Слепая физиология. Удивительная книга про зрение и слух

Объекты всегда располагаются в каком-то окружении, и это окружение с определенной долей уверенности можно попытаться реконструировать. В одном эксперименте людям показывали фотографии лесов, пляжей или, например, индустриальных зон[85]. Примерно четверть каждой фотографии была закрыта белым пятном, и соответствующие этой области нейроны зрительных зон V1 и V2 не получали никакой информации о ней, однако исследователи зафиксировали их активность. Во многом это связано с тем, что к этим нейронам поступала информация от зрительных зон более высокого уровня, которые отвечают за построение общего представления о картинке.
Когда участников эксперимента попросили дорисовать те части фотографии, которые были закрыты белым, они довольно точно дополнили недостающую информацию. Судя по всему, они создали внутреннюю модель того, что должно было располагаться на этом месте. Возможно, что такая модель формируется в зрительных зонах более высокого уровня, а затем по петлям обратной связи корректирует активность нейронов более низкого уровня. В жизни мы, по-видимому, постоянно формируем и уточняем такие модели, чтобы понять, что еще должно перед нами присутствовать кроме того, что мы можем увидеть в данный момент.
Лиаму сложно интерпретировать изображения, и пейзажи ему нравятся меньше всего. В детстве он никогда не смотрел вдаль, и из-за этого он не может создать внутренние модели обширных панорам. Пусть нейроны его зрительных зон более низкого уровня отзываются на какие-то элементы пейзажа, без когнитивных моделей общей панорамы его нейронные сети не обучены распознавать самые важные структуры и закономерности. Лиаму сложно понять, что он видит перед собой – особенно когда смотрит на что-то вдалеке.
Я снова столкнулась с тем, насколько внутренние модели помогают нам структурировать наш зрительный мир, когда мои студенты исследовали внутреннее строение листьев растений. Нам только кажется, что листья растений тонкие и плоские, на деле им присуща прекрасная упорядоченная трехмерная структура. Так как я уже вела этот курс у других студентов, я знала, что произойдет. Я показала студентам, как снять внешнюю кожицу листа, а затем предложила рассмотреть препарат под микроскопом. Когда я спросила их, что они видят, они ответили: «Все зеленое и ничего не понятно». Затем мы изучили пластиковые трехмерные модели листьев, а также слайды, на которых разные внутренние структуры листа были окрашены в разные цвета. Когда студенты вернулись к своим образцам, они больше не видели зеленое море: перед ними возникли новые структуры. Они смогли увидеть затейливое плетение – внешние клетки, похожие на пазл, организацию внутренних клеток, воздушные полости и устьица, которые обеспечивают газообмен. Меня особенно восхищало, что всего через несколько часов они могли различить в этой мешанине зеленого так много новых объектов: это отличный пример перцептивного обучения[86]. На сетчатку глаз моих студентов поступала все та же картинка, что и раньше, но после некоторой тренировки они научились извлекать из нее намного больше информации и интерпретировать увиденное. Глядя на то, как мои студенты исследуют листья, я гадала, какие именно связи между зрительными зонами менялись в их мозге.
В последующие месяцы большинство студентов позабыли особенности структуры листьев растений: эта информация была не актуальна для их повседневной жизни, но, возможно, студенты с хорошей зрительной памятью помнили ее чуть дольше. Лиам должен был развить свою зрительную память и умение формировать зрительные представления, чтобы распознавать предметы в повседневной жизни: поскольку он много лет прожил почти слепым, эти его навыки были развиты слабо.
Кроме того, на наше зрительное восприятие сильно влияют ожидания. Я осознала эту идею пару лет назад, когда я взглянула из окна кухни на висевшую снаружи кормушку для птиц. Обычно к ней прилетают маленькие птички – синицы и зяблики, которых я моментально узнаю – но в тот момент вокруг кормушки стояло пять крупных диких индеек, которые смотрели через стекло прямо на меня. Их появление было так странно и неожиданно, что я с трудом поняла, что происходит: несмотря на то, что индейки намного крупнее синиц и зябликов и их сложно перепутать, у меня ушло намного больше времени на то, чтобы опознать их, поскольку я не ожидала их увидеть. Когда я повернула голову, чтобы посмотреть в окно, моя зрительная система приготовилась опознавать характерные черты маленьких птичек, и поэтому на мгновение пришла в замешательство, когда обнаружила вместо них индеек.
 
Все эти истории иллюстрируют тот факт, что наше зрение полагается на комбинацию восходящих и нисходящих путей обработки информации: восходящие пути обеспечивают конструирование зрительного мира из мельчайших элементов и зависят от данных, получаемых из зрительных зон низкого уровня. Но зрительные нейроны реагируют не только на восходящие стимулы, получаемые от глаз: их активность также регулируется информацией, поступающей от соседних нейронов, с других уровней зрительной иерархии, а также из других отделов мозга. Жизненный опыт, ассоциации и сосредоточенность на деталях, важных для выполнения задачи – все это влияет на активность нейронов нижних уровней, которая зависит также от обратной связи от зрительных зон более высоких уровней, из-за чего считается нисходящей. Поскольку все мы обладаем индивидуальным жизненным опытом, нуждами и желаниями, нисходящая активность нейронов у разных людей различается. Все мы воспринимаем мир индивидуально.
«Вблизи, – писал Лиам, – я вижу нормальные объекты, а не визуальный шум, но, когда я смотрю на что-то вдали, все совсем по-другому: в этом нет смысла, и мне сложно сказать, что это за цветная полоска – грузовик, автобус или крыша здания. Даже если люди стоят от меня немного дальше обычного и начинают говорить со мной или здороваются с другой стороны коридора, это ощущается совсем по-другому: кажется, как будто все это не такое реальное». После операций глаза Лиама начали предоставлять его нейронам зрительной зоны V1 данные, которые им всегда были так нужны – но ему не хватало опыта зрения дальше, чем на метр, поэтому у него не развились навыки нисходящей обработки информации, позволяющие организовать детали в понятные предметы и виды. Ему приходилось полагаться на восходящую обработку информации и сознательно собирать зрительный мир из кусочков. Это было особенно сложно делать, когда он смотрел вдаль, поскольку в этом случае можно различить меньше деталей.
Многие из нас не могут посмотреть на что-то и увидеть только линии и пятна света, не собрав из них собственно предметы, поэтому нам трудно представить себе, что видел Лиам. Хотя все мы воспринимаем мир немного по-разному, будет справедливо предположить, что те предметы, которые я вижу в любой момент времени, увидят и другие люди рядом со мной. Все эти предметы попадают в понятные всем нам категории. Если я вижу стул или собаку, другие тоже увидят стул или собаку. Но представить себе новый зрительный мир Лиама – море разрозненных линий и пятен – это совсем другое дело. Я помню, как сложно мне было описать мое трехмерное восприятие мира, когда я наконец приобрела стереоскопическое зрение. Люди, которые всегда воспринимали пространство трехмерным, не обращают на это внимания и не осознают своих возможностей, в то время как стереослепые не могут представить себе, чего они лишены. Лиаму было еще сложнее описать этот странный новый мир. Но нервные соединения становятся тем прочнее, чем больше их используют – точно так же, как колея на дороге становится глубже, когда по ней ездит много машин. Когда Лиам начал распознавать в мешанине линий отдельные предметы, возможно, в зрительных зонах более высокого уровня сформировались новые нейронные сети[87]. Кроме того, нейроны в зрительных зонах более высокого уровня могли избирательно стимулировать активность нейронов более низкого уровня, которые реагируют именно на эти объекты, и подавлять активность тех нейронов, которые реагируют на фон. С каждым днем зрение Лиама становилось все более «нисходящим», придавая смысл его зрительному миру.