Разумный глаз - страница 3


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
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
30
/. Предметы и изображения
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.
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 Неприятия. Предположительно можно сказать, что здесь должна быть тесная связь со складами памяти, но что представляют собой ^и хранилища, пока не известно. Мы не знаем даже, являются ли Таковыми отдельные клетки или память хранится в виде паттер-
31
1. Предметы и изображения
нов, 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!
32
1. Предметы и изображения
Вопрос стоит остро, поскольку любой двумерный паттерн может отвечать бесконечному числу возможных трехмерных форм. Восприятию помогают дополнительные источники информации — стереоскопическое зрение, параллакс, возникающий придвижени-ях 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
2зак 47 33
1. Предметы и изображения
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:
«Глядя на обычную комнату одним глазом, мы уверены, что видим ее так же четко и определенно, как обоими глазами. На самом деле мы увидели бы ее (одним глазом) точно такой даже в том случае, если бы все ее участки были как угодно отодвинуты или приближены к глазу — лишь бы они оставались в тех же видимых направлениях».
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 два человека. 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.
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
34
1. Предметы и изображения
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
Точка наблюдения

Рис. 14. Так выглядит комната Эймса
35
1. Предметы и изображения
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 воз-
36
1. Предметы и изображения

«Комната Эймса комнаты»!


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 ретиналь-ной информации для изменени этих допущений в различных условиях наблюдения
никло линейной перспективы, по которой можно было бы судить об относительной удаленности этих людей.
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 Гельмголь-Цем, 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
37
1. Предметы и изображения

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
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.
Нам уже сейчас придется допустить, что процесс восприятия предусматривает выбор (всегда спорный, нечто близкое к пари)
38
1. Предметы и изображения
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.
Гельмгольц предположил (хоть и не в форме силлогизма, кото­рый дается ниже), что мозг постоянно выводит «бессознательные Умозаключения» такого рода:
• Активность фоторецепторов сетчатки (почти вся) вызывается воздействием внешних объектов.
• Это есть активность фоторецепторов сетчатки.
• Значит, она (почти наверное) вызвана воздействием внешних объектов.
39
1. Предметы и изображения
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:
«Психическая деятельность, в результате которой мы вос­принимаем определенный объект, находящийся перед нами в определенном месте и обладающий определенными при­знаками, есть в общем не сознательная, а бессознательная деятельность. Ее результат эквивалентен заключению, по­скольку зарегистрированное воздействие на наши органы чувств позволяет нам сформулировать вывод о возможной причине этого воздействия', ведь фактически воспринима­ются только нервные стимулы, вызванные воздействием, а никоим образом не сами внешние объекты. По-видимо­му, такие выводы отличаются от заключений в обычном понимании этого слова тем, что заключение, как правило, продукт сознательного мышления. Так, например, астроном приходит к подлинным заключениям, когда он вычисляет положение звезды в пространстве, ее удаленность и т.п., исходя из перспективных изображений этой звезды, получен­ных в разные моменты времени и с различных точек земной орбиты. Эти заключения основаны на сознательном приме­нении законов оптики. В обычном акте зрения знание этих законов не фигурирует. И все же позволительно говорить о психических актах обычного восприятия как о бессозна­тельных заключениях, отделяя их таким образом от так называемых сознательных заключений. Безусловно, были,
40
I
1. Предметы и изображения
есть, а может быть, и навсегда останутся некоторые со­мнения относительно степени сходства между этими двумя видами психической деятельности, но нет никаких сомне­ний в наличии сходства между результатами, к которым можно прийти с помощью сознательных и бессознательных заключений».
ф
Почти вся эта книга, в сущности, посвящена разбору только что приведенного отрывка из трудов Гельмголыда. 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 при-митивномглазу.
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат