Разумный глаз

Мы уже обнаружили, что картины и предметы - не меньше, чем утверждения, выраженные письменно или устно, - могут оказаться парадоксальными, неоднозначными или неопределенными. Кроме того, они могут выглядеть искаженными.

Зрительные искажения часто называют просто "иллюзиями", но не следует забывать, что есть большое число иллюзий, не имеющих отношения к зрению. Искажения могут возникать в связи с самыми разными типами чувствительности: температурной, вкусовой, слуховой (громкость и высота звука), зрительной (яркость, цвет, скорость движения и т. д.).

^{Рис. 58. Предварительная экспозиция в холодной и горячей воде вызвала направленную адаптацию рук, изменив состояние измерительного аппарата в каждой из них, - поэтому в дальнейшей стадии опыта температура, действующая на кожу обеих рук, оценивается неверно. Мозг не отвергает парадокса, и мы испытываем парадоксальное ощущение, хотя сознаем, что соответствующее ему событие физически невозможно}

Некоторые искажения возникают вследствие утомления сенсорных рецепторов либо при "адаптации" этих рецепторов к длительной или интенсивной стимуляции. Это случается с рецепторами любого типа, и постадаптационные искажения восприятия могут оказаться весьма значительными. Рассмотрим несколько способов возникновения искажений восприятия в результате адаптации разных рецепторов.

1. Адаптация к тяжести

Если держать в руке в течение нескольких минут тяжелый груз, а затем освободиться от него, то вес руки ощутимо уменьшится и она может непроизвольно подняться вверх на десяток сантиметров.

2. Адаптация к температуре

Этот старинный опыт стоит проверить на себе. Поместите одну руку в сосуд с холодной, другую в сосуд с горячей водой; подержите их так несколько минут. Затем переместите обе руки одновременно в сосуд с теплой водой. Несмотря на то что теперь на обе руки действует одинаковая температура, та рука, которая была раньше в горячей воде, ощущает холод, а другая воспринимает тепло - одна и та же вода кажется одновременно и горячей и холодной. Интересно, что при медленном подогреве (или охлаждении) воды - настолько медленном, что помещенная в сосуд рука не ощущает изменения температуры, - феномен адаптации все же действует: искажение происходит так же, как было описано выше, хотя адаптация остается неощутимой, неосознаваемой.

3. Адаптация к вкусу

По мере адаптации сладкие напитки постепенно утрачивают ощущаемую сладость. Подержите во рту в течение нескольких секунд воду, в которой растворено много сахара; попробуйте затем на вкус чистую воду - она покажется вам теперь определенно соленой.

Рис. 59. Эффект адаптации к движению содержит парадокс, поскольку спираль одновременно видна как суживающаяся и неизменная в размере. Последействие движения можно перенести и на другие объекты

4. Адаптация к громкости и высоте звука

Адаптации такого рода могут оказаться опасными; лучше демонстрировать их в условиях лаборатории - это не составит большого труда.

5. Адаптация к скорости

Воспринимаемая скорость движения часто искажается при вождении автомобиля: скорость движения 45 километров в час кажется смехотворно малой после получасового непрерывного движения по большой магистрали со скоростью 80-90 километров в час.

Как и при адаптациях других видов, здесь может произойти искажение, имеющее противоположный знак. Если вы понаблюдаете в течение нескольких секунд вращающуюся спираль, показанную на рис. 59 (для чего поместите ее хотя бы на диск проигрывателя грампластинок), то вам покажется, что во время вращения спираль расширяется, а после остановки диска сжимается.

6. Адаптация к яркости

Адаптация к ярко освещенным участкам дает хорошо известные эффекты, связанные с возникновением зрительных послеобразов - ярких, темных или окрашенных. Если в течение нескольких секунд смотреть на лампу (стараясь совершенно не двигать глазами), а затем перевести взгляд на белую стену или на лист бумаги, эффект адаптации к белому и черному выступит чрезвычайно резко. Адаптация к яркому свету приведет к возникновению соответствующего по форме темного участка, который будет теперь перемещаться вместе с взглядом по серому полю.

Эффекты, зависящие от возникновения яркостных и цветовых послеобразов, поняты в настоящее время довольно хорошо. Если фиксировать взгляд на красной птице (рис. 60), то наступит уменьшение чувствительности светоприемников сетчатки на том участке, где формируется изображение птицы. Если вместо рисунка использовать светящийся объект, снижение чувствительности будет еще более резким. Переведя взор на равномерно освещенную поверхность, мы увидим участок, который соответствует ранее засвеченной зоне сетчатки, более темным - в результате того, что этот участок, чувствительность которого снизилась во время экспозиции на ярком свете, посылает теперь к мозгу менее сильный сигнал. При этом частота импульсов, идущих по зрительному нерву от ранее засвеченного участка сетчатки, снижена так, как если бы на этот участок и в самом деле проецировалась наиболее темная часть наблюдаемого объекта.

^{Рис. 60. После длительной фиксации взгляда на красной птице можно увидеть ее в клетке, переведя взор в центр последней; при этом цвет птицы, как правило, меняется на зеленый. Если читатель воспользуется цветными очками, он может провести ряд интересных наблюдений над этим феноменом. Так, посмотрев сквозь очки на лампочку, а затем переведя взгляд на белую или цветную поверхность, можно наблюдать зависимость цвета послеобразов от цвета фона и т. п., причем размеры послеобраза тем больше, чем дальше находится поверхность, на фоне которой вы его рассматриваете. Размер возрастает почти вдвое каждый раз, когда удваивается расстояние. Этот закон выведен Эммертом}

Аналогично объясняются цветовые послеобразные явления. Цвет из сетчатки сигнализируется в мозг (почти наверняка) всего по трем каналам. Имеется три типа "колбочковых" рецепторов, каждый из которых чувствителен либо к красному, либо к зеленому, либо к синему цвету. Белый свет активирует все три цветовых канала, и определенное соотношение активности трех каналов "означает" белизну. Относительная активность красного света больше в "красном канале", зеленого - в "зеленом канале", синего - в "синем канале". Разные соотношения активности этих трех каналов соответствуют ощущениям всех цветовых оттенков. "Трехканальность" цветовоспринимающей системы зрения обусловила возникновение (да и саму возможность реализации) цветной фотографии и цветного телевидения с помощью трех цветов, грубо соответствующих тем характеристикам света, на которые реагируют три канала цветового зрения человека, три типа ретинальных рецепторов цвета. И если одна или две ретинальные цветовоспринимающие системы адаптированы, то есть утратили часть чувствительности в результате долгой экспозиции к окрашенному свету, то мозг воспримет такой сигнал, который соответствует свету, имеющему окраску, дополнительную к окраске света, вызвавшего адаптацию. Поэтому мы видим дополнительный цвет в послеобразе.

С помощью мощной электронной лампы-вспышки можно создать на сетчатке весьма впечатляющий фотографически детальный послеобраз. После того как вспышка такой лампы осветит темную комнату, еще в течение нескольких секунд комната будет видна во всех деталях и притом настолько живо и четко, что послеобраз может быть ошибочно принят за реальную комнату, пока наблюдатель не переведет взгляд или послеобраз не потускнеет.

Эффекты, связанные с возникновением последовательных образов, объясняются в основном изменением чувствительности в сетчатке; не исключено, однако, что при длительном или сильном воздействии световых раздражителей на глаз наступают некоторые изменения и в проекционных зонах мозга.

Другой эффект, происхождение которого менее ясно, также, по-видимому, связан с состоянием сетчатки - это возникновение цвета под действием мелькающего белого света. Если вы вырежете диск (стр. 215) и станете вращать его (например, на проигрывателе грампластинок), на диске постепенно проступит цвет. В зависимости от скорости и направления вращения диска цвета будут меняться. Перед вами на рис. 61 диск Бэнхема. Автор первоначально получил эффект с черно-белым волчком. Объяснение эффекта заключается скорее всего в том, что три ретинальные системы цветоощущения обладают, если говорить на языке электроники, различными временными константами. Вращающийся диск осуществляет прерывистую стимуляцию рецепторов цвета. Вполне возможно, что рецепторы, чувствительные к красному, зеленому и синему цветам, имеют несколько различающиеся временные константы, и поэтому периодические вспышки света вызывают различную по уровню активность в трех системах цветоощущения, а для мозга такая сигнализация равносильна сигнализации о цвете. Эту иллюзию преодолеть невозможно, так как в обоих случаях сигналы, идущие от глаз, идентичны. Если диск Бэнхема "показать" телевизионной камере, то на экране телевизора также возникнет (объективное) нарушение цветового равновесия. Эти изменения цвета по меньшей мере столь же сильны, как и при прямом наблюдении диска Бэнхема, что объясняется тождеством физических причин обоих эффектов - видимого глазом и "наблюдаемого" телевизионной камерой.

^{Рис. 61. Диск Бэнхема}

Описанные искажения (за исключением, пожалуй, эффектов движения) возникают вследствие адаптации на уровне периферических приемников органов чувств, точнее говоря, из-за того, что сенсорные преобразователи энергии теряют настройку. Что касается работы мозга, получателя информации, то его положение, пожалуй, можно сравнить с положением фотографа, оставившего фотоэкспонометр на солнце, после чего прибор неизбежно утратил свою чувствительность, либо с положением техника, допустившего, чтобы его измерители, расширились под действием высокой температуры. Когда преобразователи и измерители начинают давать иной ответ при воздействии неизменного сигнала, ошибки шкалирования измерений возникнут неизбежно - неверным будет масштаб; такие ошибки могут быть исправлены лишь с помощью другого источника информации, который, кстати, привлекается и в том случае, когда сигналы первого источника слишком маловероятны. Об адаптациях, дающих описанные эффекты, можно сказать, что они являются следствием нарушений калибровки сигналов.

Чрезвычайно странные эффекты возникают при адаптации одного из двух параллельных сенсорных каналов. Например, последействие движения - эффект, возникающий при наблюдении вращающейся спирали, - содержит парадокс: мы видим движение ("расширение") в направлении, противоположном действию адаптирующей стимуляции (это и есть последействие), и в то же самое время мы видим, что спираль не меняется в размерах (как и любой другой объект, наблюдаемый в период последействия). Расширение, происходящее одновременно с сохранением постоянных размеров, - вещь невозможная в мире физических объектов; потому этот эффект парадоксален.

Нечто подобное может произойти и в жизни, например при определении скорости движения автомобиля. Скорость можно вычислить, заметив расстояние, пройденное в определенный промежуток времени; величину скорости можно узнать и по показаниям спидометра. Представьте себе, что вы пользуетесь обоими способами, причем один из приборов - либо спидометр, либо суммарный счетчик пройденного пути - дает неправильные показания. Не зная этого, мы обнаруживаем, что в одно и то же время путешествовали с разной скоростью, а если спидометр просто не работает, то получится, что в одно и то же время мы двигались и стояли на месте. Однако в таких случаях мы приходим к заключению совсем другого рода, то есть предполагаем, что один из приборов дает неверные показания. Мозг же далеко не всегда поступает подобным образом с противоречивой сенсорной информацией: хотя информация, поступающая по параллельным каналам, и содержит иногда противоречие, она учитывается, выступая в восприятии "на равных правах". Таким образом возникают парадоксы, в том числе и те, что приводят к искажению восприятия. Так мы начинаем понимать, что мозг, работающий над интерпретацией сенсорных данных без помощи извне, подобно "засекреченному ученому" существенно ограничен в своих достижениях.

Парадоксы такого рода возникают только в тех случаях, когда информация притекает по различным параллельным каналам. Цветоощущение есть пример одноканальной системы, состоящей из трех видов рецепторов, соотношение активности которых определяет ощущаемый цвет. В этом случае адаптация приводит лишь к изменению цвета, но к парадоксу - никогда. Мы не можем увидеть какой-либо предмет одновременно целиком красным и целиком зеленым - не потому, что реальные предметы никогда не бывают такими (как объяснили это некоторые философы), а потому, что глаз не способен передавать мозгу неоднозначную информацию о цвете.

Названные эффекты искажения имеют периферическое происхождение, так как возникают вследствие изменений чувствительности сенсорных рецепторов - преобразователей притекающей извне физической энергии в нервные сигналы. Явления сенсорной адаптации возникают очень легко, а вызванные ими искажения восприятия чрезвычайно трудно преодолимы и, следовательно, потенциально опасны. Возникает вопрос, не является ли неустойчивость сенсорных преобразователей своего рода слабым звеном физиологической машины. Но, быть может, легкость, с которой наступает адаптация к неизменному физическому воздействию, все же имеет какой-то глубокий смысл? Например, болевые рецепторы сравнительно мало адаптируются (потому-то зубная боль и не притупляется!), значит, адаптация рецепторов - не обязательное явление. Одно из возможных объяснений, которое мы заимствуем из приборостроения, заключается в предположении, что адаптация предохраняет систему от более серьезных погрешностей, которые неизбежно возникли бы вследствие дрейфа, свойственного любой преобразующей системе, если последняя предназначена для генерирования постоянного ответа на неизменный сигнал, то есть если система гальванически спарена. Электронные устройства часто обладают недостатками такого рода. Всюду, где возможно, инженеры используют цепи, спаренные по переменному току. Такие цепи хоть и проявляют адаптацию, то есть утрачивают длительно поддерживаемый устойчивый сигнал, но зато не дают ложных сигналов, возникающих при дрейфе составляющих. Для болевой системы важно передать: есть боль или нет боли; для такого рода систем нет надобности в "спаривании по переменному току".

Рассматривавшиеся нами искажения восприятия нарастают во времени как результат "адаптации" или "утомления" рецепторного механизма, и мозг получает измененный сигнал. Есть, кроме того, поразительные эффекты зрительных искажений, которые не нарастают, а возникают мгновенно. Они необычайно реалистичны, практически неизменны при повторениях и почти одинаковы для всех, кто их когда-либо наблюдал. Многие из них знакомы еще по детским книгам. От них часто отмахиваются, как от пустяков, и лишь некоторые монографии по восприятию трактуют их всерьез. Это, несомненно, важные эффекты, хотя бы просто потому, что они прекрасно воспроизводимы. В истории науки не раз бывало так, что эффекты, на первый взгляд пустячные, использовавшиеся только для изготовления игрушек, затем вели к решению глубоких научных проблем. Систематические искажения, возникающие под действием некоторых форм, раскрывают такие процессы восприятия, которые нельзя не отнести к наиболее интересным.

Искажения эти затрагивают размеры и форму. При иллюзиях искажения фигур одни линии кажутся удлиненными, другие - укороченными, третьи - согнутыми или даже смещенными в сторону. Ошибка иногда составляет 30 процентов и даже больше, то есть имеет порядок величины, вполне значимый для практики.

В некоторых случаях иллюзорные фигуры удивительно просты; такова, например, наиболее знаменитая из них - "стрелы" Мюллера-Лайера (рис. 62). Здесь нет ни "танцующих" периодических линий, ни странных незнакомых форм - вообще ничего замаскированного или припрятанного. Стоит просто добавить к черточке наконечники стрел, чтобы черточка стала на вид короче, а если к этой же черте прибавить оперение стрел, она станет длиннее. Почему? Каким образом такие простые и понятные глазу элементы формы обманывают глаз? И что здесь обманывается - рецепторы сетчатки, связи этих рецепторов между собой или мозг? Прежде чем взяться за решение этой непростой задачи, подумаем, как объективно измерить такие искажения восприятия.

^{Рис. 62. Пара фигур Мюллера-Лайера, дающая иллюзию 'стрел'. Вертикальные отрезки прямых - 'древки стрел' - на самом деле имеют одинаковую длину, но 'оперения стрел' увеличивают, а 'острия стрел' уменьшают кажущуюся длину отрезков. Необычность этой фигуры состоит в том, что искажение заключено в ней самой; в большинстве других иллюзий фон искажает нанесенные на него линии или иные геометрические элементы}

Ошибки в оценке длины можно вполне точно измерить, используя как эталон "нейтральную" линию, длину которой следует менять до тех пор, пока она не покажется такой же, как длина искаженной линии. Измерив затем одной и той же линейкой эталонную и искаженную линии, мы получим величину искажения, причем эта величина будет верной даже в ситуации иллюзии, когда сама линейка воспринимается искаженно. Показания линейки будут прочитаны правильно, если ее поместить вплотную к измеряемой линии. На рис. 65 мы видим, как выглядит линейка, помещенная на искаженную фигуру, тем не менее ее показания прочитываются правильно.

^{Рис. 63. Аналогичное искажение получается на картинах и фотографиях с хорошо выраженной перспективой}

Некоторые искажения удается измерить, перерисовав фигуры так, чтобы они не казались искаженными. Рис. 64 показывает иллюзию "стрел", но длины фигур здесь действительно различны, что можно проверить с помощью линейки. Этот метод измерения называется "уравниванием". Как и во многих других научных исследованиях, он чрезвычайно полезен при изучении восприятия. Здесь, однако, возникает одна трудность.

^{Рис. 64. Фигуры, содержащие иллюзию Мюллера-Лайера. Длины отрезков здесь подобраны так, чтобы отрезки казались одинаковыми. Этот способ позволяет измерить величину искажения}

После "искажения" фигуры глаз получает уже не те сигналы, которые получал до этого. Как мы можем оценить влияние такого изменения на воспринимающую систему? Вряд ли влияние будет значительным, но прежде чем утверждать это, нужен опыт. Возникшая ситуация аналогична принципиальному затруднению, получившему в физике имя принципа Гейзенберга: акт измерения может изменить само измеряемое явление. Даже способ измерения с помощью нейтральной линии небезупречен, поскольку первоначальная иллюзорная фигура не содержит этой дополнительной линии. О подобных затруднениях надо помнить, но зрительные искажения следует продолжать измерять с уверенностью, порождаемой именно простотой применяемых методов.

^{Рис. 65. Линейка искажена: на ее видимую длину влияет фигура, содержащая иллюзию. Измерение все же удается, если линейку расположить вплотную к фигуре}

Где находятся искажения - в глазах или в мозгу?

Нередко бывает очень трудно установить, где именно в нервной системе локализована данная функция (либо нарушение этой функции - временное или постоянное). То же самое справедливо и в отношении некоторых технических систем. Возьмите, например, водопровод или систему водяного отопления: воздушная пробка может быть где угодно. Опытный водопроводчик способен догадаться, что пробка локализована не на прямом участке трубы, а на одном из ее сгибов; поочередно закрывая одни краны и открывая другие, он может определить и тот сгиб, где находится пробка. Но чтобы сделать это, он должен составить в уме (или на бумаге) модель системы и придать ей определенные общие принципы организации (например, что вода течет сверху вниз, что она стремится выровнять свои уровни, что горячая вода образует пар, который и может создать пробку, если термостат не в порядке или неверно установлен). Диагностика погрешностей отопительной системы - сравнительно простая вещь, потому что возможные источники неполадок немногочисленны и есть несколько довольно простых способов прямо установить их причину (включая постукивание по подозрительным местам - прием, не чуждый также инженерам-электроникам и невропатологам!)

^{Рис. 66. Изогнутая линейка - предмет маловероятный, и все же мы видим линейку изогнутой. Совершенно ясно, что такие иллюзии возникают не просто потому, что внутренняя вероятность образа перевешивает свидетельство ретинального изображения}

Связи в нервной системе столь многообразны, что неполадки в одной ее части могут отразиться на другой, подчас весьма удаленной области системы, которая на вид функционирует совершенно независимо от первой, а на самом деле очень тонко связана с ней. Но даже в тех чрезвычайно немногочисленных случаях, где цепь процессов, протекающих вдоль одного и того же нервного пути, ясна, локализовать дефекты этого пути очень трудно. Помимо технических трудностей, связанных с регистрацией активности в нервной системе, имеются и другие сложности, например на удивление нелегкие вопросы трактовки регистрируемых данных: ведь помимо всего прочего, мы далеко не всегда знаем назначение каждой физической части изучаемой системы. Водопроводчику нужно знать хотя бы простейшие принципы работы узлов системы, иначе ему не установить даже источника элементарных неполадок. Многие основные процессы, протекающие в нервной системе, нам совершенно неизвестны - и потому очень трудно локализовать функции. Но прежде чем начинать думать об их локализации, следует определить функцию, понять ее. При этом для понимания частей, их особенностей и связи между ними чрезвычайно важна вся концепция системы, выраженная в виде целенаправленной модели целого. К примеру, мы довольно уверенно описываем снижение чувствительности рецепторов сетчатки в качестве причины возникновения послеобразов, так как понимаем функцию рецепторов (улавливание квантов и преобразование энергии света в зрительные сигналы). Но как нам разобраться в иллюзиях искажения, если мы не представляем, какого рода функциональные связи обеспечивают восприятие?

Прежде всего полезно было бы узнать, где возникают искажения: в глазах (быть может, в связи с их движением) или в мозгу. Проведение опытов, позволяющих уверенно определить, что иллюзии искажения возникают (во всяком случае, первично) в мозгу, а не в глазах, не требует особенно сложных методик. Это определяется путем предъявления, обычно с помощью стереоскопа, одних частей фигуры одному глазу, других частей фигуры - другому. Применяют две методики: 1) одну часть фигуры - "тест" ("искажаемую часть") - показывают одному глазу, а другую часть фигуры - ее "искажающую часть" - другому; 2) фигуру разбивают на точки в случайном порядке и делят надвое так, что ни один глаз не получает ясно различаемой фигуры; лишь после слияния {фузии) сигналов от обоих глаз в мозгу зрительно воспринимается уже не случайный узор из точек, а фигура, содержащая иллюзию. Если при проведении опыта по любой из этих методик видна вся фигура, а искажение отсутствует, мы заключаем, что источник искажения находится в системе каждого глаза (вероятнее всего, в сетчатке). Если же искажение при этом возникает, значит, оно появляется после того, как в мозгу произошло слияние информации, поступающей от обоих глаз.

Несколько экспериментаторов (Витасек в 1899, Оваки - в 1960, Спрингбек - в 1961 году) проводили такие опыты и нашли, что искажения имеют место, но они значительно слабее выражены. Позднее этот вопрос исследовался Борингом (1961), Деем (1961), а также Шиллером и Винером (1962). Они изучали влияние условий самого стереонаблюдения на изучаемый феномен. Это было необходимо, так как выводы Витасека, Оваки и Спрингбека не опровергали предположения о значительной роли сетчатки в происхождении иллюзии искажения. Такое положение вещей в науке - не редкость; мы знаем, например, что перья падают медленно не потому, что сила тяжести не действует на пух и перо, а потому, что сопротивление воздуха сильно замедляет их падение. Однако сопротивление воздуха вполне может быть истолковано сначала как уменьшение силы тяжести, и потому необходим эксперимент, при помощи которого можно проверить эти две очень разные гипотезы о причинах замедления падения перьев.

Боринг обратил внимание на то, что при стереоскопическом наблюдении иллюзорно искаженных фигур возникает впечатление глубины. Дей доказал, что при этом происходит "соперничество полей зрения": фигуры, наблюдаемые каждым глазом в стереоскопе, не всегда сливаются в единую устойчивую фигуру, они как бы колеблются. Эффект такого рода показан на рис. 67. Тем самым были предложены два привходящих фактора, которые могли объяснить ослабление иллюзий при наблюдении фигур в стереоскопе. Шиллер и Винер изучали пять иллюзий искажения (рис. 68) в особых условиях стереоскопии, резко уменьшающих как ощущение глубины, так и феномен соперничества полей зрения. Они применяли очень короткие экспозиции. В результате величина наблюдавшихся иллюзий оказалась такой же, как и при обычных условиях наблюдения. Отсюда можно заключить, что, по-видимому, тенденция к глубинному восприятию фигур и (или) соперничество полей зрения действительно уменьшают воспринимаемые иллюзорные искажения фигур и, следовательно, эти искажения возникают в мозге, а не в глазу.

^{Рис. 67. Соперничество полей зрения возникает, если наблюдать этот узор сквозь цветные очки; тогда один глаз увидит красные, а другой - зеленые линии. Мозг не в состоянии все время воспринимать такие сигналы в комбинации, поэтому мы видим странный узор - непостоянный, колеблющийся}

Этот вывод подтверждается с помощью второй из упоминавшихся ранее методик разделения фигур - когда каждому глазу предъявляют узор, состоящий на вид из неупорядоченного набора точек. Методика эта возникла недавно; ее разработал Бела Юлеш, блистательно исследовавший с ее помощью природу стереоскопического зрения. В экспериментах, проведенных по методике "случайный набор точек", иллюзии искажения, включая иллюзию Мюллера-Лайера, оказались полностью сохраненными. Таким образом, мы имеем все основания полагать, что эти иллюзии возникают в мозгу.

Впрочем, последнее заключение мы сделали с чувством некоторой неловкости: слишком много открытых вопросов оставляет такой вывод. Хуже всего то, что мы недостаточно осведомлены о работе мозга и потому не можем точно указать тот процесс, который нарушается при наблюдении фигур, создающих иллюзии. А можно ли понять и объяснить иллюзии, не понимая во всех тонкостях работу мозга? Возвращаясь к аналогиям, можно сказать, что наш случай напоминает положение слесаря-водопроводчика, регистрирующего шум в трубах и ухудшение круговорота воды, но не знающего о том, что к образованию воздушных пробок приводит пар, а значит, не следует ставить термостат на перегрев, если пар может повредить работе отопительной системы. Возможно, не менее подходящим примером будет случай с учеником телевизионного техника, который пробует объяснить причину искажения телевизионной картинки, не зная того, что ее симметрия задается в системе координат, связанных со строкой и кадром, а искажение последних неизбежно приводит и к искажению изображения.

^{Рис. 68. Наблюдая эти рисунки через цветные очки, мы даем одному глазу одни, а другому - другие части фигуры; порознь они не искажены. Глядя обоими глазами, мы видим фигуру, содержащую иллюзию искажения; таким образом, источник искажений находится в мозгу, а не в сетчатке}

Продолжим эти примеры-аналогии. Положим, телевизионный техник в самом деле понимает основные принципы формирования изображения, но не знает детально конкретных цепей телевизора. Мог бы он понять и объяснить искажение картинки? Несомненно, техник будет располагать объяснением, правильным в отношении всех телевизоров с общим принципом работы; однако объяснение не будет содержать указаний на то, какие именно части испорчены и почему порча данной детали телевизора должна привести к нарушению развертки, а следовательно, и к искажению изображения. Но объяснение техника логически удовлетворительно и представляет собой шаг вперед - к детальному знанию неполадок, необходимому для их устранения. Точно так же и мы нуждаемся в понимании общих принципов работы мозга, чтобы верно оценить значение разных его компонентов - конкретных частей, уровней, цепей. Именно в этих общих терминах нам и следует пока стремиться понять иллюзии-искажения, а более конкретное объяснение должно прийти позже, когда станет лучше известна физиология мозга.

Вернемся назад - к вопросу о том, как мы понимаем восприятие. Мы считаем, что восприятие - удивительно эффективный процесс использования явно недостаточной и потому неоднозначной информации для выбора одной из хранящихся в памяти гипотез о сиюминутном состоянии внешнего мира. Гипотезы строятся для ответа на вопросы о том, что представляют собой объекты, какова их величина и какое положение в пространстве они занимают. Особенно важно оценить удаленность объекта от наблюдателя. Расстояние всегда непостоянно (по крайней мере для земных объектов), поэтому удаленность не включается в объект-гипотезу. Отсюда следует, что положение любого объекта в пространстве должно быть выведено из сиюминутной сенсорной информации. Опознание объектов упрощено благодаря тому, что большинство знакомых предметов содержит избыточную информацию. У лица два глаза - но довольно увидеть один из них. А раз виден глаз, значит, возле него должен быть и нос. Если видна голова, значит, рядом - туловище, руки, ноги. Например, кинокадры, показываемые крупным планом, были бы совершенно лишены смысла, если бы не наша способность "присочинять" факты, связывая их с видимыми частями знакомых объектов. Но для оценки размеров и расстояний эта способность ничего не дает. Любой данный объект может иметь несколько размеров и может быть удален на самые разные расстояния. Поэтому сиюминутная сенсорная информация необходима для формирования шкалы оценки размеров и расстояний. В том случае, когда по какой-либо причине шкала оценки размеров и расстояний устанавливается неверно, следует ожидать соответствующих искажений в восприятии размера и расстояния. Поэтому стоит разобраться, не связаны ли иллюзии искажения с теми особыми видами сенсорной информации, которые используются для установления шкал воспринимаемых размеров и воспринимаемой удаленности предметов. Возможно, это послужит ключом к проблеме происхождения иллюзий.

Помимо только что намеченного подхода к проблеме, существуют и другие пути ее разрешения. Так, мы могли бы изучать лишь подлинные компоненты и нервные цепи мозга, совершенно не занимаясь теми процессами, которые кажутся нам лежащими в основе работы мозга. (Это было бы похоже на ознакомление с работой вычислительной машины путем изучения ее металлического "тела" при полном незнании ее программ.) Впрочем, часто действительно очень нетрудно устранить неполадки в электронных приборах путем обнаружения и замены сгоревшей детали. При этом совсем не обязательно знать принципы работы прибора или программу, если речь идет о вычислительной машине. Но случай, рассматриваемый нами, не совсем таков. Занимаясь иллюзиями искажения зрительных форм, мы видим перед собой систему, которая работает нормально (за исключением особых случаев, тех, где системе приходится иметь дело с фигурами, принадлежащими к определенному классу). К тому же этот дефект обнаруживают все экземпляры системы (то есть все люди); поэтому его никак невозможно отождествить с "перегоревшей деталью". Существуют, правда, неврологические нарушения зрения, которые, пожалуй, можно сравнить с порчей "деталей" в системе, но в нашем случае такое сравнение не подходит, поскольку мы говорим о "дефекте", который имеют все люди.

Рассмотрим теперь и возможность нарушений в работе нервной цепи. Всякая цепь может подвергаться перегрузкам. С людьми это тоже случается - в так называемых экстремальных ситуациях. Примеры ситуации, перегружающей зрение, мы видели: эффекты последействия движения, послеобразы, возникающие в результате действия сильной яркости или цвета.

Очень вероятно, что произведения опарта[5] суть примеры перегрузки нервных (преимущественно сетчаточных) цепей зрительной системы. Эти произведения построены не на систематическом искажении (или нарушении масштаба), а на довольно необычных "дерганых" эффектах, возникающих главным образом при рассматривании тесно расположенных и многочисленных линий, крайне сильно контрастирующих с фоном.

Одним из первых художников, сумевших живо передать движение, был Ван-Гог; мазки его кисти похожи на застывшие вихри. Но одно дело - передать движение выразительными средствами, и совсем другое - заставить наблюдателя испытать движение, ощутить его. Последнее удается художникам опарта, особенно Виктору Вазарели (рис. 69) и Бриджит Райли (рис. 70). В их картинах нет и намека на предметность; в них - только конфигурации, паттерны, которые колеблются, смещаются и плывут, иногда слегка, иногда стремительно. Наиболее вероятно, что такие ощущения иллюзорного движения возникают как прямое следствие стимуляции светочувствительных элементов сетчатки глаза, ее детекторов движения, из-за тремора глаз[6].

Во всяком случае, эти эффекты, по-видимому, возникают в результате "перегрузки" нервных зрительных цепей и в общем сходны с эффектами, возникающими при утомлении или приеме некоторых медикаментов. Это отнюдь не означает, что такие эффекты не представляют интереса для техники живописи; напротив, они могут оказаться сильным инструментом в руках художника, знающего о них и умеющего их использовать для передачи определенных впечатлений и для формирования у зрителя определенных ощущений. Правда, техника опарта позволяет создавать лишь немногие виды кажущегося движения, причем очень трудно, хотя и возможно, сообщить движение поддающимся опознанию изображениям предметов. И все же не исключено, что сильные конфигурации, приковывающие взгляд зрителя своим странным мерцанием, смещением, сплывом, могут переломить устоявшиеся традиции и помочь нам найти свежий подход к восприятию.

^{Рис. 69. Рисунок Виктора Вазарели (1964). Узор странным образом смещается, меняется. Объяснение здесь, по-видимому, требует привлечения нескольких факторов; определенную роль играют движения глаз, и, кроме того, мозг пытается 'организовать' узор разными способами, не останавливаясь ни на одном, ибо ищет предметы и не находит их. Абстрактное искусство можно трактовать как чрезвычайно отвлеченные абстракции гипотез об объектах}

Но вернемся к нашему предмету - к иллюзиям искажения. Может ли быть, что простые, обычные формы, вроде "стрел" Мюллера-Лайера, "перегружают" нервные цепи? Если это так, то такие цепи должны быть очень уж примитивно устроены. А это маловероятно. Пока мы не в состоянии совершенно отклонить такую возможность, хотя она и кажется нам малоправдоподобной, особенно если вспомнить о замечательной работе зрительной системы в целом.

^{Рис. 70. Бриджит Райли. Падение. Происхождение эффектов, возникающих при рассматривании таких картин, пока еще во многом загадочно. Безусловно, некоторое значение имеют движения глаз, благодаря которым стимулируются сетчаточные рецепторы движения, а также умножаются повторные удары одних и тех же форм по участкам сетчатки, уже несущим послеобразы; но это наверняка далеко не все}

Поэтому мы предположим, что искажения возникают вследствие неверной установки шкал оценки размера и расстояния. По-видимому, первый намек на эту идею дал еще в 1896 году А. Тьери, который предположил, что фигуры с иллюзорным искажением суть "скелетные" (каркасные) перспективные рисунки, содержащие указания на трехмерность фигуры. Так, фигуру Мюллера-Лайера он представлял себе как рисунок предмета, похожего на козлы, повернутые "ножками" прочь от наблюдателя, когда фигура изображала отрезок прямой, обрамленной оперением стрелы, либо "ножками" к наблюдателю, когда этот отрезок ограничивался остриями стрел. Другой, более выразительный пример - сопоставление фигуры с тем, как выглядит угол здания на рис. 63. И плоская проекция на бумагу и вид изображения в глазу, который смотрит на какой-либо реальный угол, по форме совпадают с очертаниями фигуры, содержащей иллюзию Мюллера-Лайера. Точно так же иллюзия Понзо совпадает в проекции с уходящими вдаль прямыми, например с рельсами железнодорожного пути (рис. 71-72).

^{Рис. 71. Иллюзия искажения, принадлежащая перу Понзо. Верхний поперечный брусок кажется длиннее нижнего, хотя они в действительности равны. Здесь перспектива дана в плоскости рисунка, поэтому компенсация уменьшения, которая в нормальных условиях приводит к постоянству размеров, оказывается неподходящей: мы видим верхний брусок не равным нижнему, но увеличенным, поскольку в глазу величина изображений обоих брусков одинакова.}

Здесь интересно то, что части фигуры, соответствующие ее удаленным компонентам (если принимается перспективная интерпретация фигуры, адекватная миру реальных предметов), кажутся разросшимися в фигуре, содержащей иллюзию. Мы ясно увидим это, сравнив каркасные фигуры, дающие искажение формы при восприятии, с фотографиями, где типичные для этих искажений моменты запечатлены в перспективном изображении. Штриховые рисунки и фотографии содержат одинаковые искажения (см. рис. 62 и 63).

Если информация о перспективе в глубину действительно используется для выбора шкал воспринимаемого размера и воспринимаемого расстояния, нет ничего удивительного в том, что при возникающей на плоской поверхности ненормальной перспективе (не заданной целиком геометрическим сокращением изображения, пропорционального удаленности объектов) шкала размеров устанавливается неверно.

^{Рис. 72}

В обычных условиях видимый размер предметов остается неизменным в довольно большом диапазоне расстояний, несмотря на то что с увеличением удаленности этих предметов происходит геометрическое сокращение их ретинальных изображений. Это свидетельствует о наличии механизма перцептивной компенсации сокращения размера с расстоянием. Если ключом для такой компенсации служит именно фактор перспективы, присутствующий в ретинальном изображении, мы тогда должны допустить, что определенные искажения обязательно возникнут, раз они содержатся в ретинальном изображении, где нет указаний на различие расстояний до объектов, поскольку именно эти указания сигнализируют о перспективном сокращении размеров предметов с увеличением расстояния. Другими словами, перспектива, содержащаяся в картине (изображении), дает неправильную шкалу для плоского объекта - возникает искажение. Детали картины, которые кажутся более отдаленными, должны быть разросшимися - такими они и воспринимаются.

Если остановиться в наших рассуждениях на сказанном, то может возникнуть желание истолковать происхождение иллюзий искажения таким же образом, как толкуется изменение видимого размера при изменении видимого расстояния. Подобный эффект мы наблюдали при перцептивном перевертывании куба; к тому же нам известен закон Эммерта, выведенный при наблюдении зависимости размеров послеобраза от расстояния до экрана, на фоне которого этот образ виден. Однако такое истолкование не годится, потому что при иллюзиях искажения фигура все время воспринимается в плоскости. Правда, в ней всегда выражены перспективные элементы, но, вне всякого сомнения, нет необходимости воспринимать фигуры Понзо, Мюллера-Лайера и другие в трех измерениях, чтобы восприятие этих фигур содержало иллюзию искажения. Мы видим их на плоскости бумажного листа - и все же иллюзия налицо, а это совсем не то же самое, что было с перевертывающимся кубом. Куб и подобные ему фигуры меняют видимую форму только в тех случаях, когда они воспринимаются как трехмерные фигуры, но не тогда, когда они видны как плоские фигуры.

Поэтому проблему нельзя считать решенной. Быть может, эти искажения окажутся в конце концов никак не связанными со шкалированием размера и расстояния? А может быть, связь существует, но она хорошо замаскирована? Тот факт, что искажения соответствуют перспективным особенностям фигур, показывает, что второе предположение ближе к истине. Тогда в чем же заключается эта скрытая связь?

Зададим себе сначала такой вопрос: почему эти фигуры, явно содержащие перспективу, не воспринимаются как трехмерные? Ответ, по-видимому, ясен. Указания на глубину нейтрализуются фактурой фона. Доказать это нетрудно. Покройте рисунок светящейся краской, погасите свет - и вы устраните фон. Рисунок в таких условиях в большинстве случаев воспринимается как трехмерная фигура в соответствии с содержащимися в нем элементами перспективы.

Можно сделать больше: объективно измерить кажущуюся глубину таких фигур. Тогда мы свяжем величину "глубинности" со степенью искажения фигуры, наблюдаемой в плоскости.

Измерение кажущейся трехмерности картин

Неподготовленному человеку может показаться, что измерить кажущуюся глубину совершенно невозможно - ведь это задача, абсолютно непохожая на измерение положения предметов во внешнем пространстве. Как можно зафиксировать "внутреннее", воспринимаемое наблюдателем, пространство?

На первый взгляд кажется, что довольно точные результаты мы получим, попросту регистрируя движение наблюдателя, который касается предметов, расположенных на разных расстояниях от него (такой опыт можно поставить даже с тренированными животными). Пример: набрасывание колец на колышки, удаленные на разные расстояния. Но подобные эксперименты далеки от совершенства: регистрируемые ошибки в оценке расстояний содержат не только перцептивные погрешности, но и двигательные несовершенства, а мы не знаем, как велика доля первых. Задача отделения ошибок восприятия от ошибок исполнения - одна из самых трудных проблем исследования поведения.

Мы сумеем найти лучший способ измерения кажущейся глубины, если используем бинокулярное наблюдение как дальномер-эталон и его показания будем сравнивать с оценками глубины, найденными при наблюдении одним глазом.

Для этого прежде всего необходимо устранить всю стереоскопическую информацию, чтобы узнать величину монокулярного эффекта перспективы при наблюдении плоской фигуры. Затем надо нейтрализовать влияние фона, видимая фактура которого может противоречить перспективе, заключенной в рисунке, отчего возникает перцептивный парадокс. Чтобы выполнить первое условие, достаточно вести наблюдение одним глазом. Выполнение второго условия достигается, если покрыть рисунок светящейся краской и погрузить комнату в темноту. Того же эффекта можно добиться и другим способом: изготовить диапозитив (точнее, "дианегатив" - прозрачный рисунок на непрозрачном фоне) и осветить его на просвет слабым равномерным светом (идеальный вариант - электро люминесцентная панель, помещенная непосредственно за "дианегативом"). Теперь осталось найти способ ввести какой-нибудь указатель в пределы фигуры; этот указатель должен восприниматься обоими глазами, и его следует сделать движущимся в глубину, даже сквозь плоскость рисунка. Это достигается оптическими методами.

Указатель представляет собой маленькое пятно света, отраженное от полупрозрачного зеркала, которое повернуто под углом 45 градусов к линии взора, направленного на рисунок; рисунок рассматривают прямо сквозь полупрозрачное зеркало. Световое пятнышко видно там же, где находится рисунок, - оптически оно именно там и находится. Если длина светового луча от глаз к указателю оказывается больше, чем от глаз до рисунка, то указатель виден позади, дальше рисунка; если первая меньше второй, то указатель виден ближе, перед рисунком. Осталось сделать так, чтобы рисунок (вернее, фигура) был виден лишь одному глазу, а указатель - обоим. Тогда мы сможем использовать бинокулярное зрение как дальномер для определения удаленности любой части фигуры, воспринимаемой одним глазом; это позволит нам промерить воспринимаемые одним глазом расстояния до всех частей фигуры и составить таким образом карту зрительного пространства. Цель достигается, если установить поляризаторы света перед картиной и перед одним глазом (крест-накрест): перед диапозитивом помещаем лист "поляроида", ориентируя плоскость поляризации под углом 45 градусов к горизонтали, перед глазом помещаем такой же фильтр, но ориентированный под углом 135 градусов к горизонтали; этот глаз картины видеть не будет. Поскольку указатель освещен неполяризованным светом, оба глаза видят указатель, но лишь один из них - фигуру, содержащую искажение. Измерение зрительного пространства производят, перемещая световой указатель поочередно к разным частям фигуры и затем (оптически) приближая или удаляя его до тех пор, пока он не будет воспринят - стереоскопически - на том же расстоянии, что и данный (монокулярно видимый) элемент фигуры.

Кстати, не обязательно пользоваться одним указателем; их можно сделать несколько и разместить у разных точек фигуры, чтобы измерить удаленность всех частей фигуры одновременно. Этот глубиномерный аппарат мы назвали "ящиком Пандоры" (рис. 73).

^{Рис. 73. 'Ящик Пандоры' - аппарат для измерения кажущейся глубины картин. 1 - полупрозрачное зеркало; 2 - поляроидные очки; 3 - проектор светового индикатора}

Что получится, когда мы измерим кажущуюся глубину на картинах, содержащих иллюзию? Устранив противоречивую информацию, которая поступает от стереозрения и от фактуры фона, мы получим доказательство того, что фигуры, содержащие иллюзии искажения, - фигуры Понзо (железнодорожный путь), Мюллера-Лайера (стрелы) и им подобные - действительно воспринимаются в трех измерениях и поддаются промерам также в трех измерениях. Меняя степень выраженности перспективных элементов в этих фигурах, мы находим связь между кажущейся глубиной фигур и величиной их перцептивного искажения. На графике (рис. 74) видна эта экспериментально найденная зависимость: увеличение перспективности фигуры приводит к увеличению перцептивного искажения.

^{Рис. 74. Зависимость величины иллюзорного искажения глубины (измеренного с помощью 'ящика Пандоры') от положения штрихов, ограничивающих отрезки в фигуре Мюллера-Лайера}

Результаты этих экспериментов позволяют предположить, что перспектива влияет на зрительное шкалиро-вание прямо - даже в тех случаях, когда указаниям перспективы противоречат другие факторы (например, видимая фактура фона), противодействующие непосредственному восприятию глубины. Мы считаем так потому, что иллюзии искажения воспринимаются даже на фоне, имеющем явно видимую фактуру (как, например, на страницах этой книги), - фигуры выглядят при этом плоскими, но искаженными.

Теперь самое важное. Вспомните эксперименты с каркасным кубом. Его видимая форма менялась в соответствии с воспринимаемым расстоянием до передней и задней граней. Когда куб перевертывается в восприятии (при этом его изображение на сетчатке остается неизменным), изменяется видимый размер передней и задней граней: дальняя грань всегда кажется больше ближней, как бы это ни было на самом деле. Этот эффект, безусловно, отличается от эффекта иллюзии искажения плоских фигур, поскольку плоские фигуры искажены без всякой видимой глубины. Отсюда следует, что искажения могут возникать двумя разными способами. Они появляются либо потому, что глубина видна, либо потому, что глубина запрограммирована перспективой, но не видна вследствие противодействия фактуры фона. Искажения размеров нет, когда запрограммированная и видимая глубина совпадают с реальной; но во всех случаях, когда имеется расхождение видимой или запрограммированной глубины с реальной, возникает соответствующее искажение видимого размера.

Итак, мы убедились, что расстояние до предмета задается сенсорной информацией, причем перспектива, содержащаяся в ретинальном изображении, - чрезвычайно важный элемент такой информации. Когда перспектива не соответствует подлинной удаленности предметов, возникают ошибки в оценке размеров. Мы убедились также в том, что форма объектов, перевертывающихся в глубину, меняется с каждым перевертыванием, хотя ретинальное изображение все время остается неизменным. Вот каковы эти два совершенно разных способа перцептивного шкалирования размеров.

По-видимому, перцептйвные перевертывания в глубину соответствуют попеременному выбору одной из альтернативных гипотез о том, какой объект представлен в изображении. При этом каждая гипотеза относится к классу гипотез о трехмерных объектах, имеющих типичные формы и размеры. Так мы приходим к мысли о возможности шкалирования размеров и форм в прямой связи с объект-гипотезой. Выбор неподходящей гипотезы (например, вывернутого куба) приводит автоматически к неверной оценке размеров передней и задней граней куба - потому он и выглядит искаженным, хотя при этом нет обманчивой информации, идущей от ретинального изображения.

Перейдем теперь к сравнению наших представлений о механизмах перцептивных искажений с теми представлениями, которые, несомненно, имеют отношение к этой проблеме, но в совершенно другой области, в физике, когда реальность измеряется приборами, шкалы которых построены на основании неверных масштабов, как это иногда случается в действительности.