Инкогнито. Тайная жизнь мозга

Опыт деконструирования

В середине XIX века физик и философ Эрнст Мах внимательно разглядывал несколько равномерно окрашенных полосок бумаги, лежащих друг рядом с другом. Изучая восприятие, он был озадачен следующим обстоятельством: полосы выглядели не совсем правильно. Что-то было не так. Он разделил полоски, посмотрел на них по отдельности, а затем снова соединил. Наконец он понял, что происходит: у каждой полоски по отдельности цвет был равномерным, но как только он размещал их рядом, проявлялась разница: левая сторона была чуть светлее, а правая – чуть темнее. (Чтобы убедиться, что каждая полоска на рисунке на самом деле окрашена равномерно, закройте все, кроме одной[21].)

Теперь, когда вам известно об этой иллюзии с полосами Маха, вы будете замечать ее повсюду; например, в углу, где сходятся две стены, разница в освещении часто создает эффект, что непосредственно у стыка краска светлее или темнее. Скорее всего, хоть это зрелище всегда было у вас перед глазами, до сегодняшнего дня вы его не замечали. Аналогично художники Возрождения, отметив, что далекие горы кажутся окрашенными в голубой цвет, начали рисовать их именно такими. Их предшественники полностью игнорировали этот факт, хоть он и был на виду. Почему мы не воспринимаем столь очевидные вещи? Неужели мы настолько плохие наблюдатели своего опыта?

Полосы Маха

Да. Мы ошеломляюще плохие наблюдатели. И самоанализ в этих вопросах бесполезен: мы считаем, что видим мир хорошо, пока кто-то не обратит наше внимание на то, что это не так. Мы научимся наблюдать за своим опытом, в точности как Мах отмечал смену тонов на полосках. Как действительно выглядит наш осознанный опыт?

Интуиция говорит: вы открываете глаза, и – вуаля! – вот мир со всеми его прекрасными багряными и золотистыми оттенками, собаками и такси, суетливыми городами и цветущими ландшафтами. Кажется, что зрение не требует усилий и, за незначительными исключениями, довольно точное, так что разница между глазами и цифровой камерой с высоким разрешением невелика. Аналогично уши кажутся нам чем-то вроде компактных микрофонов, которые точно записывают звуки мира, а кончики пальцев, похоже, обнаруживают трехмерные формы объектов внешнего мира. Однако все, что предполагает интуиция, в корне неверно.

Давайте посмотрим, что происходит на самом деле, например когда вы шевелите рукой. Ваш мозг обрабатывает сигналы от тысяч нервных волокон, регистрирующих сокращения и расслабления мышц, но при этом вы не чувствуете и намека на эту бурю нервной деятельности. Вы просто знаете, что рука двигалась и что сейчас она в другом положении. Сэр Чарльз Шеррингтон, один из пионеров нейронауки, в середине прошлого века долго изучал этот факт. Несмотря на свои обширные познания о нервах, мышцах и сухожилиях, ученый удивлялся процессу, происходившему, когда он собирался взять лист бумаги: «Невероятно: я не имею представления о мышцах как таковых… Но я совершаю это движение правильно и без проблем»[22]. Он делал вывод, что, не занимайся он нейронаукой, ему и в голову не пришло бы задуматься о существовании нервов, мышц и сухожилий. Шеррингтон был заинтригован и, размышляя, в итоге пришел к заключению, что опыт перемещения руки – это «продукт психики… произведенный из элементов, которые не ощущаются как таковые… разум использует их для создания объекта восприятия». Другими словами, мозг регистрирует всплеск нервной и мышечной активности, но до сознания доводится нечто совершенно иное.

Чтобы понять это, давайте представим сознание в виде газеты. Задача заголовка – дать весьма сжатую сводку. Аналогично сознание – это способ свести всю деятельность нервной системы к более простой форме. Работа миллиардов специализированных механизмов остается в тени; некоторые собирают данные, некоторые запускают двигательные программы, но большая часть выполняет основные задачи нервной системы: комбинирует информацию, прогнозирует будущее, принимает решения. Сознание же предоставляет вам сводку, полезную для общей картины.

Открыть глаза

Акт видения выглядит настолько естественным, что трудно оценить изощренную машинерию, лежащую в основе этого процесса. Удивительно, но около трети человеческого мозга обеспечивает зрительные процессы. Мозгу приходится выполнять колоссальный объем работы, чтобы однозначно интерпретировать миллиарды фотонов, попадающих в глаза. Строго говоря, все визуальные сцены допускают неоднозначное трактование: например, изображение может быть создано Пизанской башней с расстояния полкилометра или игрушечной моделью той же башни на расстоянии вытянутой руки, но оба изображения в нашем глазу будут одинаковыми. Наш мозг справляется с массой проблем, позволяя преодолеть неоднозначность информации, проходящей через глаза: он учитывает контекст, делает предположения и использует трюки, о которых вы вскоре узнаёте. Это требует усилий, что видно по пациентам, которым после многолетней слепоты восстановили зрение с помощью операции: они не начинают видеть мир мгновенно и сразу, а должны учиться видеть заново[23]. Сначала мир обрушивается на них жужжащим и гремящим шквалом форм и цветов, и даже если глаз функционирует идеально, мозг должен научиться интерпретировать поступающие данные.

Для нас, обладающих зрением всю жизнь, лучший способ понять, как устроено зрение, – обратить внимание на то, насколько часто заблуждается наша зрительная система. Зрительные иллюзии располагаются на границе того, что сформировала наша зрительная система, и в этом качестве являются перспективным окном в мозг[24].

Существует определенная трудность строгого определения иллюзии, поскольку зрение само по себе в некотором смысле является иллюзией. Разрешение периферического зрения сходно с тем, когда вы смотрите сквозь дверцу душа, выполненную из матового стекла, и тем не менее вы наслаждаетесь иллюзией, что четко видите объекты на периферии. Причина в том, что всё, на что вы направляете центральное зрение, оказывается в четком фокусе. Для наглядности представьте следующую ситуацию: ваш друг держит в руке несколько цветных маркеров. Сосредоточьте свой взгляд на кончике его носа и попробуйте назвать цвета маркеров по порядку. Результат поразителен: даже если вы сможете сказать, что на периферии есть какие-то цветные предметы, вы не определите их порядок. Периферическое зрение намного хуже, чем интуитивно представлялось, поскольку при обычных обстоятельствах мозг приводит в действие глазные мышцы, чтобы направить центральное зрение, отличающееся высоким разрешением, непосредственно на интересующие вас объекты. Все, на что вы бросаете взгляд, оказывается в фокусе, и поэтому вы считаете, что весь видимый мир находится в фокусе[25].

И это только начало. Дело в том, что нам неизвестно, где проходят границы нашего поля зрения. Посмотрите на точку на стене прямо перед собой, вытяните вперед руку и пошевелите пальцами. Теперь медленно двигайте руку к уху. В какой-то момент вы уже не будете видеть свои пальцы. Теперь опять протяните руку вперед – и вы их увидите. Вы пересекли край своего поля зрения. Поскольку вы всегда можете направить свои глаза на то, что вас интересует, вы, как правило, не знаете, где находятся те границы, за которыми вы ничего не видите. Интересно, что большинство людей проживают жизнь, не осознавая, что поле их зрения в любой момент – это всего лишь ограниченный конус.

По мере все более глубокого погружения в мир зрения становится ясно, что наш мозг обеспечивает убедительное восприятие, если вы вставляете правильный ключ в правильный замок. Рассмотрим, к примеру, восприятие глубины. Расстояние между глазами несколько сантиметров, поэтому изображение мира для каждого из них выглядит по-разному. Чтобы понять, о чем я говорю, сделайте два снимка с точек, находящихся на расстоянии нескольких сантиметров друг от друга. Положите снимки рядом и сведите глаза так, чтобы они слились и картинка обрела глубину. Вы действительно воспринимаете глубину; вы не можете поколебать восприятие. Глубина, проступающая из плоского изображения, изобличает механическую автоматическую природу вычислений зрительной системы: подайте на вход правильные сигналы, и она сконструирует для вас богатый мир.

Сведите глаза к переносице: два изображения отправляют в мозг иллюзорный сигнал глубины

Одна из наиболее распространенных ошибок – полагать, что зрительная система дает истинное представление о том, что снаружи, так же, как это делает кинокамера. Несколько простых примеров быстро избавят вас от этого заблуждения. На рисунке ниже представлены два изображения.

Слепота к изменениям

В чем разница между ними? Трудно сказать, не так ли? В динамической версии теста эти два изображения чередуются (скажем, каждое появляется на полсекунды с промежутком в одну десятую долю секунды между демонстрациями). Оказывается, мы не видим потрясающе серьезные изменения. На одном рисунке может быть изображена большая коробка, джип или двигатель самолета, а на другом – нет, но эту разницу мы не замечаем. Наше внимание медленно передвигается по сцене, анализируя интересные ориентиры, пока не обнаруживает, что именно изменилось[26]. Как только мозг фиксирует подходящий объект, изменение легко обнаружить, однако это происходит только после тщательного осмотра. Подобная слепота к изменениям показывает, насколько важную роль играет внимание: чтобы видеть изменения, необходимо следить за объектом[27].

Мир не открывается вам во всем своем многообразии, как вы можете подумать; в действительности вы не знаете о большей части того, что попадается вам на глаза. Представьте, что вы смотрите короткометражный фильм с единственным актером. Он готовит омлет. Камера переходит на другой план, а актер продолжает готовить. Скорее всего, вы убеждены, что заметите, если актер поменяется, не так ли? Однако две трети наблюдателей этого не замечают[28].

В одном из экспериментов, призванных продемонстрировать слепоту к изменениям, экспериментатор останавливал на улице случайного прохожего и спрашивал у него дорогу. Примерно в середине объяснений между испытуемым и исследователем проходили рабочие, которые несли дверь. В этот момент место экспериментатора незаметно занимал его коллега, то есть после прохода рабочих перед испытуемым стоял уже другой человек. Большинство людей продолжали объяснять дорогу, не заметив подмены[29]. Иначе говоря, испытуемые кодировали лишь малый объем информации, воспринимаемой их глазами. Все остальное было предположением.

Нейроученые были не первыми, кто обнаружил, что смотреть на что-то – еще не означает видеть это. Иллюзионисты выяснили это давно и отточили способы использовать свое знание[30]. Управляя вниманием зрителей, фокусники производят манипуляции руками у всех на виду. Их действия должны выдавать секрет – но они могут быть уверены, что ваш мозг обрабатывает лишь крохотные фрагменты визуальной картины, а не все, что попадает к вам на сетчатку.

Этот факт позволяет объяснить гигантское количество дорожно-транспортных происшествий, в которых водители сбивали пешеходов на видном месте, сталкивались с автомобилями непосредственно перед собой и даже несчастливо пересекались с поездами. Во многих таких случаях глаза находились на нужном месте, но мозг не отслеживал стимулы. Видеть – это больше, чем смотреть.

Уроки просты, но не очевидны – даже для специалистов по мозгу. Десятилетиями ученые, изучавшие зрение, шли по ложному пути, пытаясь выяснить, как мозг реконструирует полное, трехмерное, представление о внешнем мире. Прошло немало времени, пока выяснилось, что мозг на самом деле не использует 3D-модель, – в лучшем случае он конструирует нечто наподобие 2½D-эскиза[31]. Мозгу не нужна полная картина мира, ему достаточно на ходу выяснять, куда и когда смотреть[32]. Например, он не кодирует все детали кофейни, в которой вы находитесь; все, что ему требуется, это знать, как и где искать, когда ему понадобится что-то определенное. Ваша внутренняя модель довольствуется общей идеей, что вы находитесь в кофейне, что слева от вас люди, а справа – стена и что на столе есть несколько предметов. Когда ваш партнер спрашивает вас: «Сколько кусочков сахара осталось?» – системы, относящиеся к вниманию, запрашивают детальную информацию о сахарнице, вводя новые данные в вашу внутреннюю модель. Даже если сахарница все это время находилась в поле вашего зрения, для мозга она не была реальной деталью. Ему необходимо провести дополнительную работу, чтобы нанести на картину более мелкие подробности.

Аналогичным образом мы часто знаем одну характеристику зрительного образа, но ничего не можем сказать о других. Например, я прошу вас посмотреть на следующее изображение и сказать мне, из чего оно состоит: ||||||||||||. Вы правильно отвечаете: из вертикальных линий. Однако если бы я спросил вас, сколько там линий, вы бы на некоторое время задумались. Вы можете увидеть, что это линии, но без определенного усилия вы не скажете, сколько их. Вы можете знать о некоторых аспектах ситуации и не догадываться о других ее сторонах, при этом вам станет известно, что вы что-то пропустили, только после того, как вам зададут соответствующий вопрос.

Как располагается язык во рту? Как только вам задали этот вопрос, вы можете на него ответить, но, скорее всего, до этого вы не представляли, где он находится. Мозгу в целом не нужно знать большую часть вещей; ему просто известно, где он может найти эти данные. Мозг в своей работе руководствуется принципом минимальной осведомленности. Вы не отслеживаете постоянно положение языка во рту, поскольку это знание крайне редко оказывается полезным.

Фактически мы не осознаём большую часть чего бы то ни было, пока не задаем себе об этом вопрос. Как ощущается левая туфля на ноге прямо сейчас? На какой высоте шумит кондиционер? Как мы убедились на примере со слепотой к изменениям, мы не осознаём большей части того, что понятно нашим чувствам; и, только подключив дополнительные ресурсы к мелким деталям ситуации, мы узнаем, что что-то пропустили. До того как сконцентрироваться, мы, как правило, не догадываемся, что не знаем об этих деталях. Таким образом, не только наше восприятие является конструкцией, неточно отображающей внешнюю среду, но более того: у нас формируется ложное впечатление о полной картине, хотя на самом деле мы видим только то, что нам нужно видеть, и не более.

В 1967 году российский физиолог Альфред Ярбус изучал, как мозг собирает информацию из внешнего мира. При помощи устройства, отслеживавшего направление взгляда, он определял точки, в которые смотрели люди. Субъектам исследования предлагалось взглянуть на картину Ильи Репина «Не ждали» (см. ниже)[33]. Задача была проста: испытуемым требовалось изучить картину. Или, в другом случае, предположить, что делали люди на картине непосредственно перед тем, как вошел нежданный гость. Или ответить на вопрос, насколько богаты люди на картине. Или определить их возраст. Или сколько времени отсутствовал главный герой произведения.

Шесть траекторий движения глаза одного испытуемого (каждая запись продолжалась три минуты): 1) свободное изучение; перед последующими экспериментами испытуемого просили: 2) оценить материальное состояние семьи; 3) определить возраст людей; 4) предположить, что делала семья перед появлением нежданного гостя; 5) запомнить одежду персонажей; 6) оценить, сколько времени главный герой картины находился вдали от семьи. Ярбус, 1967

Результаты оказались весьма примечательными. В зависимости от вопроса глаза двигались по совершенно разным траекториям, изучая картину тем способом, который был максимально информативен для каждого конкретного задания. Когда субъектов спрашивали о возрасте персонажей, глаза двигались по лицам. Когда интересовались их благосостоянием, взгляд фокусировался на одежде и предметах.

Задумайтесь: ведь это означает, что мозг выходит в мир и активно извлекает тот тип информации, который ему необходим. Мозгу не нужно видеть все сразу в картине «Не ждали» и хранить всю информацию внутри себя; ему требуется только знать, где ее найти. Когда ваши глаза расспрашивают мир, они словно агенты на задании, оптимизирующие стратегию для поиска конкретных сведений. И хотя это ваши глаза, вы плохо представляете, как они исполняют свои обязанности. Как и при специальных операциях, глаза действуют незаметно и слишком быстро, чтобы наше неуклюжее сознание поспевало за ними.

Для серьезного подтверждения ограниченности интроспекции обратите внимание на движения глазами, которые вы совершаете прямо сейчас, читая эту книгу. Ваши глаза перемещаются от точки к точке. Чтобы оценить, насколько быстры, планомерны и точны эти движения, просто посмотрите на другого читающего человека. Тем не менее мы не осознаём, что столь активно исследуем страницы. Нам кажется, что идеи просто перетекают в нашу голову из неподвижного мира.

Зрение кажется настолько простым и естественным, что мы похожи на рыбу, которой предложили понять, что такое вода: рыба никогда не ощущала ничего другого, поэтому почти невозможно, чтобы она увидела или постигла воду. Однако пузырек, поднимающийся мимо любознательной рыбы, может дать ей ключевую подсказку. Подобно пузырькам, визуальные иллюзии способны привлечь наше внимание к тому, что мы обычно считаем само собой разумеющимся, и поэтому они являются важными инструментами для понимания механизмов, работающих за кулисами нашего мозга.

Несомненно, вам приходилось видеть изображение куба наподобие того, что расположено справа. Этот рисунок – пример мультиустойчивого стимула, то есть изображение «прыгает» между двумя различными восприятиями. Выберите то, что вы воспринимаете как переднюю грань куба. Посмотрев мгновение на картинку, вы заметите, что иногда передняя грань становится задней, а ориентация куба меняется. Если вы продолжите смотреть, произойдет обратное переключение, и восприятие ориентации куба в пространстве будет меняться. Суть в том, что на странице ничего не меняется, изменения происходят у вас в мозге. Зрение активно, а не пассивно. Для зрительной системы существует несколько способов интерпретировать поступающие сигналы, поэтому и происходят скачки туда-сюда между этими возможностями. Такой же вид инвертирования можно увидеть на изображенной ниже иллюзии «лица – ваза»: иногда вы воспринимаете лица, а иногда – вазу, хотя на странице ничего не меняется. Вы просто одновременно видите и то и другое.

Существуют и еще более потрясающие примеры принципа активного зрения. Если предъявить левому глазу одно изображение (скажем, корову), а правому – другое (например, самолет), то ваш мозг будет постоянно переключаться между ними. Вы не увидите ни оба одновременно, ни слияние двух изображений – вам представится сначала одно, затем другое, затем снова первое[34]. Наша зрительная система – третейский судья в противостоянии конфликтующей информации, и вы видите не то, что на самом деле находится снаружи, а тот из вариантов, который побеждает в данный момент. Даже если внешний мир не изменился, мозг динамически представляет различные его интерпретации.

Кроме активного трактования того, что находится снаружи, мозг часто выходит за рамки служебных обязанностей и несет отсебятину. Давайте рассмотрим сетчатку – специализированную зону клеток-фоторецепторов на задней стенке глаза. В 1668 году французский физиолог и физик Эдм Мариотт обнаружил нечто совершенно неожиданное – пятно на сетчатке значительных размеров, в котором нет фоторецепторов[35]. Пятно удивило Мариотта, ведь поле зрения выглядит сплошным: в нем нет соответствующего провала там, где отсутствуют фоторецепторы.

Или есть? В ходе более глубокого изучения этого вопроса Мариотт понял, что провал в поле зрения есть; он стал известен как слепое пятно, присутствующее в каждом глазу. Чтобы понять, о чем идет речь, закройте левый глаз и зафиксируйте взгляд правого на крестике. Медленно отодвигайте страницу от своего лица, пока черный кружок не исчезнет (вероятно, страница при этом окажется на расстоянии примерно пятидесяти сантиметров). Вы не видите черный кружок, поскольку он попал в слепое пятно.

Не думайте, что слепое пятно мало. Оно огромно. Представьте диаметр луны на ночном небе. В слепом пятне поместится семнадцать лун[36].

Почему до Мариотта никто не заметил подобную дыру в глазу? Как такие блестящие умы, как Микеланджело, Шекспир и Галилей, не обнаружили этот базовый факт о зрении? Одна из причин – то, что у нас два глаза, и их слепые пятна находятся в разных и неперекрывающихся положениях; это означает, что, когда открыты оба глаза, пространство просматривается полностью. Но более важно то, что мозг восполняет отсутствующую в слепом пятне информацию. Обратите внимание, что вы видите на месте кружка, когда он попадает в слепое пятно. Когда кружок исчезает, вы не фиксируете белую или черную дыру на этом месте: ваш мозг изобретает пятно с рисунком фона. Мозг, не имея информации из конкретного пятна в поле зрения, заполняет его по образцу окружающей поверхности.