Газета Троицкий Вариант # 44

Зрение обманывает иллюзию

Наше зрение позволяет по-разному видеть мир, в зависимости от того, какая задача перед нами стоит

М ы смотрим на мир двумя глазами. Это означает, что мозг получает одновременно два изображения, несколько отличных друг от друга. Тем не менее, в процессе восприятия они сливаются в одну визуальную картину — мы не видим их по отдельности. Точно так же мы не замечаем, что на самом деле у нас работают две системы зрения. Задействуя каждую из них, мозг видит одну и ту же сцену по-разному. Чтобы осмысленно и эффективно ориентироваться в окружающем мире, нам необходимы оба отображения. И хотя на практике отделить их друг от друга не так легко, обнаружить разницу помогают зрительные иллюзии.

Как правило, мы используем зрение для решения двух основных задач. С одной стороны, оно дает нам представление об объектах окружающего мира. С другой — играет ключевую роль в управлении действиями, которые мы предпринимаем в отношении этих объектов. Более 15 лет назад специалисты по визуальному восприятию Goodale M.A. и Milner A.D. предположили, что в мозге возникло разделение труда, связанное с каждой из этих функций. Сигналы, приходящие от глаз в зрительную кору, разделяются затем на два разнонаправленных потока нервных импульсов. Так называемый вентральный поток передает информацию в нижнюю часть мозга, инферотемпоральную зону, где формируется детальная репрезентация окружающего мира. Второй, дорзальный поток устремлен в область задне-теменной коры и используется для гибкого, осуществляемого в режиме реального времени, контроля манипуляций с непосредственно видимыми объектами. Например, когда нужно схватить или поймать предмет.

По утверждению авторов гипотезы, разделение визуальной информации на два отдельных потока возникло в ходе эволюции, так как восприятие и действие требуют различных способов преобразования одних и тех же зрительных сигналов. Чтобы успешно схватить объект, для мозга крайне важно вычислить фактический размер объекта и установить его точное положение по отношению к наблюдателю (т.е. выразить его в эгоцентрических координатах). Более того, время, затрачиваемое на эти расчеты, критично. Наблюдатель и цель редко пребывают в статичном положении относительно друг друга, и, как следствие, эгоцентрические координаты могут резко меняться от момента к моменту. Чрезвычайно важно, чтобы эти параметры были просчитаны непосредственно перед самым началом движения. По этой причине непродуктивно хранить их в памяти. Иначе говоря, «зрение-для-действия» работает во многом в «онлайн» режиме.

Требования, предъявляемые к восприятию, заметно отличаются. «Зрение-для-восприятия» не полагается на вычисления абсолютных размеров предметов и их эгоцентрических координат. Вместо этого оно оценивает размер, форму и ориентацию объекта в первую очередь по отношению к другим объектам. Видимая сцена служит внешней системой отсчета. Это позволяет получить устойчивую репрезентацию объекта и его окружения, не требуя точной информации о его абсолютных размерах или его положения относительно наблюдателя. В действительности расчет реальных размеров и расстояний до всех предметов в поле зрения привел бы к астрономической нагрузке на зрительную систему.

Продукты восприятия также должны быть доступны гораздо дольше. Они записываются в память. Нам может понадобиться узнать объекты, которые мы видели минуты, часы, дни и даже годы до того. Помимо прочего кодирование такой информации должно быть до некоторой степени абстрактным, очищенным от конкретной позиции наблюдателя и условий просмотра. Благодаря этому вы удерживаете в своем восприятии постоянство формы и цвета чашки, несмотря на угол, с которого смотрите на нее (хотя реально видимые характеристики предмета существенно изменяются). Можно сказать, что для «зрения-для-восприятия» характерен «оффлайн» режим.

Считается, что функция восприятия, а следовательно, и соответствующий ей поток сигналов возникли эволюционно позже, нежели более древняя система руководства действиями. С первой связаны развитые когнитивные возможности, которые не требуются для простых движений в среде. В пользу гипотезы двух потоков нейрофизиологами накоплены обширные данные сканирований мозга, а также исследований обезьян и пациентов с локальными нарушениями в зонах прохождения и обработки визуальной информации. И те, и другие в случае повреждения областей вентрального потока были безошибочны в двигательной активности, легко обходили препятствия и манипулировали с предметами. Однако имели явные проблемы с распознаванием. К примеру, все объекты небольшого размера воспринимались больными в качестве пищи: как макаки, так и люди пытались положить увиденные предметы в рот подобно маленьким детям. Иными словами, затруднение у них вызывали восприятие контекста и извлечение смысла из визуальной картины при нетронутом и активном «зрении-для-действия» дорзального потока.

Вогнутое лицо

Тем не менее, продемонстрировать идею о двух типах зрительных систем в практическом эксперименте довольно сложно. Для этого нужно как-то разделить два вида зрения и показать отличия в прочтении одной и той же сцены. Перед учеными встала задача найти ситуацию, в которой мозг видит по-разному в зависимости от выбранного режима обработки визуальной информации. Для этих целей как нельзя лучше подходят зрительные иллюзии. Они — яркий пример того, как человек видит не то, что видят его глаза. Вопрос в том, обманывается ли весь мозг. Оказывается, нет: сбой дает лишь зрительная система, формирующая долговременное восприятие. Вторая система, «зрение-для-действия», видит изображение как есть, более точно отображая реальность.

В эксперименте, опубликованном в журнале «Brain Research», исследователи из Университета Западного Онтарио и Университета Бристоля предложили людям известную иллюзию перевернутой маски.

Как правило, смотря на маску с обратной стороны, человек видит нормальное выпуклое лицо, хотя на самом деле ситуация противоположная. Ошибка в таком случае составляет несколько сантиметров в глубину, что очень удобно для целей опыта: такую ошибку легко зарегистрировать. Участникам эксперимента дали простейшее задание. Им нужно было быстро, одним щелчком пальцами смахнуть с вогнутого или выпуклого лица специальную метку размером с насекомое.

Вентральный и дорзальный потоки

По мысли ученых, в этой задаче у испытуемых будет задействовано «зрение-для-действия» и они должны точно попадать по метке, не промахиваясь. Притом, что восприятие в обоих случаях сообщает мозгу, что лицо выпуклое. Это в свою очередь проверялось на других стадиях эксперимента, когда участники должны были медленно указать местоположение метки или нарисовать ее вместе с лицом на бумаге.

Результаты описанных опытов оказались поразительными. Несмотря на устойчивую иллюзию обратной глубины, люди попадали по метке, когда это нужно было сделать максимально быстро. Их движениями в этом случае руководило «зрение-для-действия», и оно не ошибалось. Вогнутое лицо система дорзального потока видела вогнутым, а выпуклое — выпуклым. Вместе с тем медленные движения, где большую роль играло «зрение-для-восприятия», завершались в точке, характерной для иллюзорного распознавания маски. В этом случае мозг любое лицо считал выпуклым.

В контексте предположения о двух потоках итоги опыта более чем убедительны. Гипотеза действительно предсказывает наблюдаемую разницу между действием и распознаванием. Решающую роль в интерпретации вогнутой маски в качестве выпуклой формы играет именно узнавание в ней лица. Лицо, как известно, вогнутым не бывает. В данном случае визуальная система оценивает всю сцену целиком, задействуя довольно высокие уровни абстракции. В противоположность этому, выполнение быстрого действия с меткой требует сосредоточения мозга на конкретной цели и точного расчета расстояния до нее. В этом случае он не нуждается в вычислении отношений между всеми элементами ретинального (поступающего от глаз) изображения. Таким образом, визуальная система, руководящая движением, оказывается нечувствительной к иллюзиям, затрагивающим восприятие.

Иными словами, когда дело касается быстрых движений, направленных на манипуляцию с предметами, мы видим лучше и действуем точнее, чем в случае «обычного» зрения.

Денис Тулинов

Kryliczak G, Heard P, Goodale M A, Gregory R L, 2006, «Dissociation of perception and action unmasked by the hollow-face illusion»

Brain Research 1080 9–16. doi:10.1016/j. brainres.2005.01.107.

Goodale M A, Gonzalez C L R, Kr^liczak G, 2008, «Action rules: Why the visual control of reaching and grasping is not always influenced by perceptual illusions» Perception 37(3) 355366. doi:10.1068/p5876.