Детекторы зрительной системы человека перекочевали в мозг. Там зрительная информация последовательно развертывается на нескольких экранах, причем каждый последующий обычно больше предыдущего. Поэтому изображение каждый раз увеличивается и становится более разборчивым.
Первые экранные структуры – в заднем ядре наружного коленчатого тела. Так как в ядре 6 слоев клеток, то и экранов 6. Половина их (1, 4 и 6-й слои) получают информацию от глаза той же стороны тела, остальные от противоположного, 4/5 площади каждого экрана занимает проекция центральных отделов сетчатки. На 1/5 пространства теснятся ее остальные части. Кроме того, на обращенных внутрь участках экранов зеркально дублирована проекция его наружных частей. Итак, только на первом этапе мозговой обработки зрительной информации изображение дублируется на 24 экранах.
Последующие отделы мозговой части зрительного анализатора тоже обильно экранизированы. Здесь и сосредоточены детекторы. Одни из них обнаруживают движущиеся объекты и определяют направление. Это значит, что нервные клетки отвечают активностью только в случае определенного направления движения. У кролика и кошки большая их часть занята уточнением направления движения в горизонтальной плоскости. У белки-летяги, живущей на деревьях, оба вида детекторов (движения в горизонтальной и вертикальной плоскостях) представлены в одинаковых количествах.
Реакция детекторов направления тем сильнее, чем быстрее движутся предметы. Особенно сильная реакция возникает, если движущийся объект пересекает вертикальный диаметр зрительного поля и удаляется к периферии. Для кошки это значит: «Не зевай, а то упустишь добычу». Для кролика: «Уф, кажется, на этот раз пронесло». Если детекторы движения разрушить, все животные, кроме обезьян, теряют способность следить за двигающимся предметом, как бы он их ни интересовал.
У крыс найдены детекторы освещенности. В отличие от большинства детекторов зрительной системы они реагируют возбуждением на длительно действующие раздражители. После их разрушения животные теряют способность различать яркость света и точно оценивать площадь освещенной поверхности.
Верховным зрительным центром млекопитающих, безусловно, является затылочная кора. Она разделена на три зрительные области: 17, 18 и 19-е поля. Это первичная, вторичная и третичная зрительные области. Вторичные поля получают информацию от 17-го поля (поэтому оно и называется первичным). Кроме того, у кошек и собак в зрении участвуют теменные отделы коры, у человека и обезьян – височные.
Кора головного мозга – слоистая структура. Волокна, несущие зрительную информацию, ветвятся здесь в радиусе 100–200 микрон, вступая в контакт с 5 тысячами нейронов каждый. Нервные клетки разных слоев коры, находящиеся друг над другом, объединяются в вертикальные столбики. К ним посылает свою информацию огромное количество нейронов из всех отделов мозга, занятых обработкой зрительной информации. Возможно, в колонках объединяются все свойства видимого изображения: цвет, объемность, размер, удаленность и другие.
В коре млекопитающих обнаружены детекторы, реагирующие на линию, если хотя бы один ее конец окажется в поле зрения. Другие детекторы реагируют только на появление двух линий, оценивая величину угла между ними. Существуют детекторы, измеряющие степень кривизны линий. Более сложные корковые детекторы способны запомнить и узнать предмет, если его ориентация в пространстве не изменится, на какое бы место сетчатки ни упало изображение.
Функциональная единица коры – рецептивное поле. У кошек и обезьян обнаружено три типа полей: простые, сложные и сверхсложные. Рецептивные поля имеют вытянутую форму и реагируют на что угодно, кроме изменения освещенности. Простые рецептивные поля разделены на две или три полоски – зоны. Одна из них возбудительная, а к ней (иногда с двух сторон) примыкают тормозные. Такое устройство рецептивных полей очень помогает им выискивать прямые линии.
Предположим, что для обнаружения линии необходим сигнал ста нейронов рецептивного поля. Не будь тормозных зон, потребовалось бы, чтобы прореагировало сто нейронов из возбудительной зоны. Тормозные зоны берут часть работы на себя, увеличивая чувствительность рецептивного поля. Они как бы сообщают мозгу, что ничего не видят, что линия находится где-то сбоку. Значит, она действительно прямая, а не волнистая и не залезает на территорию тормозных зон. С их помощью линия будет опознана, если в обеих частях рецептивного поля отреагирует по 50 нейронов.
В простое корковое рецептивное поле коры посылают информацию несколько рецептивных полей сетчатки, расположенных по прямой линии. Когда линия ляжет вдоль рецептивных полей сетчатки, возникнет ответ в соответствующем рецептивном поле коры больших полушарий. Таким образом, каждое простое рецептивное поле коры отвечает на раздражитель, появившийся только в определенном районе сетчатки. Простые рецептивные поля одной ориентации располагаются друг над другом, что позволяет следить за движением прямой линии.
В сложных рецептивных полях возбудительных и тормозных зон не удается обнаружить. Они объединяют информацию от простых рецептивных полей и поэтому реагируют на прямую линию, где бы она ни появилась. В свою очередь, сверхсложные поля обобщают показания нескольких сложных полей, обнаруживая углы, концы отрезков прямой, отвечая возбудительной реакцией на линии одних направлений и тормозной – на линии, находящиеся к ней под определенным углом.
Простые рецептивные поля сосредоточены в 17-м поле, сложные – в 18-м, а сверхсложные – в 19-м. К ним доходит информация только от небольшого участка центральной сетчатки. Чтобы можно было рассмотреть детали, изображение должно быть спроецировано на этот участок. Вот почему необходимы следящие движения глаз.
Информация о разных свойствах раздражителя (о цвете, освещенности, линиях, углах, окружностях и т.д.) передается в кору по разным каналам и здесь объединяется.
Вся ее обработка производится нами совершенно бессознательно. В зрительных ощущениях остается только окончательный результат, хотя зрительное восприятие – активный процесс. Об этом свидетельствуют опыты с так называемыми «двусмысленными рисунками».
Грубо их можно разделить на две группы. При рассматривании одних попеременно воспринимается одна часть рисунка то как фон для другой, то как фигура. Из таких рисунков наиболее известны два обращенных друг к другу человеческих профиля, вместе образующие силуэт вазы. Мы попеременно видим то вазу, то профили.
Ко второй группе относятся рисунки, спонтанно меняющие свою глубину. Один из них – фигура Маха – профильное изображение каркаса полуоткрытой книги. Когда на него смотришь, видишь книгу, то повернутую к тебе страницами, то со стороны переплета.
«Двусмысленные рисунки» содержат недостаточно информации, чтобы можно было остановиться на какой-то одной гипотезе. Но, так как восприятие должно быть однозначным, мозг мечется, принимая то одно, то другое решение. Сколько бы мы ни рассматривали «двусмысленные рисунки», наш мозг будет до бесконечности выдвигать поочередно каждую из двух возможных гипотез, чтобы, тут же ее отбросив, обратиться к другой.
Мозг активно ищет однозначного решения. Он обязан определить, что за предметы у нас перед глазами. Выбирается наиболее вероятная гипотеза. Вот почему очень трудны для восприятия незнакомые предметы. Индийский средневековый поэт Бедиль писал:
Глаза того не зрят, чего не видит разум,
Чем ум твой овладел, то и увидишь глазом.
Вогнутая маска человеческого лица или ее фотография может восприниматься как лицо. Обыденность человеческих лиц столь велика, что информация о глубине отбрасывается нашим мозгом как неправильная и не принимается в расчет.
Итак, подведем итог. От наивного представления, что глаз просто перерисовывает в мозгу картины, возникшие на его сетчатке, пришлось отказаться. В мозг передается лишь самое необходимое. Веcь избыток информации отбрасывается. Рассматривая тучу, достаточно установить ее форму и, если она однородна, цвет. Нет необходимости, разбив ее на мелкие участки, сообщать о каждом, что eго цвет такой же, как у соседнего.
Мозг оперирует показаниями детекторов, которые вычленяют отдельные признаки изображения. Все детекторы смотрят на мир одними и теми же фоторецепторами, но каждый способен заметить только то, на что настроен: прямую линию, угол, окружность. У каждого вида детекторов своя локализация, в связи с этим видимый мир разбивается на куски, систематизируется, и сведения об отдельных его свойствах раскладываются по заранее подготовленным полочкам.
Картина, видимая мозгом, напоминает мозаичное панно, которое рассыпали на составляющие части, а затем кусочки смальты рассортировали по отдельным коробочкам. Мозгу, чтобы узнать изображение, достаточно знать, из каких деталей оно построено, и откуда взят каждый отдельный кусочек. Примерно так работает зрительный анализатор человека.
