Фокусы мозга: Как нейронаука объясняет иллюзии восприятия - Хорди Ками

Аксоны ганглионарных нейронов образуют зрительный нерв и служат единственным средством связи между сетчаткой и мозгом. Передача информации по нему — первый из серьезных ограничивающих факторов, влияющих на то, как мы в итоге интерпретируем любое изображение. Считается, что из огромного потока информации, которую глаз получает каждую секунду, в мозг передается всего один мегабайт в секунду (1 МБ/с, или 0,0014% от общего объема). Таким образом, скорость передачи данных по зрительному нерву примерно такая же, как у сети Ethernet.

В том месте сетчатки, где начинается зрительный нерв, — так называемом слепом пятне — рецепторы отсутствуют. Соответственно, мы ничего не должны видеть в этой точке — однако мы даже не догадываемся, что слепое пятно существует, поскольку мозг заполняет пробел, усредняя данные, получаемые из непосредственно примыкающих областей. Это явление можно назвать заполнением (см. рис. 2.4a).

Рис. 2.4b. Демонстрация дополнения. Если зафиксировать взгляд на центре картинки, то через несколько секунд вся сетка станет казаться такой же однородной, как сетка в центре. Бессознательный процесс дополняет слабо детализированные периферические участки правильной структурой из центральной части картинки. Изображение используется с разрешения автора, Рёта Канаи

Кроме того, существует и дополнение, когда информация, принимаемая очень специфической областью сетчатки, которая расположена рядом со слепым пятном и называется «центральная ямка», экстраполируется на периферические области поля зрения (см. рис. 2.4b). Центральная ямка обеспечивает нам острое зрение.

Дополнение происходит, когда изображения, воспринимаемые центральной ямкой и периферией сетчатки, практически совпадают друг с другом. Такая иллюзия однородности — явление, при котором стимулы, поступающие от периферии, дополняются информацией из центра, — подтверждена для целого ряда различных зрительных характеристик, включая форму, ориентацию, движение, яркость (световой поток, падающий на поверхность, пересекающий ее или выходящий из источника), узор и идентичность [2].

Фоторецепторы:

палочки и колбочки

В сетчатке человеческого глаза имеются фоторецепторы двух типов: палочки и колбочки. Палочек среди них гораздо больше (около 100 миллионов), и они распределены по всей периферии. Колбочки не так многочисленны (около 6 миллионов), и их плотность максимальна в центральной ямке, которая занимает не более двух процентов от общей поверхности сетчатки и обеспечивает нам острое зрение.

Палочки и колбочки обладают совершенно разной чувствительностью к свету и в определенном смысле дополняют друг друга. Палочки реагируют, даже если на мембрану клетки попадает всего один фотон. Но когда интенсивность освещения немного возрастает, они мгновенно адаптируются и перестают как-либо отвечать.

Благодаря палочкам мы неплохо видим в сумерках, в серой гамме и при отсутствии цвета, но для дневного зрения они бесполезны. Колбочкам, наоборот, нужен гораздо более интенсивный световой поток. Они активируются лишь при одновременном поступлении тысяч фотонов.

Существует три типа колбочек, каждый из которых «настроен» на свой диапазон длины волн, что примерно соответствует нашему восприятию красного, зеленого и синего цветов. Широкий спектр цветов, которые мы различаем, отражает сочетание сигналов от колбочек этих трех типов в разных пропорциях.

Колбочки позволяют нам хорошо видеть днем; ночью же или в условиях недостаточной освещенности они неактивны. Именно поэтому так опасно идти или ехать по плохо освещенной дороге на рассвете или в сумерках. В таких условиях палочки не реагируют, потому что адаптировались к текущему освещению, а колбочки тоже не реагируют, потому что для них слишком мало света. В результате возникают опасные зоны функциональной слепоты.

Эта особенность палочек и колбочек — одна из важных причин, по которым фокусники иногда предпочитают выступать в полумраке. Незаметно для нас слабое освещение способствует маскировке и снижает привычную четкость зрения.

Что видит мозг

Как уже было сказано, мы отбираем и воспринимаем лишь малую часть поступающей информации. Более того, то, что сетчатка передает в мозг, не является точным отражением реальности. Скорее, это информация, обработанная таким образом, чтобы подчеркнуть границы, отличия и контрасты. Далее различные части мозга используют эти элементы, чтобы поэтапно выстроить изображение. Так что на самом деле видит именно мозг, а не глаза.

Мы описали в общих чертах нервную и зрительную системы, а теперь расскажем, как художники помогли ученым понять принципы обработки зрительной информации. Казалось бы, что общего между нейронаукой и искусством? Но, взглянув на мир глазами художника, мы можем лучше понять мозг. Ведь в некотором смысле работа художника не так уж сильно отличается от работы нейробиолога (или фокусника), и во многих отношениях у нас больше общего, чем различного.

Тысячелетиями художники создают на неподвижной двухмерной основе, например на каменной стене или холсте, изображения, проецирующие их восприятие окружающего мира. Для этого они изобретают индивидуальный язык, собственную «грамматику», основанную на сочетании узоров и форм, цветов и яркости. Нейробиологи же действуют наоборот: они пытаются установить, по каким правилам работает мозг, то есть понять, какую внутреннюю «грамматику» мозг использует, когда выстраивает «субъективную реальность» на основе зрительной информации об окружающем мире. При этом мозг, как и живописец, имеет в своем распоряжении только последовательность двухмерных изображений, которые в непрерывном режиме проецируются на сетчатку, будто на своеобразный холст. Таким образом, и художники, и нейробиологи, изучая влияние таких элементов, как перспектива, цвет, форма, движение и контраст, как бы смотрятся в воображаемое зеркало, стремясь лучше понять, как мы видим мир.

Одно из первых открытий, которое сделали и художники в своих работах, и ученые в лабораториях, связано с восприятием формы (правда, ученые пришли к нему на сорок тысяч лет позже, чем художники).

Истоки искусства

Уже первые художники — те, кто рисовал животных и сцены охоты на стенах пещер, — понимали, что достаточно нарисовать «границы» предмета, чтобы создать яркий жизненный образ. Это возможно благодаря тому, что клетки сетчатки распознают основные зоны на изображении по резкому локальному изменению количества отраженного или излучаемого света. Общее название для таких резких переходов — контраст, и чаще всего они располагаются вдоль границ объектов. Как мы увидим далее, понятие контраста играет центральную роль в демонстрации фокусов.

Как контраст попадает в мозг? Начнем с того, что сетчатка трансформирует любое изображение в рисунок из простых линий. Во все века художники обнаруживали, что такие рисунки и даже простые наброски способны производить — и часто действительно производят — впечатление более сильное, чем точное воспроизведение оригинала.

Но почему? Почему изображение, которое содержит меньше зрительной информации, оказывается более убедительным, чем насыщенное деталями? Ученые Патрик Каванах и Вилейанур Рамачандран полагают, что простое изображение производит более сильное