Файл: И. Т. Касавиндоктор филос наук, чл корр. Ран б. Г. Юдин.pdf

54
ние годы были получены довольно убедительные экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что за цветовое постоянство от- ветственна соответствующая область первичной зрительной зоны, где локализована высокоорганизованная система нейронов для анализа контуров и ориентации объектов.
Люди с нормальным зрением воспринимают изменения длины световой волны как четыре основных цвета — красный, зеленый, си- ний и желтый — с различными сочетаниями в промежуточных зонах.
Однако, как свидетельствуют показания приборов, на самом деле имеет место непрерывное изменение длины световой волны. Поэтому по- лучаемая нами ясная, красочная с четкими контурами картина — это результат «вычислений» и «достройки», которые обеспечиваются ге- нетически запрограммированными механизмами нашего визуального аппарата и мозга. Около 7 процентов всех мужчин в современных ци- вилизованных популяциях и около 3 процентов мужчин в современных первобытных популяциях не могут отличить красный цвет от зеленого или видят красный и зеленый цвета по-другому, чем большинство людей. Цветовая слепота, однако, присуща только 0,4 процентам женщин, которые, как и в случае гемофилии, генетически защищены от дальтонизма, поскольку они имеют две X-хромосомы. Нормальный ген в одной хромосоме может часто компенсировать дефектный ген в другой.
Физически видимый для нас свет — это только относительно небольшая часть широкого электромагнитного спектра, начиная от коротких волн и гамма-излучений до длинных радиоволн. Наши глаза восприимчивы только в диапазоне от 380 до 760 нм, а для восприятия цветов значение имеет область между 400 (фиолетовый) и 700 нм (крас- ный). К фиолетовому цвету примыкают ультрафиолетовое и рентге- новское излучения, которые человеческим глазом не воспринимаются, но ощутимо воздействуют на человека: загар, ожог, мутации генов, слепота от снега. Красный цвет переходит в инфракрасное излучение, ощутимое для нашей кожи, микроволны и т.д. Таким образом, наше восприятие цвета весьма селективно, мы имеем только узкое «окно» в мир. Правда, в видимой области чувствительность высока, почти оптимальна, но она не одинакова для всех длин волн.
Эпистемологический анализ цветового восприятия, разумеется, должен проводить принципиальное различие между физической природой света и когнитивными процессами его восприятия чело- веком. Слепой от рождения никогда не сможет представить себе, что такое «цвет», даже если он очень хорошо разбирается в физических теориях света, если он знает, что представляют собой электро-

55
магнитные волны. Критика Гете ньютоновской концепции света лишена оснований, так как Ньютон исследовал именно физическую природу света, а не когнитивные (или психологические) механизмы восприятия цветов.
3.3.2. Зрительное восприятие движения
Когнитивная способность видеть движущиеся в пространстве объекты — ключевой аспект зрительного восприятия, видения.
У животных эта способность является решающей для выживания — и хищники и их жертвы зависят от возможности своего когнитивного аппарата быстро обнаружить движение. Фактически некоторые про- стые позвоночные (например, змеи и лягушки) даже не в состоянии обнаружить объект, если он не перемещается в пространстве. Подве- шенную на струне мертвую муху лягушка не воспринимает как пищу.
Она могла бы умереть с голоду, задерживая свернутый во рту язык, не понимая, что перед глазами свисает ее спасение. Фоторецепторные клетки ее сетчатки реагируют только на движение. Чем ниже ступень биологической эволюции вида, чем проще устроена его когнитивная система, тем более «разумной» оказывается у этого вида сетчатка глаза.
По-видимому, биологическая и когнитивная эволюция сопровожда- лась передачей адаптивно ценных функций зрительного восприятия от сетчатки мозгу. Сетчатка приматов и человека не реагирует на движение — большой, гибкий и разносторонний человеческий мозг анализирует движение с помощью высокоспециализированной схемы нейронных подключений. Изучая реакции людей и человекообраз- ных обезьян на различные стимулы движения с помощью зондов, регистрирующих активность соответствующих областей зрительной зоны коры головного мозга, исследователям в значительной мере удалось построить мостик между объективным миром передающих электрические сигналы нейронных сетей, который можно наблюдать в лаборатории, и возникающим на когнитивном (информационном) уровне субъективным миром.
Как работает наше зрительное восприятие, когда мы, например, смотрим кинофильм или видеозапись? На экран в течение секунды проецируется 24 кадра, каждый из которых остается статичным фото- графическим снимком. Ведь на самом деле в кинофильме ничего не двигается, кроме кинопленки. Иллюзия реального движения создается нашим мозгом, его системой обработки информации о движении, которая автоматически соединяет, например, перцептивные об- разы ног, меняющих свою позицию от кадра к кадру, вплоть до по-

56
явления перемещающегося актера. Таким образом, система обработ- ки информации о движении должна согласовывать элементы пер- цептивных образов от фрейма к фрейму в пространстве и времени.
Эта система должна обнаружить, в каком, например, направлении движется наша рука и не путать голову с рукой, которой машут перед чьим-либо лицом.
Сравнительно недавно исследователям удалось проследить пути нейронных подключений, которые формируют восприятие траектории движения, и проверить реакции нейронов на различных отрезках этой траектории. В результате были обнаружены основные фазы формирования восприятия траектории движения машущей руки. Локализованные в сетчатке глаза большие узлы специализи- рованных клеток (получивших название крупноячеистых) начинают возбуждаться и продуцировать электрические импульсы, когда рука движется через поле восприятия, причем каждый нейрон чувстви- телен только к весьма малой области поля зрения. Электрические импульсы от крупноячеистых нейронов передаются по зрительному нерву на ретрансляционную станцию в таламусе, затем происходит их трансляция в средний слой нейронов первичной зрительной зоны коры головного мозга. Здесь происходит интеграция поступающих от сетчатки входных сигналов, которая ведет к обретению нейронами нового свойства — они становятся чувствительными к направлению движения руки в поле восприятия.
Такие нейроны, чувствительные к направлению движения, сначала были обнаружены в зрительной зоне коры головного мозга млекопитающих — кошек и обезьян. Животным, находившимся под действием легкого наркоза, в зоны расположения этих нейронов вживляли электроды, позволяющие регистрировать их реакцию на различные движущиеся линии. Проектируя движущиеся полосы света вдоль поля восприятия кошек и обезьян, исследователям удалось за- фиксировать паттерн активности нейронов, издаваемые ими звуковые сигналы в виде характерного треска. Важнейшую роль в восприятии траектории движения, видимо, играет область коры головного мозга, расположенная сразу за первичной и вторичной зрительными зонами.
Как показали исследования полуночных обезьян и обезьян-резусов, большая часть этой области ответственна за продуцирование отдельных визуальных карт, каждая из которых содержит четкую репрезентацию поля зрения. Оказалось, что одна из этих карт функционально высоко- специализированна — более 90% ее нейронов реагировали на движение в конкретном направлении, а не на цвет или форму объектов. Эта карта получила название двигательной зоны.

57
Нейроны этой зоны прямо связаны со слоем чувствительных к направлению движения нейронов в первичной зрительной зоне. Эти две зоны имеют удивительно подобную нейронную архитектуру — нейроны организованы в ряды колонок, где клетки в каждой колонке могут возбуждаться, только если воспринимаемые линии ориенти- рованы подобно показаниям часовой стрелки, движущейся по всему циферблату часов. Кроме того, нейроны двигательной зоны реагируют преимущественно на направление движения.
В процессе восприятия движения (как и цветового восприятия) наш мозг вычисляет и конструирует соответствующий перцептивный образ из весьма обрывочных данных и многочисленных сенсорных сигналов, которые сами по себе могут быть ошибочными или неодно- значными. Допустим, мы нарисовали букву А на листе бумаги и затем начали двигать этот лист перед своими глазами вверх и вниз. Селектив- но реагирующие на движение нейроны первичной зрительной зоны — любой из этих нейронов, как мы знаем, воспринимает только весьма малую часть сцены — будут реагировать на диагональную ориентацию каждой линии, образующих букву А, но не в состоянии регистрировать движение А в целом. Таким образом, можно предположить, что анализ воспринимаемого движения в коре полушарий должен состоять из двух стадий, этапов. На втором этапе некоторые нейроны должны интегри- ровать сигналы, репрезентирующие ориентацию движущихся линий, и продуцировать, создавать исчерпывающую когнитивную информацию о движении целого объекта.
В результате нейробиологических исследований это предпо- ложение подтвердилось. Оказалось, что многие нейроны двигатель- ной зоны не только могут конструировать направление движения
(например, руки) и даже транспарантное («прозрачное») движение
(когда, например, тень от предмета перемещается по земле), но и в состоянии интегрировать сигналы, репрезентирующие движение, происходящее в большом сегменте воспринимаемой сцены. Хотя каждый нейрон двигательной зоны непосредственно может реагиро- вать на сигналы, поступающие только из одного весьма маленького сегмента поля зрения, он «обладает знанием», располагает инфор- мацией о том, что происходит в окружающей этот сегмент области.
Так, например, некоторые клетки двигательной зоны возбуждаются особенно интенсивно, если лиственничный лес (фон) перемещается в направлении, противоположном двигающемуся объекту. Однако возбуждение клеток было бы подавлено, если фон перемещался бы в том же направлении, что и движущийся объект. Фактически эти клетки действуют как детектор контраста движения, они выполняют когни-

58
тивные операции, которые нужны животным для того, чтобы вос- принимать движущуюся на фоне камуфляжа леса жертву (например, гепарду, преследующему антилопу). Нейроны двигательной зоны не- посредственно не реагируют на статические формы и цвета, но они будут реагировать на движущиеся объекты более интенсивно, если их формы и цвет сильно контрастируют с фоном.
Итак, есть весьма веские основания полагать, что зрительное восприятие формы, цвета, глубины и движения является результатом переработки информации нейронами, которые специализируются на обнаружении этих визуальных качеств. Благодаря созданию новой экспериментальной техники связь между зрительным восприятием и активностью специфических нейронов может быть экспериментально проверена и подтверждена. В пользу этого, в частности, свидетель- ствуют результаты ряда замечательных экспериментов, проведенных в конце 80-х — начале 90-х гг. прошлого века американскими нейробио- логами (У.Ньюсом и др.) в Стенфордской университетской школе ме- дицины. Эксперименты проводились на обезьянах-резусах, которых обучили сообщать экспериментаторам, видят ли они перемещение со- вместно движущихся светящихся точек на экране монитора в том или ином направлении. Когда обезьяны, например, видели перемещение точек в нижний сегмент экрана, они сообщали об этом движением глаз. Их правильные реакции вознаграждались плодовым соком. По- сле многих тренировок испытуемые обезьяны оказались в состоянии выполнить поставленные задачи почти так же, как люди, — они могли сообщать движениями глаз, что видят перемещение совместно дви- жущихся точек в любом из шести направлений (по часовой стрелке).
Меняя количество светящихся точек, совместно перемещающихся в том или ином направлении, экспериментаторы обнаружили, что чем больше их количество, тем выше способность обезьян распознавать направление движения точек. Стимулируя электрическим сигналом колонку нейронов двигательной зоны, реагирующую на движения
«вверх» они получили удивительный результат — несмотря на дви- жение 50% светящихся точек в нижний сегмент монитора, обезья- ны, находясь под воздействием массивного числа микростимулов, своими глазами уверенно сообщают об их движении «вверх». Таким образом, оказалось, что в ходе эксперимента перцептивные ответы обезьян управляются не направлением движения светящихся точек на экране, а электрическими стимулами, которыми экспериментатор воздействовал на специфические нейроны мозга. Это, конечно, сви- детельствует о наличии связи между зрительным восприятием и пове-

59
дением (свойствами) нейронов зрительных и двигательных зон головного мозга. Однако не исключено, что электростимуляция ко- лонки нейронов двигательной зоны может влиять на выбор обезьян, не изменяя их перцептивных образов. Ответ на этот вопрос может быть получен, когда у нейробиологов появится больше информа- ции о когнитивных процессах принятия решений, протекающих на промежуточных стадиях, которые связывают сенсорные входы с моторным выходом.
3.3.3. Восприятие пространства
Когнитивные системы животных и человека создают перцеп- тивные образы и их непрерывные последовательности — восприя- тия, которые в зависимости от степени эволюционной развитости мозга и наличия когнитивных способностей могут весьма существенно различаться в качественном отношении. В огромных пределах может варьироваться их информационная емкость, насыщенность, в них могут быть встроены различные пространственные структурализации, различные пространственные модели окружающей среды. Обладая слабым зрением (как, например, змеи), многие низшие животные для определения пространственного расположения и формы объектов ис- пользуют свои исключительно развитые способности воспринимать звуки различной частоты, прибегают к помощи ультразвукового ска- нирования, они способны регистрировать источники инфракрасного излучения и т.д. Еще К.Лоренц с присущей ему наблюдательностью обращал внимание на то, что «большинство рептилий, птиц и низших млекопитающих решает свои пространственные проблемы не так, как делаем это мы (т.е. не благодаря мгновенному учету чувственных данных), а посредством «заучивания наизусть». Так, например, зем- леройка, попав в незнакомую обстановку, постепенно «выучивает» все возможные пути передвижения, медленно проходя по ним и по- стоянно принюхиваясь и поводя своими чувствительными усиками…
Трудоемкая серия отрывочных, круговых движений на небольшом вначале пространстве превращается в серии разученных движений, после чего следует увязка частей воедино. Эти движения, взаимно уравновешивая и продолжая друг друга, в кинестетическом перепле- тении распространяются все дальше и дальше и, в конечном счете, срастаются в нерасторжимое целое, которое срабатывает быстро и устойчиво и уже нисколько не похоже на первоначальные поис- ковые перемещения. Эти цепочки движений, выработанные ценой стольких усилий и выполняемые теперь необычайно быстро и пра-

60
вильно, вовсе не нацелены на выбор «кратчайшего пути». Наоборот, лишь случай определяет, какую пространственную схему принимает запоминание путей передвижения на данной местности»
19
В чем состоят когнитивные особенности