Как мы видим то, что видим

Глава двенадцатая. Прямые последствия перевернутого

Этот мир долго был камнем преткновения физиологов. Он получился из сделанного Кеплером геометрического построения хода лучей в глазу, а увидел его впервые Рене Декарт, под знаком идей которого, изложенных в «Трактате о свете», прошла вторая половина XVII и весь XVIII в. Декарт взял глаз быка, соскоблил белый слой с его задней стенки – склеры и вставил эту естественную камеру-обскуру в дыру, прорезанную в оконном ставне. Тут же на полупрозрачной склере ученому открылся вид, наблюдавшийся из окна.

Пейзаж был перевернутым. Как и Кеплера, Декарта это не смутило. Он был убежден, что душа вполне в состоянии построить даже по таким «знакам» вполне реальный образ материального мира. Правда, он не спросил себя, сумеет ли душа перевернуть изображение еще раз, если с помощью линз «выпрямить» картинку на сетчатке. Этот вопрос ставили позднейшие исследователи и, без всяких опытов, решали его в пользу души, то есть мозга. Гельмгольц, например, в качестве доказательства приводил людей, работающих с микроскопами: они быстро приучаются к тому, что правая сторона в поле зрения – это левая в натуре, и наоборот. Добавим, что и астрономов не волнует перевернутое изображение Луны в телескопе, а фотографы, снимающие камерами с матовым стеклом (правда, таких аппаратов осталось мало), не испытывают неудобств оттого, что глядят на «обращенный» пейзаж.

Однако все это – вопрос привычки. Если того же астронома или фотографа попросить прочитать повернутую кверху ногами газету, он, конечно, сможет это сделать, но с немалым усилием, медленно и неуверенно. Как ни странно, потому что у взрослых потеряно то, что они имели в детстве: инвариантность к зеркальным преобразованиям. Маленьким детям ведь все равно, стоят ли буквы нормально или перевернуты, как в зеркале. Когда детишки обучаются письму, они пишут одни буквы так, другие этак – им безразлично. (И прозревшие щенки отличаются этой же особенностью: для них не имеет значения, вершиной вниз или вверх висит в эксперименте треугольник, хотя взрослая собака такие фигуры никогда не спутает.)

Но у некоторых детей с годами все-таки не появляется уменье отличать верх от низа, а правое от левого. Это легастеники. Их врожденный недостаток отравляет им все школьные годы и мешает получить профессию. Их считают глупцами, в классе они сдают самые плохие письменные работы и даже после многолетнего обучения так и не могут писать без ошибок.

Американского миллионера Рона Дэвиса (вот он, на картинке) ждала именно эта участь, однако внезапно жизнь его превратилась в историю о Золушке.

Рис. 67. Знаменитый Рон Дэвис, миллионер и сотрудник НАСА, которого в детстве долго считали слабоумным, пока он не показал, что его IQ равен 137! Удивительно, конечно, но все показанные на рисунке надписи он читает без всякого труда. Так уж устроен его зрительный аппарат и вообще мозг

В возрасте двенадцати лет он не мог написать ни своей фамилии, ни своего адреса! Его считали недоразвитым. Однако в 17 лет, во время проверки на интеллектуальность он показал феноменальный результат: его IQ оказалось равным 137! Это сразу же превратило его в незаурядную личность. Ему помогли поступить в университет и получить инженерное образование. Он был принят в НАСА, американское агентство по авиации и космосу, и стал мультимиллионером. Потом он заработал еще много миллионов как маклер по недвижимости.

«Всем этим я обязан своей легастении», – говорит Рон Дэвис. По его мнению легастения – подарок. «Легастеники могут думать в 400 – 2000 раз быстрее, чем другие», – утверждает он, – «потому что думают образами, тогда как все прочие – абстракциями».

Вы спросите: как же он добился таких успехов, если легастеник не может осознать ни знаков, ни слов? А он всегда заводил себе компаньона, занимавшегося канцелярией, формулярами и письмами. Он научился успешно скрывать от окружающих свой недостаток, о котором не знала даже его первая жена, но все же страх, что он будет разоблачен, не покидал его ни на минуту. Поэтому в 38 лет он сменил профессию и стал скульптором.

Тут-то он и сделал свое открытие: заметил, что при работе со скульптурами легастения появляется лишь тогда, когда он теряет зрительную ориентацию. После многочасовых тренировок он нашел путь и назвал его «Поиск ориентира». Дэвис стал превращать буквы в звуки, которые слышал вполне ясно, хотя те же буквы на бумаге представлялись ничего не выражающими значками. В результате он довольно быстро научился читать книги, и читать даже в поезде.

Два года спустя, в 1982 году, он основал в Калифорнии институт по исследованию легастении (Reading Research Council). Там разрабатываются для детей и их родителей программы, имеющие целью извлечь пользу из легастении. Программа учит легастеников находить ориентир. Затем надо тренироваться в понимании таких абстракций, как «на», «до тех пор, пока» и т.д., которые для легастеника особенно трудны. Более 500 подобных слов перечислены Дэвисом в его книге. Она дает рекомендации, как формировать фигуры и звуки, с помощью которых абстрактные слова становятся конкретно-зримыми. Так, союз «и» надо представить в виде двух сцепленных железнодорожных вагонов.

Уже открыт Davis-Legasthenie-Institut в Гамбурге, в нем прошли курс почти 80 человек. «В 70% случаев мы имели совершенно удовлетворительный результат, в остальных – требуется продолжать работу», – говорит Иоаннс Циванакис, руководитель этого института. – «Стопроцентной гарантии, естественно, не может дать никто».

Аномальное зрение? Как справляется оно с инвариантностью, например при повороте изображений?

В Лаборатории занималась в аспирантуре Надежда Стефанова, физиолог из Болгарии. Она установила, что если нарисовать лошадь и наклонять картинку так, чтобы лошадь шла в гору или с горы, то небольшие покачивания, когда «гора» не круче пятнадцати градусов, препятствий для опознания не составляют. А при больших углах – такое впечатление, будто человек сначала мысленно вращает картинку, чтобы она заняла «нормальное» положение, и только потом включается опознающий аппарат.

Американцы Роджер Шепард и Линн Купер в экспериментах, построенных несколько по-другому, выяснили: скорость такого поворота – около шестидесяти градусов в секунду. Иными словами, нужно как минимум три секунды, чтобы узнать даже очень знакомую вещь, внезапно возникшую перед взором кверху ногами.

То, что мы отличаем верх от низа, – результат работы вестибулярного аппарата, находящегося в ухе любого позвоночного. Поэтому человек, висящий на турнике вниз головой, прекрасно видит, что перевернулся не мир, а он сам.

Но во время тренировочных полетов на самолете по кривой Кеплера, когда будущих космонавтов приучают к невесомости, у иного кандидата возникает ощущение, будто «самолет перевернулся и летит в перевернутом положении, а я завис в самолете вниз головой». В чем причина? Внезапно наступила невесомость, и вестибулярный аппарат перестал передавать в мозг сигналы о низе и верхе...

Что же случится, если при нормально работающем аппарате равновесия перевернуть не картинку, а весь мир перед взором? Профессор психологии Калифорнийского университета Джордж Стреттон в 1896 г. надел очки, которые поставили ему пол на место потолка, а потолок – на место пола, и почувствовал себя довольно неуверенно. Зрение оставалось четким, но предметы казались какими-то странными. «Создавалось впечатление, – писал ученый в дневнике, – что эти смещенные, фальшивые, иллюзорные образы находились между мною и объектами как таковыми... Вещи виделись одним образом, а мыслились совершенно другими».

Первые три дня ощущалась тошнота и другие признаки морской болезни. На четвертые сутки организм стал приходить в норму, остались только ошибки в определении правого и левого, а на пятый день и они исчезли. Человек освоился в необычном мире. А когда очки были сняты, переход в прежний, неперевернутый мир произошел удивительно быстро, в течение примерно двух часов: перестройка «переворачивающего механизма» не затронула прежних навыков мозга.

К сожалению, ценность эксперимента была значительно снижена и его краткостью, и тем, что переворачивающие очки были монокулярными, а другой глаз прикрывала заслонка. Можно было думать, что, опрокинув мир в обоих глазах, исследователь ощутит и более сильные эффекты.

Так оно и оказалось, когда 40 лет спустя после Стреттона его соотечественник Дж. Петерсон надел бинокулярно переворачивающие очки. «Я видел мою стопу, приближающуюся ко мне по коврику, который находился где-то передо мной. Я впервые столкнулся с таким странным зрительным впечатлением, как я сам, идущий к себе. Блюда на столе выворачивались так, что превращались в холмики, и было очень странно видеть, как ложка движется к верхушке жидкости, снимая ее, – и ничего не разливается. Когда я вошел в длинный коридор, я обнаружил, что пол выглядит мысом, по обеим сторонам которого опускаются вниз стены. Это было тем более странно, что я мог коснуться стен руками. Торцовая стена в конце коридора выглядела выдвинувшейся ко мне, а стены – удалившимися от нее, хотя я их трогал руками».

Как и в опыте Стреттона, неприятные ощущения кончились через несколько дней, а потом исследователь просто не замечал переворачивающих линз до конца опыта, словно родился с ними. И когда через восемь месяцев снова их надел, оказалось, что мозг не расстался за это время с приобретенными навыками: ученый чувствовал себя в обращенном мире вполне свободно, как если бы перерыва не было.

Что ж, все ясно, все решено? Экспериментаторы не были бы учеными, если бы не ставили опытов по множеству раз. Новые условия, новая техника эксперимента всегда вносят что-то такое, что освещает проблему с неожиданной стороны. Когда Фредерик Снайдер решил повторить опыты своих предшественников, он ходил в «переворачивающих» очках целый месяц, дольше их всех. Он уже совершенно не ощущал присутствия стекол и думал, что его мозг полностью перестроился на восприятие перевернутого мира.

И тут кто-то спросил его: «А все-таки, какими вы видите предметы: прямыми или перевернутыми?»

«Пока вы не задали этот вопрос, – после раздумья ответил Снайдер, – они казались мне стоящими нормально. Теперь же, когда я вспоминаю, как они выглядели до того, как я надел эти линзы, я вынужден сказать, что вижу их и сейчас перевернутыми. Но пока вы меня об этом не спрашивали, я этого абсолютно не сознавал».

Точно такой же эффект отметила студентка факультета психологии МГУ Лидия Иноземцева. Она носила инвертирующие очки в эксперименте, который проводили кандидаты психологических наук А.Д. Логвиненко и В.В. Столин. Когда перевернутый мир стал ей привычен, как мир нормальный, стоило «всмотреться», и пейзаж вдруг переворачивался вверх ногами, словно в первый день, когда были надеты очки.

Выходит, изображение на сетчатке может быть стоящим прямо или вверх ногами, – не в этом суть, а в том, что информация с сетчатки поступает в высшие отделы зрительной системы в обобщенном, инвариантном к поворотам виде. Причина инвариантности, вне всякого сомнения, – те Фурье-преобразования и преобразования Меллина, которые совершаются зрительными областями коры. Чтобы видеть и опознавать образы предметов квазиголографическим способом, нет препятствий, в какой бы ориентации ни находились их изображения на задней стенке глазного яблока. А вот перевернут наблюдатель или мир, – это сообщает восприятию вестибулярный механизм.

Это совершенно снимает древнюю проблему: видит ли ребенок в первые дни своей жизни родителей стоящими вниз или вверх головой? Он их просто видит, и все тут. Понятие верха и низа придет к нему много позже.

У взрослого же механизм «верх – низ» за годы жизненной практики выучился работать так, а не иначе. Но то, что научилось, способно переучиться. Способно подавить сигналы «мир перевернут», поступающие от зрительного аппарата и противоречащие направлению силы тяжести. Поэтому нет ничего таинственного в переворачивании образа, когда человек, давно привыкший к инвертирующей оптике, вдруг усилием воли воспринимает мир снова «кверху ногами». Фокус прост. Волевой стимул снимает подсознательный запрет, и сигналы «мир перевернут» опять начинают поступать в мозг от зрительного канала, напоминая, что очки-то по-прежнему действуют...

На такие сложные операции способен только человеческий мозг, что подтверждает его особо высокое развитие по сравнению с мозгом любых других существ. Когда инвертирующие очки надевают обезьяне, для нее это равносильно сокрушительному психологическому удару. Она, пошатываясь, делает несколько неверных движений и падает. Развивается классическая картина комы: угасают рефлексы, дыхание становится частым и поверхностным, падает кровяное давление. Впечатление, что животное при смерти... В этом тяжелейшем состоянии, характерном для острого поражения нервной системы, оно остается несколько дней. Медленно-медленно возвращается способность реагировать на внешние раздражители, да и то лишь на самые сильные. По большей части обезьяна лежит неподвижно, как бы выключась из окружающего мира. Все это «в точности напоминает состояние животного, ослепшего в результате перенесенной болезни».

А человек – он выдерживает и куда более мощные нагрузки. Продолжая свои опыты с оборачивающими очками, Логвиненко и Столин надели испытуемому оптику, которая нарушила соответствие между положением объекта на сетчатке и сигналами мышц, двигающих глазное яблоко.

Нормальное соотношение известно: чем ближе предмет, тем сильнее нужно сводить оптические оси глаз, чтобы отсутствовало двоение. Очки сделали эту зависимость обратной. Зрение говорило, что глаза надо свести, а сигналы от мозга к мышцам должны были поступать противоположными по знаку, т.е. на разведение.

К тому же и на мышцы, управляющие хрусталиком, требовалось подать обратные команды, чтобы изображение было в резкости.

Мозгу, как видите, задали крепкую задачку на сообразительность. И хотя ничего похожего на реакцию обезьяны отмечено не было, зрительная система оказалась в полном разладе.

Разрушились привычные представления, возникли новые, странные образы. Тени, например, перестали быть тенями: они могли «восприниматься то как цвет поверхности, то как прозрачный участок, за которым виднелась чернеющая пустота, то как особая полупрозрачная плоскость и т.п.». Неплохо, а? «Прозрачная тень», которую мозг конструирует только потому, что не в состоянии связать зрительные и мышечные сигналы!

Эти и другие опыты показывают бесспорно: картины мира, увиденные глазом и отражающие действительность, отражают ее правильно только до тех пор, пока зрительный аппарат и все иные органы чувств работают нормально и согласованно. Когда же вдруг в нейронных механизмах происходит сбой и у взрослого человека пропадает благоприобретенное разделение верха и низа, то есть возвращается детская инвариантность к поворотам вокруг горизонтальной и вертикальной осей, – это трагедия. Что с того, что больной одинаково хорошо прочтет прямой и зеркальный тексты? У него путаются цифры 69 и 96, 91 и 61, римские XI и IX, буквы при письме никак не устанавливаются на строке в нужном порядке, и хотя человек водит карандашом по бумаге, прочесть написанное уже нельзя... Легастения...

Инвариантность к зеркальным преобразованиям – частный случай громадного перечня всевозможных «постоянств восприятия». Вас никогда не занимало, почему и в трех метрах, и в десяти, и вплотную собака видится собакой, кошка – кошкой? А ведь размеры изображений на сетчатке все время разные. И почему лошадь в любом ракурсе представляется лошадью? Почему находящиеся на одинаковом расстоянии большой гриб, средний и маленький одинаково воспринимаются как грибы, хотя и разного размера.

Это, казалось бы, самоочевидное свойство зрения не дает покоя ученым уже немало столетий. Все это время считалось, что зрительная система умеет воспринимать инвариантно только потому, что учится. Объясняли инвариантность к размеру и дальности, например, так. В зависимости от расстояния до предмета его величина на сетчатке разная, и разным будет «узор возбуждения» в мозгу. Животное или человек сопоставляет узор с дальностью – пожалуйста, сформировался новый, обобщенный узор, не зависящий от расстояния и, следовательно, от размера картинки на сетчатке.

Епископ Джордж Беркли, вошедший в историю как убежденный и воинствующий философ-идеалист, не мог представить иного пути. Он утверждал в «Трактате о началах человеческого знания», изданном в 1710 году, что лишь трогая все руками, малыш способен связать размер картинки на сетчатке с дальностью до предмета (сегодня, триста лет спустя, мы с вами знаем, что это не так, и измерением дальности занимаются нейроны диспаратности). Шли годы, столетия, философские взгляды епископа подверглись научной критике, а вот мнение его о работе зрительного аппарата, не опиравшееся ни на какие опыты и бывшее плодом умозрительных рассуждений, почему-то оказалось чертовски живучим, въелось в учебники, превратилось в «ходячую истину».

К счастью, в 60-е гг. нашего века удалось строго доказать, что нередко вовсе не осязание является учителем зрения, а скорее наоборот. Начнем с того, что зрение превозмогает сигналы от других органов чувств. Например, если смотреть на свою руку через призму, сдвигающую изображение на несколько сантиметров в сторону, то спустя несколько минут и впрямь покажется, что рука находится там, хотя информация от мышц и говорит совсем иное. Особенно показательны опыты с инвертирующими очками в то время, когда человек еще не полностью освоился с «перевернутым миром». Скажем, на стену вешают перевернутый плакат и спрашивают, в каком положении он находится. Испытуемый говорит, что видит его нормально. И, показывая на нижнюю часть плаката, уверенно произносит: «Это голова, это верх». На просьбу провести рукой по плакату сверху вниз, движение совершается снизу вверх, причем испытуемый приговаривает: «Сверху вниз, сверху вниз...»

А вот как выглядит со стороны завтрак Лидии Иноземцевой, которой всего три дня назад надели инвертирующую оптику. «На столе стоят тарелка, чашка со сметаной, корзинка с хлебом. Испытуемая начинает располагать все эти предметы для удобства в определенном порядке: тарелку, из которой она будет есть, – поближе, стакан, из которого она время от времени пьет, – подальше, корзинку – еще дальше, ее она будет использовать редко. При этом все перечисленные предметы она в действительности расставляет в обратном порядке: ближе всего корзинку, дальше всего тарелку, а видит их в оптическом поле в желаемом порядке. Интересно, что испытуемая совершенно не замечала неудобств, которые доставляла ей стоящая почти на противоположном крае стола тарелка. Внешне ее действия выглядели очень абсурдными. На желание одного из ассистентов помочь ей, выразившееся в том, что он пододвинул тарелку поближе к испытуемой, она обиделась, приняв отодвигание (так ей виделось в оптическом поле) тарелки при ее беспомощном положении, которое она хорошо осознавала, за неуместную шутку. Рука с вилкой проделывала вычурную траекторию, единственное оправдание которой состояло в том, что эта траектория в оптическом поле выглядела нормальной», – пишет Логвиненко. Зрение командует – мышцы подчиняются, и обратная связь, абсолютно необходимая для того, чтобы вывести руку в должную позицию, замыкается только через оптический канал, а сигналы проприорецепторов игнорируются.

Жаль, что не сделана была такая проверка: как стала бы действовать испытуемая, закрыв глаза? Ведь тогда у нее должен был полностью восстановиться внутренний образ мира, со всеми его топологическими соотношениями. Почувствовала бы она, что расположила нелепо посуду на столе и совершает странные движения рукой?

Американский психолог Джеймс Гибсон издал в 1950 г. книгу «Восприятие видимого мира». Он писал: «Если вы посмотрите в окно, вы увидите землю, здания и, если повезет, то еще деревья и траву. Это то, что мы условимся называть видимым миром. Это обычные сцены повседневной жизни, в которой большие предметы выглядят большими, квадратные – квадратными, горизонтальные поверхности – горизонтальными, а книга, лежащая в другом конце комнаты, выглядит так, как она представляется, когда лежит перед вами. Теперь взгляните на комнату не как на комнату, а, если сможете, как на нечто, состоящее из свободных пространств и кусочков цветных поверхностей, отделенных друг от друга контурами. Если вы упорны, сцена станет похожей на картинку. Вы заметите, что она по содержанию чем-то отличается от предыдущей сцены. Это то, что мы назовем видимым полем. Оно менее знакомо, чем видимый мир, и его нельзя наблюдать без определенных усилий».

Современные нейрофизиологические данные позволяют рассмотреть нарисованную Гибсоном ситуацию по-иному. Что такое видимый мир? Это внутреннее представление о внешней действительности, перцептивная модель, сформированная деятельностью всех органов чувств, в первую очередь зрения. Зрительный же аппарат многоканален, в нем есть канал передачи формы, то есть контура, канал передачи цвета, канал передачи объемности и так далее.

Сформированное восприятие предмета имеет комплексный и, подчеркнем, многоканальный характер, оно многогранно, мы только в силу привычки (или, если угодно, в силу заложенной в нас генетической программы) не замечаем механизма этой многогранности. Но вдруг каким-то людям доступно подавлять работу канала объемности, как йоги умеют регулировать частоту биений своего сердца? Если такое подавление – реальность, почему бы внешнему миру не предстать в их сознании не набором объемных предметов, а, наоборот, из контуров и плоскостей?

Встав на такую точку зрения, мы не удивимся, если какой-нибудь сверходаренный человек научится отключать канал сигналов вестибулярного аппарата и по собственному желанию видеть мир то прямым, то перевернутым. Что такое невольное отключение возможно, свидетельствуют уже упоминавшиеся эксперименты в условиях кратковременной невесомости, когда самолет летит по баллистической кривой, словно снаряд: опытный летчик пишет, что в первые секунды невесомости ему показалось, будто самолет перевернулся, а он висит вниз головой...

Подобное ощущение возникает у космонавтов после того, как двигатели ракеты-носителя прекратят разгон корабля и наступает невесомость. Например, космонавту Герману Степановичу Титову показалось, что приборная доска «сместилась и заняла место над головой», а Константину Петровичу Феоктистову во время полета довольно долго чудилось, что его перевернули кверху ногами (иллюзия сохранялась и с закрытыми глазами). Конечно, во всех этих случаях отключался не канал, а генератор сигналов. Но кто знает, вдруг можно отключить и канал? Во всяком случае людям в инвертирующих очках это удается...

«Видимое поле» Гибсона – это, грубо говоря, фотография предметов, примитивная, плоская, мало что говорящая о мире. А «видимый мир» – это уже картина, это уже образ, образ целостный, переливающийся всеми красками разнообразной сенсорики. Не случайно же опытные педагоги утверждают, что в каждом из нас спрятан живописец, и нужно только освободиться от стеснительности.

Ущербным и бедным, а значит, плохо соответствующим реальности предстает мир (то есть его перцептивная модель в мозгу, не будем никогда забывать об этом) перед людьми, глухими к живописи, скульптуре, музыке, искусству вообще. Ведь именно искусство изощряет наши органы чувств, обогащает их диапазон, раздвигает границы восприятия мира. О таких людях сказал поэт:

Все, что здесь говорилось, разумеется, направлено не к умалению роли науки, роли логического начала в постижении мира и законов, им управляющих. Но в том-то и дело, что великие ученые черпали в искусстве своеобразную и нередко очень серьезную опору для своих теоретических изысканий. «...Полезными комбинациями являются как раз наиболее изящные комбинации, т.е. те, которые в наибольшей степени способны удовлетворить тому специальному эстетическому чувству, знакомому всем математикам», – утверждал французский математик Анри Пуанкаре.

Наука вскрывает всеобщие, «надчеловеческие» закономерности. Искусство изучает человека, познает человеческое в предметах и явлениях, с которыми он связан, в том числе и в самой науке. Наука без искусства – холодный и нередко враждебный людям феномен, вместе же они – великая песнь во славу человека. Чтобы проникнуть в сущность вещей, необходимо создать в своем воображении адекватную модель мира, того самого видимого мира, о котором мы столько говорили. И без искусства тут многого не добьешься.

Австрийский математик Курт Гёдель в начале 30-х гг. ХХ в. доказал теорему, которая вошла в теорию познания как теорема Гёделя. Она утверждает, что любая формализованная, логическая система принципиально не является полной. То есть в ней всегда можно отыскать утверждение, которое средствами этой системы не может быть ни опровергнуто, ни доказано. Чтобы обсуждать его, необходимо выйти за пределы системы, иначе ничего, кроме беготни по замкнутому кругу, не получится.

Многие философы считают, что искусство и является тем «другим миром», в который необходимо войти, чтобы преодолеть теорему Гёделя по отношению к науке, этой гигантской логической системе. Наука открывает перед нами реальный образ мира, но образ расчлененный. Искусство соединяет его отдельные фрагменты в неразрывную целостность, придает научному миру личностный, человеческий смысл.

Пусть будет у каждого он богат и прекрасен!