. А глаз способен заметить даже чрезвычайно короткую вспышку, лишь бы была мощной и поставила сетчатке должное число фотонов.

Уникальная чувствительность зрения приводит специалистов по телевизионным системам к выводу, что «зрительный процесс представляет собой абсолютную конечную веху в цепи эволюции». Сетчаткой на нижней границе ощущения «улавливается каждый поглощенный фотон, и дальнейшее увеличение чувствительности маловероятно». В 30-е годы ХХ века советский исследователь Б.Н. Компанейский доказал это, освещая предметы электрической искрой в темной комнате. Хватало одной десятимиллионной секунды, чтобы испытуемый разглядел объект и ощутил его рельефность.

Понятно, что наше сознание не срабатывает за столь безумно короткое время. Даже на усиление энергии фотона требуется, как мы знаем, три тысячные доли секунды, а затем включаются нервные клетки сетчатки, НКТ, различных иных отделов зрительного аппарата... Так что вспышка в десятимиллионную секунды, как и отдельный фотон, тоже лишь палец на спусковом крючке, а стреляет весь зрительный аппарат, обладающий таким важным свойством, как кратковременная память.

Она фиксирует воспринятый сетчаткой образ примерно на четверть секунды. Именно благодаря такой фиксации кадры киноленты сливаются в непрерывную картину. (Строго говоря, это объяснение эффекта движения людей и прочего на киноэкране грешит некоторой примитивностью, потому что в восприятии фильма участвуют не только кратковременная память, но и высшие отделы мозга, которые строят промежуточные положения предмета между двумя кадрами.)

Когда-то думали, что изображение сохраняется именно на сетчатке, коль скоро в ней выцветает «зрительный пурпур», известный нам родопсин. Французский физиолог В. Кюне писал в конце XIX в.: «Сетчатка ведет себя... как целое фотоателье, в котором фотограф непрерывно обновляет пластинки, нанося на них новые слои светочувствительного материала и стирая в то же самое время старые изображения».

Эксперименты, однако, показали связь кратковременной памяти не с сетчаткой, а с мозгом.

Представьте себе, что вы смотрите на лампочку, загорающуюся каждые полсекунды. Вполне естественно, она будет выглядеть мерцающей. Ведь новая вспышка придет к глазу после того, как кратковременная память длительностью в четверть секунды угаснет и перестанет удерживать образ предыдущей вспышки.

Затем опыт усложняют. Правый глаз видит одну лампочку, левый – другую, причем каждая загорается через полсекунды. А интервалы сдвинуты на четверть секунды. Иными словами, новая вспышка света поступает в зрительную систему от одного глаза именно в тот момент, когда кратковременная память готова стереть картинку от предыдущей вспышки, воспринятой другим глазом.

Если бы память находилась в сетчатке, нам казалось бы, что вспышки перепрыгивают из одного глаза в другой. Но этого не происходит. Наблюдателю кажется, что обе лампочки горят одновременно и... непрерывно.

Итак, зрительный аппарат просуммировал сигналы от каждого глаза. Сложение картинок происходит в затылочной коре. Может быть, и кратковременная память находится там же?

И как быть, если экспериментатору нужно представить зрению (не глазу!) картинку на время, меньшее четверти секунды? Напрашивается ответ: выключать кратковременную память. Прекрасно, но где взять выключатель?

Оказывается, таким выключателем должно быть кино.

Очень простенький кинофильм, состоящий всего из трех кадров: сетка из извилистых линий – предъявляемый рисунок – снова сетка. Каждое последующее изображение стирает предыдущее из кратковременной памяти, это точно установлено. И когда человек глядит в аппарат, которым командует Невская, кадры с сеткой распахивают и закрывают в кратковременной памяти «ворота времени». Экспериментатор не сомневается, что картинка предъявлена ровно на столько сотых или тысячных долей секунды, сколько задано с пульта.

Чище всего стирает образы сетка, составленная из наложенных друг на друга контуров всех предметов, какие только демонстрируются во время опыта. С точки зрения кусочного квазиголографического представления понятно, почему: у высших отделов престриарной коры нет основания для того, чтобы каким-то определенным образом «склеивать» пунктир нейронов, выделяющих линии контура, – и вместо осмысленной картинки получается хаос.

Однако надежность опознания рисунка зависит не только от длительности предъявления, но и от того, было ли известно смотрящему, какой набор картинок ему покажут. Я не знал и затратил сто пятьдесят миллисекунд, обычное время для нетренированных участников опыта. А тот, кому картинки знакомы, работает быстрее.

Насколько? Это зависит от числа рисунков, которые он ожидает увидеть. Чтобы опознать одно изображение из возможных двух, хватит 15 миллисекунд, вдесятеро меньше, чем затратит нетренированный коллега. Если возможных изображений четыре, время опознания возрастет вдвое. Восемь картинок увеличат его в три раза, до 45 миллисекунд; 16 картинок – вчетверо...

Опять мы встретились с «поиском по дереву», о котором узнали, рассматривая работу «правого-левого мозга». Тогда подобная поисковая система обнаружилась в левом полушарии: она, как выяснилось, производит дихотомическое разделение обобщенных образов, чтобы зрение смогло опознать предъявленное изображение.

Есть ли у этих двух систем – поисковой и кратковременной памяти – нечто общее? Или это одна и та же система?

Сейчас мы ответим на вопросы.

Но прежде надо отметить, что время опознания стало после опытов Невской точным, бесстрастным критерием, позволяющим проникать в работу зрительного аппарата. Положим, вводит экспериментатор в набор известных картинок еще одну (тот же предмет, но иного размера, повернутый или еще как-нибудь измененный) и смотрит, увеличивается ли время ответа. «Да» – картинка для зрительной системы объективно новая, пусть в словесном ответе это все тот же гриб; осталось время прежним – картинка воспринимается зрением как старая.

Психофизиологические исследования Глезера и Невской, которые впервые продемонстрировали «поиски по дереву», были проведены значительно раньше, чем совместная работа Невской, Леушиной и Павловской, вскрывшая различные опознавательные механизмы правого и левого полушарий. Показывая испытуемым «кино», исследователи еще не знали, что открытый ими способ оценки количества информации, приносимой изображением в мозг, связан с левым полушарием. Поэтому в первом издании этой книги я ничего не мог сказать, какое полушарие пользуется дихотомическим делением, речь шла о восприятии в целом.

Сегодня многое стало ясным, в том числе и механизм поиска «по дереву». Опознание этим путем возможно потому, что левое полушарие (его престриарная кора) обращается с простыми признаками – точно такими же, которые имеются и в правой затылочной коре, – своеобразно: оно их объединяет.

Простые признаки, как мы помним, представляют собой паттерны – совокупности сигналов модулей, на которые природа разбила затылочную кору. Эти признаки, в соответствии с перестройкой «сита» полей НКТ, выделяются последовательно, от самых грубых до самых тонких.

В правой затылочной коре и более высоких отделах зрительной системы правого полушария благодаря простым признакам отражаются вполне конкретные образы, расположенные во вполне конкретном, открывающимся сиюминутно перед глазами, зрительном пространстве. Паттерны, описывающие одинаковые текстуры, объединяются между собою только внутри данной текстуры однородной области – той области, которая «выстрижена» нейронами затылочной коры из фона...

В левом же полушарии объединение простых признаков происходит иначе. Кусочное квазиголографическое представление картины видоизменяется так, что возникает преобразование Меллина (описывать его без формул крайне сложно, поэтому ограничимся одним названием). Оно обладает массой полезных свойств. В частности, сложные признаки – результат объединения большого количества простых – дают возможность очень экономично (с точки зрения использования ресурсов мозга) воспринимать и запоминать предъявляемые изображения. Это резко упрощает оценку связи воспринятого образа с имеющейся в мозгу моделью мира, а в конечном счете позволяет быстро решать, какое действие нужно предпринять.

Сложные признаки выглядят математически как особого рода поверхности – гиперплоскости в многомерном пространстве простых признаков. Чтобы опознать (отыскать в памяти) образ, левому полушарию нет нужды просматривать путь в точку многомерного пространства, как это делает правое. Достаточно определить, справа или слева от гиперплоскости находится искомый сложный признак, и в несколько шагов выйти в искомую область. Грубо говоря, с помощью сложных признаков идет стрельба по площади, а не по точечной цели. Ясно, что если площадь велика, на такое попадание хватит иной раз даже одного «снаряда», даже самого грубого признака («живое – не живое» и тому подобное), хотя в большинстве случаев придется тратить пять – десять.

Отсюда понятно, почему при коротком времени предъявления не различаются, например, картинки «зонтик» и «карандаш». Это происходит не потому, что оба они длинные. Длина есть признак, передающийся и описываемый отдельным каналом – каналом пространственных отношений. По длине, как известно, мы лишь в немногих случаях способны косвенно судить о форме. Причина путаницы в том, что в первые мгновения после саккадического скачка поля НКТ очень грубы, и описание по преобразованию Меллина оказывается очень приблизительным: зонтик и карандаш не различаются потому, что первые члены преобразования у них одинаковы. А поскольку (из-за краткости предъявления, заданного экспериментатором) дальнейший анализ прерывается, испытуемый судит о форме только на основании усеченного набора сложных признаков – и ошибки неизбежны.

Такой механизм зрительного опознавания объясняет, почему левое полушарие лучше справляется с задачами «Установить сходство», а правое – с задачами «Установить различие», а также, почему при анализе сходства мозг ошибается чаще, нежели при анализе различия.

Установить сходство можно уже на самом раннем этапе анализа по преобразованию Меллина, когда поля НКТ крупны и в зрительную систему проходят сведения о низких пространственных частотах, то есть грубых контурах. Для этого достаточно сложных признаков.

А опознать достоверно, по всем мельчайшим подробностям – для этого нужно просмотреть не только сложные, но и все простые признаки, выйти не в область, а в точку многомерного пространства, то есть работать правым полушарием.

Формула, согласно которой действует механизм «поиска по дереву», очень проста: X = 15 lоg2Y, где X – время опознания в миллисекундах, а Y – число картинок, среди которых надо сделать выбор.

Лингвистам известно, что слов, которым соответствуют простенькие рисунки, обиходных слов-понятий типа «птица», «чайник», «дом», «очки» и им подобных, в русском языке около тысячи. Поэтому когда испытуемому не говорили, какой набор картинок будет показан, он был вправе ожидать любую из тысячи. Вряд ли, конечно, он мог назвать эту цифру, но мозг его на основании жизненного опыта уже был настроен именно на такой порядок величины.

Нетренированный человек, стало быть, все равно подготовлен. Только набор образов у него гораздо шире, чем у тех, кто точно знает; сегодня будут показывать вот эти привычные восемь картинок. Подставив число 1000 в формулу, получаем время надежного опознания, близкое к пятнадцати миллисекундам, каким оно и бывает на практике.

Когда я собирал материал для первого издания этой книги, у меня произошел такой диалог с Невской:

– Предварительная установка на решение какой-то задачи заставляет мозг перестраиваться, чтобы возможно скорее произвести сравнение. Мак-Каллок, например, полагает, что для более легкого опознания мозг строит предположительный обобщенный образ предмета до того, как изображение появилось на сетчатке. Возможно, так оно и есть: удачливые грибники утверждают, что в лесу они стараются поотчетливее представить себе грибы, которые ищут... – сказала Александра Александровна.

– Почему же тогда признаки не путаются, когда я вижу несколько вещей? Вот сейчас у меня перед глазами этот хитроумый аппарат, стул, стол, вся остальная обстановка, – спросил я.

– А вы их видите не сразу, а последовательно. Одновременность восприятия не более чем иллюзия. Глаз – система одноо́бразная, если можно так выразиться. Она способна опознать за один раз только один предмет, а затем переходит к опознанию следующего. Я предъявлю сразу пять предметов на очень короткое время, и вы увидите только один. Потом, по мере увеличения экспозиции, появятся второй, третий...*

Сегодня удалось ответить, почему опознание выглядит «одноо́бразным». Правое полушарие, сформировав привлекший наше внимание конкретный образ предмета (заметим, что сформировать – еще не значит опознать), посылает этот образ в левую затылочную кору. И там «выстригает» из полной картины только это изображение, которое далее воспринимается и опознается левой нижневисочной корой с помощью сложных признаков, то есть благодаря преобразованию Меллина. Для этого преобразования существенно важно, чтобы конкретный образ был один, так что «одноо́бразность» есть следствие генетически определенного строения зрительного аппарата левого полушария, следствие законов его работы.

Преобразование Меллина замечательно тем, что после него нет препятствий для проективных преобразований. То есть вы можете реально поворачивать фигурку Деда-Мороза в пространстве, смотреть с разных расстояний так, что на сетчатке будет каждый раз несколько иная картинка (и так ее воспримет правое полушарие), однако в левом полушарии после преобразования Меллина будет все время один и тот же ответ: Дед-Мороз.

Говоря иначе, благодаря этому преобразованию (вот только как природа до него додумалась?) зрительный аппарат человека и высших животных приобретает способность к инвариантному восприятию, при котором и большой гриб, и маленький, и средний (понятно, одной и той же формы) выглядят обобщенным образом данного гриба.

Благодаря преобразованию Маллина наш зрительный аппарат воспринимает предметы инвариантно

Рис. 62. Благодаря преобразованию Маллина наш (и по крайней мере высших животных) зрительный аппарат воспринимает предметы инвариантно, то есть вещь опознается как «та самая», хотя проекции ее на сетчатке будут разной величины в зависимости от расстояния, на котором она находится. Эти результаты получены А.А. Невской в лаборатории В.Д. Глезера

Жизненный же опыт как раз и состоит в том, чтобы выучиться правильно оценивать варианты. Узнавать без ошибок, когда гриб видится маленьким потому, что размер его таков, а когда – потому, что он далеко. Скорее всего, в этой оценке играют роль текстуры, различаемые на поверхности предмета, а также соотношения предметов между собою. Бесспорно, вносит свой вклад и врожденный механизм определения дальности с помощью нейронов диспаратности (о них – чуть позже).

Взять в руки вазу и вертеть, чтобы увидеть со всех сторон... Неукротимая потребность эта заложена с детства, когда мы вертели игрушки, чтобы дать зрительному аппарату левого полушария возможность увидеть их в разных ракурсах и сформировать признаки, обеспечивающие инвариантность восприятия. Дело это долгое и трудное. Лишь к 13 годам левое полушарие ребенка демонстрирует такие характеристики опознавания, которые свойственны взрослому.

Но когда в левой нижневисочной коре, куда поступают сложные признаки формы изображений, сформировалась зрительная абстракция предмета, мы даже при кратковременном предъявлении опознаем объект, под каким бы углом он для нас ни находился: лошадь выглядит лошадью что сбоку, что спереди, что сзади.

Однако лошадь стоящая и лошадь бегущая – для зрительного аппарата абстрагирования уже разные образы. Они не инвариантны между собой. Точно так же не сливаются воедино зрительные абстракции «пятерня» и «кулак», «чайник для заварки» и «чайник для кипятка», хотя в сознании нашем они объединены словами «лошадь», «рука» и «чайник». Зрительные абстракции, как видим, дают пищу для абстракций более высокого ранга. И что все они находятся в одном и том же левом полушарии, да еще в височной области коры (которая, как известно, прямо связана с речью), выглядит уже не совпадением, а чем-то гораздо большим. Впрочем, это настолько серьезная тема, что ей отведена заключительная глава, так что подождем...

Преобразование Меллина отвечает и еще на один вопрос: почему мы отличим волка от собаки, а уж тем более волка от медведя, но не в силах ни представить, ни нарисовать абстрактного волка или медведя, хотя структуры для их опознания существуют?

Дело в том, что после меллиновского преобразования образ совершенно теряет кусочно-квазиголографическое представление. Из конкретного образа извлекаются его сложные признаки, но таким способом, что обратный путь «сложить в образ» становится невозможным. Зрительная абстракция реально присутствует в левой нижневисочной коре, записанная в виде соответствующих изменений нейронной сети, в «терминах мозговой математики». Впрочем, полушария обмениваются информацией, и абстрактный образ (вызванный обозначающим словом) оказывается сразу же представленным в правом полушарии с помощью запомненных там подобразов и пространственных отношений. Немало людей умеют такой образ нарисовать, а уж сказать, отличается ли рисунок от внутреннего левополушарного представления, может каждый. И в этом, как видим, нет ничего странного.

Правое полушарие получает схему зрительного аппарата от природы, генетически. И работает он по генетически заданным правилам. Поэтому у любого человека конкретное дерево представится конкретно, то есть именно таким, каково оно есть, со всеми своими ветвями и прожилками на коре. Работа правого полушария, иначе говоря, не зависит от личности человека, и потому допускаемые этим полушарием зрительные ошибки в известной мере «стандартны». В то же время дефекты в правом полушарии приводят к тому, что восприятие становится чрезмерно глобальным, теряет способность к тонким различениям внешне одинаковых предметов и образов.

С левым полушарием дело обстоит иначе. По мере развития ребенка его полученный наследственно левополушарный зрительный аппарат преобразуется, формируется для зрительно-абстрактного опознания. Это установлено экспериментально. Работа левого полушария, определяемая воспитанием и иными социальными факторами, оказывается сугубо индивидуальной, связанной с личностью, (эксперименты показывают, что персональны также левополушарные зрительные ошибки).

Поэтому когда, догматически понимая разделение людей на «художественные» и «мыслительные» натуры, пытаются противопоставлять работу одного полушария работе другого, попытка эта оказывается нелепой.

«Абстрактный невидимка», живущий в левом полушарии, необходим мыслящему образами художнику ничуть не меньше, чем математику, иначе человек искусства не уйдет дальше создания частных, мало кому интересных композиций. Ведь хотя оба полушария и способны вырабатывать обобщения, но правое обобщает лучше по внешнему сходству, а левое – по функциональному.

Человек на протяжении своей жизни воспринимает массу информации, приобретает, как говорят, некоторый «алфавит» образов, с помощью которого быстро оценивает ситуации, принимает решения о своих действиях. С этими задачами лучше справляется левое полушарие. А правое способно решать такие зрительные задачи, для которых нет сложившегося «алфавита» образов, нет привычных зрительных описаний.

Левое полушарие – для привычного, правое – для нового. Так можно подвести итог.

 

• Глава одиннадцатая. Стереоширокоэкранное для каждого

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