Разумный глаз

1. Предметы и изображения

Мы окружены предметами. Всю жизнь мы опознаем, классифицируем, оцениваем и используем предметы. Наши инструменты, жилища, оружие, пища - предметы. Почти все, что мы ценим, чем любуемся, чего пугаемся, по чему скучаем, - предметы. Мы привыкли к тому, что предметы (объекты) видны повсюду, и поэтому, наверное, трудно представить себе, что способность нашего зрения видеть предметы все еще загадочна. Тем не менее это так.

В сущности, нашим органам чувств предметы доступны лишь в очень малой степени. Ведь ощущаются не предметы как таковые, а мимолетные зрительные формы, дуновения запахов, разобщенные тактильные формы, возникающие при легком контакте объекта с кожей руки, а иногда - болевые уколы, оставляющие при слишком тесном соприкосновении с предметом вещественный след - царапину. Нашим ощущениям непосредственно доступна лишь малая часть важных свойств объектов. Эти "важные свойства" суть свойства физические, благодаря которым вода сохраняет текучесть, а мосты - неподвижность; "внутреннее устройство" воды и моста спрятано от глаз. Если вдуматься, мы полагаемся главным образом как раз на такие свойства предметов, которые никогда не воздействовали на наши органы чувств непосредственно.

Некогда считалось, что поведение индивида определяется сенсорной информацией - той, которая непосредственно и сиюминутно доступна зрению и другим чувствам. Теперь мы знаем, что это не так; сенсорная информация недостаточно полна. Она не полна настолько, что совершенно правомерно ставился вопрос, пригодна ли она вообще для руководства поведением, содержит ли она то, что человеку нужно узнать о предмете, чтобы отнестись к нему правильно, то есть чтобы решить задачу поведения по отношению к данному объекту. Трудность задачи несомненна, и мозг сталкивается с этой задачей постоянно.

Получая тончайшие намеки на природу окружающих объектов, мы опознаем эти объекты и действуем, но не столько в соответствии с тем, что непосредственно ощущаем, сколько в согласии с тем, о чем мы догадываемся. Человек кладет книгу не на "темно-коричневое пятно", он кладет ее на стол. Догадка преобразует темно-коричневое пятно, ощущаемое глазами, или твердый край, ощущаемый пальцами, в стол - нечто более значащее, чем любое пятно или край. Темно-коричневое пятно пропадает, когда мы отворачиваемся, но мы уверены, что стол и книга находятся по-прежнему там же, где были.

Епископ англиканской церкви Джордж Беркли (1684-1753) поставил под сомнение утверждение о том, что предметы продолжают существовать, когда человек их не ощущает, - "ибо как можно знать это?" Но чтобы не получилось так, что вещь ведет "прерывистый образ жизни", - по выражению Бертрана Рассела, - Беркли вводит бога: предметы существуют постоянно, потому что бог постоянно наблюдает за ними. И этот же довод Беркли использовал позднее как доказательство существования бога. Сомнения Беркли и вывод, к которому он пришел, удачно отражены в известном шуточном стихотворении Рональда Нокса, написанном в форме вопроса и ответа:

И все же Беркли подводит нас к важной проблеме: как мы узнаем то, что нам не дано в ощущениях?

Оптические изображения, формирующиеся на сетчатке глаз (ретинальные изображения), представляют собой всего-навсего световые узоры, которые важны лишь постольку, поскольку могут быть использованы для узнавания неоптических свойств вещей. Изображение нельзя съесть, как не может есть и оно само; биологически изображения несущественны. Этого нельзя сказать о всей сенсорной информации вообще. Ведь чувства вкуса и прикосновения прямо передают биологически важную информацию: предмет твердый или горячий, съедобный или несъедобный. Эти чувства дают мозгу сведения, насущно необходимые для сохранения жизни; к тому же значимость такой информации не зависит от того, что представляет собой данный объект как целое. Эта информация важна и помимо опознания объектов. Возникает ли в руке ощущение ожога от пламени спички, от раскаленного утюга или от струи кипятка, разница невелика - рука отдергивается во всех случаях. Главное - ощущается жгучее тепло; именно это ощущение передается непосредственно, природа же объекта может быть установлена позднее. Реакции такого рода примитивны, субперцептивны; это реакции на физические условия, а не на сам объект. Опознание объекта и реагирование на его скрытые свойства появляются гораздо позже.

В процессе биологической эволюции первыми возникли, по-видимому, чувства, обеспечивающие реакцию именно на такие физические условия, которые непосредственно необходимы для сохранения жизни. Осязание, вкус и восприятие изменения температуры должны были возникнуть раньше зрения, так как, чтобы воспринять зрительные образы, их нужно истолковать- только так они могут быть связаны с миром предметов. Необходимость истолкования требует наличия сложной нервной системы (своего рода "мыслителя"), поскольку поведение руководствуется скорее догадкой о том, что представляют собой объекты, чем прямой сенсорной информацией о них.

Возникает вопрос (похожий на знаменитую задачу: "Что было раньше - яйцо или курица?"): предшествовало ли появление глаза развитию мозга или наоборот? В самом деле - зачем нужен глаз, если нет мозга, способного интерпретировать зрительную информацию? Но, с другой стороны, зачем нужен мозг, умеющий это делать, если нет глаз, способных питать мозг соответствующей информацией?

Не исключено, что развитие шло по пути преобразования примитивной нервной системы, реагирующей на прикосновение, в зрительную систему, обслуживающую примитивные глаза, поскольку кожный покров был чувствителен не только к прикосновению, но и к свету. Зрение развилось, вероятно, из реакции на движущиеся по поверхности кожи тени - сигнал близкой опасности. Лишь позднее, с возникновением оптической системы, способной формировать изображение в глазу, появилось опознание объектов. По-видимому, развитие зрения прошло несколько стадий: сначала концентрировались светочувствительные клетки, рассеянные до этого по поверхности кожи, затем образовались "глазные бокалы", дно которых было устлано светочувствительными клетками. Бокалы постепенно углублялись, вследствие чего возрастала контрастность теней, падающих на дно бокала, стенки которого все лучше защищали светочувствительное дно от косых лучей света. Хрусталик же, по-видимому, поначалу представлял собой просто прозрачное окно, которое защищало глазной бокал от засорения частицами, плавающими в морской воде - тогдашней постоянной среде обитания живых существ. Эти защитные окна постепенно утолщались в центре, поскольку это давало количественный положительный эффект - увеличивало интенсивность освещения светочувствительных клеток, а затем произошел качественный скачок - центральное утолщение окна привело к возникновению изображения; так появился настоящий "образотворческий" глаз. Древняя нервная система - анализатор прикосновений - получила в свое распоряжение упорядоченный узор световых пятен.

Осязание может передавать сигналы о форме предмета двумя совершенно различными способами. Когда предмет находится в контакте с обширной поверхностью кожи, сигналы о форме предмета поступают в центральную нервную систему через множество кожных рецепторов одновременно по множеству параллельных нервных волокон. Но сигналы, характеризующие форму, могут передаваться и одним пальцем (или иным зондом), который исследует формы, передвигаясь по ним в течение некоторого времени. Движущийся зонд может передать сигналы не только о двумерных формах, с которыми он находится в непосредственном контакте, но и о трехмерных телах. Правда, для этого ему потребуется слишком много времени, да кроме того, если исследуемый объект - живое существо, зондирование тут же обнаружится, что нам хорошо известно из собственного опыта (вспомните ощущение щекотки).

Восприятие тактильных ощущений не опосредовано - это прямой способ исследования, и радиус его применения ограничен необходимостью тесного контакта. Но это значит, что если прикосновение опознает врага - выбирать тактику поведения некогда. Необходимо немедленное действие, которое именно поэтому не может быть ни утонченным, ни даже просто спланированным. Глаза же проникают в будущее, потому что сигнализируют об удаленных предметах. Очень вероятно, что мозг - каким мы его знаем - не мог бы развиться без притока информации об отдаленных объектах, информации, поставляемой другими органами чувств, особенно зрением. Как мы увидим далее, глаза нуждаются в разуме, чтобы опознать объекты и локализовать их в пространстве, но разумный мозг вряд ли мог бы возникнуть без глаз. Можно без преувеличения сказать, что глаза освободили нервную систему от тирании рефлексов, позволив перейти от реактивного к тактическому, планируемому поведению, а в конечном счете и к абстрактному мышлению. Зрительные представления и теперь еще властвуют над нами и влекут нас. Попробуем рассмотреть и понять мир видимых объектов, не ограничиваясь тем, как этот мир преподносится нам нашими органами чувств.

Философы, как правило, принимают к рассмотрению только ту информацию о мире, которую поставляют человеку его органы чувств. Иное дело физики - они оперируют данными, получаемыми с помощью приборов, регистрирующих и такие свойства окружающего мира, которые до изобретения этих приборов не были известны. Так, о радиоволнах и рентгеновских лучах всего сто лет назад вообще ничего не знали; их открытие изменило наше мировоззрение, хотя мы и не стали воспринимать эти волны и лучи непосредственно (сенсорно). С позиций эмпирической философии это явный парадокс: наука пользуется данными тех "наблюдений", которые осуществляются самими приборами, при этом довольно трудно утверждать, что наши чувства являются единственными источниками прямого знания.

Поскольку восприятие состоит в том, что из сенсорных данных извлекаются сведения о не ощущаемых непосредственно характеристиках предметов, нет смысла настаивать, что воспринимаемые нами представления о предметах, то есть наши основные сведения о них, свободны от примеси абстракций. Мы не только верим тому, что видим, но до некоторой степени и видим то, во что верим.

Центральная проблема зрительного восприятия состоит в том, чтобы узнать, каким образом мозг перерабатывает узоры, ложащиеся на сетчатку, в представления о внешних предметах. "Узоры" в таком смысле чрезвычайно далеки от "предметов". Вместо слов "характерный, непохожий на другие узор" будем применять специальный термин - паттерн. Под этим словом здесь разумеется определенный набор условий, поданных на вход рецептора в пространстве и во времени. Но зрение воспринимает нечто гораздо более значительное, чем паттерн, - предметы, существующие во времени и пространстве.

Прежде всего попробуем разобраться в том, как предметы отличаются от того, что их окружает. Проблема станет яснее, если взглянуть на картинку, изображающую предмет, который нелегко отыскать. На рис. 1 изображена пятнистая собака, сфотографированная на таком же пятнистом фоне, - и отыскать собаку непросто. Помогают увидеть объект контуры, различия в фактуре и цвете, но границы предметов часто нерезкие, а различия в цвете обманчивы. Сходные трудности есть в усвоении речи и музыки. Слова слышны отдельно одно от другого, хотя физически они не разделены ничем; наоборот, физически произносимые слова сливаются в речи - аналогично тому, как наползают друг на друга изображения разных предметов на сетчатке глаза. Отдельные предметы как-то извлекаются из непрерывных паттернов, формирующихся в "приемнике" - рецепторе.

^{Рис. 1. Сфотографирован пятнистый пес; почти все полутона на фотографии утрачены (так бывает видно при лунном свете), и все же нетрудно отличить пятна на теле собаки от сходных пятен фона. Это возможно потому, что в мозгу содержится информация не только о форме собачьего тела, но и о многих тысячах иных вещей}

Хорошо известен зрительный феномен "чередование фигуры и фона". На рис. 2 изображено лицо - и в то же время нечто совсем иное. Восприятие здесь колеблется между двумя возможностями. Это важный факт. Он свидетельствует о том, что восприятие не выводится просто из паттернов возбуждения на сетчатке. Необходим еще какой-то тонкий процесс переработки (интерпретации) даже на таком элементарном уровне.

^{Рис. 2. Один из примеров зрительного 'перевертывания картин'}

Феномен чередования связан с именем датского психолога Эдгара Рубина. Он разработал простые, но остроумные штриховые рисунки, изображающие пару форм; взятая в отдельности, любая форма воспринимается как объект, но, поскольку обе формы разграничены одной и той же линией, происходит "соперничество" форм. Каждая из них поочередно "уходит" в фон, перестает восприниматься; в это время другая форма становится главенствующим объектом. Этот самопроизвольный цикл чередования фигур и фона весьма характерен для динамической природы процессов восприятия.

С феноменом чередования связано большое число более тонких эффектов. Когда в качестве объекта воспринимается часть рисунка, весь рисунок в целом выглядит совершенно иначе. О фигуре, показанной на рис. 3, Рубин писал:

^{Рис. 3. Одна из фигур Рубина. При каждом цикле обращения 'фигуры' в 'фон' происходит воспринимаемое, но малозаметное субъективное 'преобразование' той части рисунка, которая в данный момент оказывается 'фигурой', в ту, что видна как 'фон'}

Рубин прекрасно сознавал важность своих экспериментов-иллюстраций для проблемы зрительного восприятия объектов. Как ни странно, именно этот аспект его работы был недостаточно оценен более поздними исследователями. По этому поводу Рубин писал: "Когда происходит перевертывание фигуры и фона, наблюдатель видит, что область рисунка, на которую воздействует формообразующий контур, приобретает некую характеристику, родственную той, что позволяет нам называть вещи предметами... Даже когда фигура не выглядит похожей на какой-либо знакомый нам предмет, она все же имеет этот признак - предметность. Под предметностью мы понимаем некое свойство, общее для всех воспринимаемых объектов..."

В этих словах содержится указание на путь, по которому стоит пойти, чтобы отыскать признаки, руководствуясь которыми мозг решает, что такое объект, а что - пространство между объектами. Этот путь все еще не пройден до конца.

Наиболее замечателен рис. 4. Здесь поочередно видны то ваза, то два обращенных друг к другу профиля; в последнем случае "ваза" пропадает и превращается в пространство. Наблюдая, как ваза постепенно "тает" и вместо нее возникают два лица, мы испытываем странное, несколько даже пугающее чувство. Рубин говорит об этом рисунке:

^{Рис. 4. Зрительное перевертывание этого рисунка приводит к тому, что попеременно видны либо два профиля, обращенных один к другому, либо ваза}

Он рассматривает далее некоторые следствия этого наблюдения, имеющие значение для изобразительного искусства, особенно для эмоционального восприятия изображений. И в этом случае значимость задана не одним только изображением, возникающим на сетчатке, но и нашим истолкованием его. Он пишет:

И распространяя это на произведения искусства:

К сожалению, признаки, препятствующие перцептивному чередованию фигуры и фона (объекта и пространства), все еще недостаточно известны нам. Но и то немногое, что мы знаем, важно. Небольшие участки, окруженные более крупными, обычно воспринимаются как объект, как фигура. Повторяющийся узор воспринимается либо как фигура, либо как фон, но никогда - как то и другое сразу. Прямые линии относятся к фигуре. Эмоционально окрашенные формы также относятся к фигуре, их присутствие делает фигуру доминирующей в целой картине. Помимо всего прочего на восприятие влияют перцептивная установка наблюдателя и его личные интересы.

Для своих экспериментов по восприятию Рубин применял почти исключительно штриховые рисунки; то же делают, как правило, все психологи вплоть до наших дней. Но нам придется далее показать, что в некоторых отношениях рисунок дает глазу весьма неестественную информацию. Правда, рисунок позволяет многое узнать о восприятии, так как с его помощью можно давать глазу точно рассчитанный стимул. Но рисунок - столь неестественный объект, что результаты исследования могут оказаться весьма нетипичными. Чередование объекта и пространства может иметь место не только в условиях, описанных Рубином на примере его рисунков, встречается оно и в реальной обстановке (например, если смотреть на крыши домов на фоне вечернего неба). Чередование объекта и пространства заслуживает дальнейшего изучения; надо узнать, что происходит, когда мы постепенно увеличиваем количество данных, показывающих, что некоторая форма является объектом.

^{Рис. 5. Точно так же переворачивается картина и в том случае, когда контраст меняется на противоположный: вместо черных профилей и белой вазы изображена черная ваза на белом фоне}

И тут прежде всего возникает вопрос: каким образом некоторые паттерны "внушают" нам, что они содержат объекты? Вопрос этот важен, потому что мы часто видим паттерны, явно обладающие свойствами "предметности". Так, мы воспринимаем паттерны, характерные для листьев, туч, облаков, для тонкой или грубой фактуры земной поверхности. А в декоративном узоре содержатся формальные или хаотические паттерны, которые мы воспринимаем именно как узор, не вкладывая в него никакой "предметности". Хотя порой случается и обратное. Мы почти различаем верблюда в плывущем по небу облаке, а в колеблющемся пламени костра нет-нет да и мелькнет чье-то разбойное обличье. В этих случаях мы видим то, на что намекают преходящие паттерны и случайные формы; сомнений нет - можно воспринимать паттерны и в то же время не видеть в них предметов.

В начале века психологи-гештальтисты провозгласили огромную роль "перцептивной организации" восприятия. Смысл их посылок сводится к тому, что психике присущи врожденные принципы, в соответствии с которыми паттерны стимуляции организуются в "целое" (от немецкого слова Gestalt - целостная форма). Доказывалась эта "организация в целое" с помощью черно-белых фигур, составленных главным образом из точек. Дело в том, что даже наборы из случайно разбросанных точек все же не выглядят как случайные - глаз различает в них "конфигурации". Так, почти невозможно увидеть три точки при любом соотношении расстояний между ними, без того чтобы не воспринимать при этом еще и треугольник. В случайных скоплениях мы видим треугольники, квадраты, ряды - из хаоса возникают самые разные фигуры. Узоры, составленные из точек, были использованы для формулирования "Законов организации". Они были рассмотрены в классической статье Макса Вертхеймера "Принципы перцептивной организации" (1923). Вертхеймер показал, что узоры, вроде тех, что изображены на рис. 6, воспринимаются как группы точек; точки, разделенные меньшими промежутками, "группируются" в пары, они как бы "принадлежат друг другу".

^{Рис. 6. На этом рисунке паттерн воспринимается как пары точек}

С другим примером можно познакомиться на рис. 7: каждый наклонный ряд воспринимается как целое, и, кроме того, точки комбинируются в "треугольники". Следовательно, пространственная близость способствует перцептивной группировке элементов.

^{Рис. 7. Пример группировки точек по признаку пространственной близости. Обычно этот паттерн воспринимается как наклонные триалы точек и еще как набор треугольников}

Несколько иной принцип показан на рис. 8. Кружки и квадраты видны раздельно - в разных "рядах". Так обнаруживается важность сходства в перцептивной группировке. Большое значение гештальтисты придают тому, что они называют "хорошая фигура" и "замкнутость", подразумевая при этом, например, геометрическую простоту, особенно уподобление кругу, а также стремление "организовать части в целостные фигуры, имеющие хорошую форму". Предполагалось, что движение немаловажно для восприятия предметов, причем связь, сочетание движения частей приводит к тому, что эти части воспринимаются как одно "целое".

^{Рис. 8. Этот паттерн воспринимается как серия горизонтальных рядов: восприятие объединяет сходные символы}

Гештальтисты рассматривали свои "организующие принципы" как нечто врожденное, унаследованное.

Личному опыту они не придавали большого значения. Правда, в то время точных данных о перцептивном научении было немного, да к тому же германская метафизика, подчеркивавшая врожденность психики, вполне импонировала гештальтистам. Полностью принять наблюдения гештальтистов, отклонив в то же время гештальтистское объяснение этих наблюдений (врожденные принципы), не составляет труда. Трудно другое возразить против того, что форма большинства объектов проста и содержит замкнутый контур, что части объекта сливаются в одно целое, что объекты часто имеют периодическую структуру и периодическую фактуру поверхностей и т. д. Короче говоря, нет данных, запрещающих гипотезу о действии организующих принципов при выделении объектов из паттернов; в этом процессе предпочтение отдается типичным характеристикам объектов. Но ведь не исключено, что восприятие последних, как и сами "принципы" восприятия, развилось путем индуктивного обобщения отдельных примеров. Поскольку в опыте всех людей встречаются в основном сходные объекты, нет ничего удивительного, если у всех появятся сходные или даже одинаковые перцептивные обобщения. Такое предположение рассматривалось некоторыми гештальтистами, но было ими отвергнуто по соображениям, не имеющим силы для нас. Тем не менее гештальтисты, возможно, были правы в том, что существуют и врожденные процессы, организующие целое из частей. Некоторые современные авторы, по-видимому, принимают это положение, но в целом теория гештальта отвергается, как представляющая собой крайнюю степень отсутствия объяснения.

^{Рис. 9. Самая нижняя из точек наклонного ряда находится гораздо ближе к точкам вертикального; тем не менее в восприятии она принадлежит ряду наклонному. Очевидно, тенденция к организации точек в ряды сильнее, чем тенденция к связыванию точек по близости}

Вероятно, мы не погрешим против истины, сказав, что гештальтистов интересовало не то, как мы видим объекты, а то, как мы видим паттерны, поскольку обычно они пользовались очень искусственным зрительным материалом - вроде паттернов, составленных из точек.

Вертхеймер утверждает:

^{Рис. 10. Ряды, состоящие из точек (равно как и сплошные линии), воспринимаются в перспективе, если постепенно сближаются (конвергируют). Обычно конвергирующие линии (ряды) благодаря перспективному сжатию изображения с увеличением расстояния вызывают впечатление глубины. На этом рисунке ряды точек воспринимаются скорее как объекты, расположенные в трехмерном пространстве, чем как точки, лежащие в ровной плоскости страницы}

Если бы это было справедливо для нормального процесса восприятия, мир был бы похож на колышущийся кисель.

Нет возражений против того, что организация "целого" важна, но нетрудно отыскать примеры, свидетельствующие о ее зависимости от индивидуального опыта. Например, мы группируем буквы - языковые символы; это, безусловно, выученный процесс. Один английский комический актер носил имя НОСМО КИНГ. Это был его псевдоним, который он буквально "открыл" однажды, обнаружив, как преобразилась надпись на двойной двери, ведущей в партер, когда дверь распахнулась; до этого там было написано: НО СМОКИНГ[2].

Крупнейший немецкий естествоиспытатель Герман Гельмгольц (1821-1894) отводил значительную роль индивидуальному опыту (обучению) в развитии восприятия. Он писал:

Вряд ли эти слова вызовут какие-либо возражения, но тем не менее изначальность некоторых организующих перцептивных процессов, "заложенных" еще до рождения, остается неопровергнутой. Такая возможность не вступает в противоречие с принципом экономии, и потому мы вправе ожидать этого. Сегодня из нейрофизиологических исследований мы знаем, что некоторые зрительные детекторы формы встроены в сетчатку и в ткань мозга. За последние 10 лет это было установлено прямыми записями электрических потенциалов отдельных нервных клеток глаза и мозга.

^{Рис. 11. Поверхность с четко выраженной фактурой снята под некоторым углом по отношению к вертикали. При рассматривании фотографии неизбежно возникает впечатление наклонной поверхности кирпичей, но отнюдь не страницы. Эта двойственность - часть парадокса, который представляют собой картины}

Изучение электрической активности участков сетчатки в глазах лягушки показало, что далеко не все характеристики паттернов стимуляции находят свое отражение в активности нервных клеток, а это значит, что в мозг передаются лишь немногие характеристики стимула. Сигналы к мозгу пойдут, если изменится интенсивность стимулирующего света, причем одни клетки просигнализируют включение, другие - выключение света, третьи сработают при любых изменениях интенсивности (первые называются "он-рецепторами", вторые - "офф-рецепторами", третьи - "он-офф-рецепторами"). Рецепторы, сигнализирующие об изменении интенсивности, служат, вероятно, и для сигнализации движения, а это жизненно важно для лягушки - она должна обнаруживать и ловить мух. Впрочем, это важно для всех животных: движение, как правило, сигнализирует о появлении потенциальной пищи или об опасности.

Уже на первой ступени восприятия - в сетчатке - мы обнаруживаем нервные механизмы, реагирующие на особые паттерны с различными временными и пространственными характеристиками. В очень интересной статье "Что глаз лягушки рассказывает мозгу лягушки" Леттвин, Матурана, Маккаллох и Питтс определяют несколько специфических механизмов, реагирующих на различные паттерны. Глаз выделяет движение (объектов), изменение освещенности и то, что можно назвать "степенью округленности". Появление маленькой черной тени вызывает сильную импульсацию; в ответ пробуждается рефлекс ловли. Этот рефлекс подобен выстрелу, который происходит при нажиме на спусковой крючок: лягушка выбрасывает язык в направлении "мухи" мгновенно - время не тратится ни на какую "переработку зрительной информации" мозгом. Кстати, мозг лягушки получает от глаз очень немного информации о паттернах. Вообще с развитием мозга в процессе эволюции строение глаз становится проще и в то же время от них поступает в мозг все больше информации. Ретина - не просто слой светочувствительных клеток, это также "вспомогательная вычислительная машина", в которой происходит предварительная переработка информации - подготовка к мозговой работе. Что же касается жизненно важной информации, например о движении, то она от сетчатки передается непосредственно к органам движения; это особенно характерно для хорошо развитых глаз (например, глаз кролика); очень вероятно, что то же самое есть и у человека.

Лет десять назад два американских нейрофизиолога- Д. Хьюбель и Т. Визель - сделали поистине основополагающее открытие. Они обнаружили, что различные зрительные сигналы, соответствующие разным паттернам стимуляции, вызывают реакцию различных клеток мозга. Это открытие было сделано с помощью микроэлектродов, введенных в зрительную зону коры головного мозга (в так называемую стриарную зону, расположенную в затылочной части мозга) кошки. Оказалось, что одни клетки реагируют только на движение в каком-то одном, определенном направлении, другие - только на линии, ориентированные определенным образом, третьи - только на ломаную линию. В исследованной части поверхности коры головного мозга распределение активности нервных клеток приблизительно совпадает с пространственным распределением стимуляции на сетчатке - как бы некая грубая "карта" границ электрической активности проецируется из сетчатки на поверхность затылочных зон коры головного мозга, но в глубине коры это пространственное соответствие уже не обнаруживается, и ответом на подробный сетчаточный паттерн является электрическая активность небольшого числа мозговых клеток.

^{Рис. 12. Один из своих основных экспериментов Д. Хьюбель и Т. Визель провели на одиночных клетках зрительной коры головного мозга кошки. Здесь показана электрическая активность одной клетки, возникающая в ответ на изменения простого зрительного раздражителя - линии, ориентированной под разными углами к горизонтали. Глаз кошки видит линию (серую), и в данной клетке мозга возникают разряды (спайки активности) в зависимости от ориентации этой линии}

В одной из следующих работ Хьюбель и Визель показали, что информация о различных паттернах стимуляции скапливается в так называемых колоннах, ориентированных перпендикулярно ясно видимым слоям стриарной зоны. Сами функциональные колонны невидимы глазом и были открыты с помощью тонких методических приемов. По-видимому, колонны представляют собой решение давней проблемы - как связываются в мозге три пространственных измерения, а также цвет, движение и другие предметные характеристики. Прежнее простое представление плоского "картографического" типа оказалось недостаточным, потому что ему не хватало размерностей, отражающих в совокупности нечто большее, чем просто три пространственных измерения внешних объектов, - ведь сам мозг тоже представляет собой трехмерный пространственный объект.

Исходя из электрофизиологических данных, можно предположить, что восприятие строится на основе нервных механизмов, реагирующих на определенные простые формы, на движение, на цвет. Эти параметры связываются в уже известных нам корковых колоннах. Логически это похоже на комбинацию букв, образующих слова: существенные признаки, очевидно, представляют собой перцептивный "язык" мозга. Продолжая аналогию, добавим, что пока еще совершенно не ясно, каким образом нейронные "слова" сочетаются, образуя "предложения", то есть каким образом выходы колонн комбинируются для формирования предметного восприятия. Предположительно можно сказать, что здесь должна быть тесная связь со складами памяти, но что представляют собой эти хранилища, пока не известно. Мы не знаем даже, являются ли таковыми отдельные клетки или память хранится в виде паттернов, вовлекающих большое число клеток; а если верно последнее, то процесс сохранения следов стимуляции должен быть подобен процессу сохранения оптических паттернов при голографии в отличие от запечатления "точки в точку", характерного для обычного процесса фотографирования.

Ответы на эти вопросы - дело будущего, пока же следует изучать феномены восприятия, чтобы подготовить почву для этих ответов. Нейрофизиологическое объяснение - это еще не все. Нельзя понять деятельность нервной системы, не зная того, каким задачам она служит. Большое число полезных объяснений сформулировано в функциональных терминах, а не в терминах структуры и активности структур. Для сравнения заметим, что инженеру, обслуживающему электронные вычислительные устройства, не обязательно глубоко знать физику, чтобы разбираться в цепях машины; точно так же математику, знающему логику машины и умеющему пользоваться ею, не обязательно глубоко разбираться в электронике. (Заявление вроде "Я понимаю, почему она сбежала с Биллом" может иметь вполне реальный смысл, хотя говорящий на самом деле не имеет ни малейшего представления о том, какие физические события происходили у "нее" в мозгу, когда принималось роковое решение.)

Мысль, что восприятие - просто процесс комбинирования активности разных систем обнаружения паттернов, в ходе которого строится нейронное "описание" окружающих объектов, весьма заманчива. На самом же деле процесс восприятия - наверняка нечто гораздо более сложное, хотя бы потому, что главная задача воспринимающего мозга - отобрать единственный из многих возможных способов интерпретации сенсорных данных. Ведь из одних и тех же данных можно "вывести" совершенно разные объекты. Но воспринимаем мы лишь один объект и обычно воспринимаем верно. Ясно, что дело не только в сочетании, сложении нервных паттернов, восприятие строится и из решений. Чтобы понять это, стоит внимательнее рассмотреть неоднозначность объектов, причем тут следует иметь в виду, что выделение некоторой области паттерна как соответствующей объекту, а не просто части фона есть лишь первый шаг в процессе восприятия. Остается еще принять жизненно важное решение: что есть этот объект ? Вопрос стоит остро, поскольку любой двумерный паттерн может отвечать бесконечному числу возможных трехмерных форм. Восприятию помогают дополнительные источники информации - стереоскопическое зрение, параллакс, возникающий при движениях головы. Во всяком случае, остается фактом, что мы почти всегда достаточно надежно решаем, "ЧТО есть этот объект?", несмотря на бесконечное число возможных решений.

Одни и те же формы в разное время могут восприниматься как различные объекты. Подобно тому как рисунки, где фон и фигура попеременно меняются местами, некоторые формы, непрерывно представляющие в восприятии объект, "колеблются" - попеременно воспринимаются как различные объекты или как разные положения в пространстве одного и того же объекта. Здесь необходимо вспомнить работы Эдельберта Эймса - американского психолога, который придумал наиболее поразительные опыты, основанные на том, что видимые глазом формы весьма неоднозначны.

Эймс начинал как художник, а стал известен как автор замечательных "демонстраций работы зрения". Правда, далеко не всегда ясно, как именно работает зрение при этих "демонстрациях". К сожалению, сам Эймс писал очень мало, он больше любил смотреть.

Эймс предложил несколько моделей (некоторые из них в масштабе 1:1), предназначенных для того, чтобы наблюдатель получал такое изображение на сетчатке глаза (причем соответствующее знакомому объекту), которое бы существенно отличалось от истинной формы модели объекта. Правда, модель дает такое изображение только при определенном ("критическом") положении наблюдателя и только при условии, что наблюдение ведется одним глазом. Самая известная из моделей - "комната Эймса". Когда наблюдатель рассматривает эту комнату одним глазом сквозь отверстие, расположенное в критической точке (рис. 13), он видит нормальную комнату кубической формы; на самом деле форма комнаты далека от кубической. Ее противоположная стена повернута так, что левый угол находится гораздо дальше правого, но в глазу наблюдателя изображения обоих углов одинаковы. Чтобы достичь этого результата, Эймс сделал стену постепенно увеличивающейся по мере приближения к дальнему углу. Так комната Эймса приобрела одну из бесчисленного множества трехмерных форм, каждая из которых дает в глазу наблюдателя, помещенного в критической точке, изображение, соответствующее нормальной кубической комнате. Строго говоря, не Эймс был первым исследователем, разработавшим такую ситуацию. Пятьюдесятью годами раньше ее предложил Гельмгольц:

^{Рис. 13. Комната Эймса (в плане). Форма комнаты резко отлична от прямоугольной, кроме того, комната не плоская, тем не менее при ее наблюдении глаз получает обманчивое изображение нормальной прямоугольной комнаты, потому что ее форма искажена так, что все более удаленные части имеют в то же время больший размер. При правильном выборе соотношений размера с расстоянием комната неизбежно кажется наблюдателю нормальной, поскольку в его глазу возникает изображение, соответствующее именно комнате обычной формы}

Но Эймс был действительно первым, кто изготовил такую "искаженную" комнату и кто представил, что произойдет, если внутрь такой комнаты поместить объекты известных наблюдателю размеров, удалив их от него на разное расстояние. Результат показан на рис. 14. Мы видим с критической позиции комнату Эймса, когда в ней находятся двавека. Один из них кажется меньше другого, хотя на самом деле они одинакового роста. Тот, кто кажется меньше ростом, находится примерно вдвое дальше другого от фотокамеры, поэтому размер фигуры первого человека на фотопластинке (и в глазу наблюдающего из критической позиции) вдвое меньше размера фигуры второго. Таким образом, дело здесь не в искажающей иллюзии (описанной в главе 4), а в том, что наблюдатель, решая эту задачу, ошибочно принимает изменение размера вместо изменения расстояния до объектов.

^{Рис. 14. Так выглядит комната Эймса}

Совершенно ясно, что эта комната без введенных в нее людей или других объектов будет выглядеть нормальной кубической комнатой - она дает глазу соответствующее изображение. Очень может быть, что Гельмгольц не видел необходимости в постройке "искаженной комнаты" только потому, что считал результат само собой разумеющимся. Но введение в комнату объектов сразу изменило ситуацию - перед глазом встала альтернатива: наблюдатель должен решить, что имеет место на самом деле - комната искажена или люди разного роста? Ответ заранее предвидеть нельзя, он может быть получен только в результате эксперимента. И вот наблюдатель видит комнату кубической (какой она на самом деле не является), а людей - неравновысокими (хотя на самом деле они одного роста). Пари было заключено, и мозг сделал неверную ставку. Пари проиграно, зрение обмануто. Но так бывает далеко не всегда; утверждают, например, что новобрачная не обманывается, если в комнате находится ее муж: она продолжает видеть его высоким, а комнату - искаженной примерно так, как это и есть на самом деле. Несомненно, этот эффект можно с пользой применить для оценки женской преданности.

Если наблюдатель будет изучать комнату, используя для этого не только зрение, но и длинную палку, он постепенно увидит близкую к истинной форму комнаты. Активное исследование сможет исправить ошибку восприятия, хотя чисто интеллектуальное знание не позволяет этого. Чтобы перцептивное и интеллектуальное знания совпали, необходимо действие. Если бы этот факт был известен теоретикам эмпиризма XVIII столетия, развитие философии могло бы пойти совсем иначе. Можно не сомневаться, что сказанное справедливо и для политических суждений и оценок.

Все ли этим исчерпано? Не совсем. Пусть комната Эймса - интересная и поучительная демонстрация. Но позволяет ли эта демонстрация вывести точное заключение? Если это так, то необходимо показать, что эксперимент допускает контрольную ситуацию. Можно ли найти таковую в пределах искаженной комнаты или вне ее?

Вопрос, несомненно, надо поставить следующим образом: что произойдет, если повторить эксперимент Эймса без комнаты? Возьмем двух людей, поместим их на "пустом" фоне, причем одного из них поставим на расстоянии, вдвое меньшем, чем другого. Не покажется ли более удаленный человек стоящим на том же расстоянии, что и приближенный, только вдвое меньшего размера? А если нет, то чему приписать эффект, получаемый в комнате Эймса?

На рис. 15 показана фотография двух человек, один из которых был вдвое дальше другого от камеры, - их размеры различаются точно так же, как на фотографии, сделанной в комнате Эймса. Фотокамеру к тому же помещали достаточно низко, чтобы не возникло линейной перспективы, по которой можно было бы судить об относительной удаленности этих людей.

^{Рис. 15. 'Комната Эймса без комнаты'!}

Большинство наблюдателей, рассматривающих эту фотографию, говорят, что человек, стоявший ближе, и на фото виден несколько ближе, кроме того, размеры его фигуры намного больше, чем у другого человека. Иными словами, разница в размерах воспринимается как только отчасти зависящая от расстояния. Таким образом, добавление Эймса к ситуации, предложенной Гельмгольцем, не является существенным.

Широко известен также "стул Эймса". Он составлен из нескольких металлических стержней, поддерживаемых струнами тонкой проволоки, которые сходятся к одной точке. Стержни наблюдаются из этой точки, так что струны проволоки представляют собой как бы материализованные перспективные линии, соединяющие глаз наблюдателя с концами стержней. Последние расположены так, что именно отсюда дают в глазу наблюдателя схематическое изображение стула, а из любой другой точки виден просто беспорядочный набор стержней. Опыт интересен, но, как и комната Эймса, ничего неожиданного сам по себе не содержит. Если модель сделана правильно, то она должна восприниматься как любой объект, имеющий на самом деле какую угодно форму, но дающий в этой ситуации именно такое изображение на сетчатке глаза, какое дал бы обыкновенный стул.

Замечательно не то, что опыт Эймса всегда удается, если не вводятся конфликтующие с заданной моделью элементы (это, кстати, само по себе очень интересно), а то, что перцептивная система все-таки удовлетворяется одной-единственной интерпретацией ретинальных изображений, формируемых нормальными объектами. Может быть, именно в этом и заключается суть опыта. Удивительно то, что из сонма возможностей мозг обычно извлекает практически наилучшую.

^{Рис. 16. Так была получена фотография 'комнаты Эймса без комнаты'. Обе женщины стояли на фоне белого экрана и на разных расстояниях от фотокамеры, расположенной низко над полом. Вследствие этого информация о перспективе и о фактуре фона была утеряна. Оценить влияние этой утраты на восприятие можно лишь в эксперименте. Так мы получаем сведения о допущениях, которые строит воспринимающий мозг, и о значении ретинальной информации для изменения этих допущений в различных условиях наблюдения}

Нам уже сейчас придется допустить, что процесс восприятия предусматривает выбор (всегда спорный, нечто близкое к пари) той интерпретации сенсорных данных, которая является наиболее вероятной, если исходить из мира реальных объектов. Перцепция строит что-то вроде гипотез, с помощью которых из сенсорных данных выводится объективная реальность. К тому же поведение не полностью контролируется сенсорными данными, а основывается на допущениях, выведенных в процессе восприятия из этих данных. Это становится ясным из анализа повседневного опыта: я кладу книгу на стол, не проверяя предварительно, выдержит ли он книгу. Я действую в соответствии с тем, как представляю себе физический объект - стол, а не в соответствии с тем коричневым пятном, которое находится в моем глазу, когда я смотрю на поверхность стола. Таким образом, процесс восприятия включает своего рода "блок принятия решений", то есть разум.

Говоря о восприятии, Гельмгольц употреблял термин "бессознательные умозаключения". Автор не совсем понимает, почему это представление Гельмгольца не стало популярным среди психологов. Гельмгольца особенно занимал тот факт, что, хотя сенсорная деятельность начинается на поверхности нашего тела, включая сетчатку глаза, мы все же ощущаем предметы как "вещи, находящиеся где-то там", то есть вне нас. К тому же даже иллюзорные ощущения, "проецирующиеся" вовне, бывают чрезвычайно сильными. Например, если осветить совершенно темную комнату краткой, но очень яркой вспышкой света, наблюдатель увидит интенсивный последовательный образ (послеобраз), в котором будет различима каждая деталь комнаты. И хотя наблюдатель точно знает, что он видит лишь "фотографию", оставшуюся в глазу после вспышки, даже выйдя из комнаты и закрыв за собой дверь, он воспринимает этот видимый послеобраз как подлинную комнату.

^{Рис. 17. Стул Эймса. Слева - наблюдение ведется из точки, в которую сходятся струны проволоки, поддерживающие стержни. Справа - вид 'стула Эймса' из любой другой точки наблюдения}

Гельмгольц предположил (хоть и не в форме силлогизма, который дается ниже), что мозг постоянно выводит "бессознательные умозаключения" такого рода:

Нам пора совершенно четко уяснить себе, что в черепе нет никакого "человечка", строящего силлогизмы, да Гельмгольц, без сомнения, так и не думал. Но многим людям в его время, а некоторым и теперь (особенно тем, кто не знаком с работой электронных вычислительных машин) может показаться, что выражение "бессознательные умозаключения", прямо относящееся к восприятию, подразумевает присутствие этакого "внутричерепного человечка". Знакомство с ЭВМ снимает даже возможность появления недоразумений такого рода. У нас больше нет оснований считать логические действия исключительно человеческой способностью, с необходимостью требующей участия сознания. Свои "бессознательные умозаключения" при восприятии Гельмгольц описывал следующим образом:

Почти вся эта книга, в сущности, посвящена разбору только что приведенного отрывка из трудов Гельмгольца. Совершенно ясно, что в процессе зрения самое важное для животного - уметь различить, что именно (в тех паттернах, которые свет формирует в его глазах) соответствует объектам, находящимся в поле зрения животного, а что - пространству между этими объектами. Следующее по важности - опознать эти объекты, руководствуясь характерными для них паттернами. Но, как мы уже говорили, видимые объекты представляют собой нечто большее, чем паттерны, которые формируются на поверхности рецепторов, причем для обладателя глаз гораздо важнее именно те свойства объектов, которые непосредственно не воздействуют на глаза. Как же объекты "извлекаются" из паттернов? Нам предстоит рассмотреть внутреннюю "логику" восприятия. При этом главное мое положение заключается в том, что перцепция (восприятие) есть своего рода способность к решению проблем.

Рисунки, картины, изображения трактуются здесь как замечательные изобретения, для восприятия которых надо вырабатывать особое умение; предполагается, что некогда вслед за картинами появились абстрактные символы и, наконец, письменность. Разбирая восприятие объектов, отображенных в рисунках и в символах (включая пиктограммы древних языков), я надеюсь показать, что даже человеческая способность к чисто абстрактному мышлению может быть прямо выведена из первых попыток объективной интерпретации изображений-паттернов, формировавшихся в примитивном глазу.