Наука Плоского Мира II: Земной шар

Когда мы видим картину… хотя, опять же, не видим. Есть несколько способов убедить людей в том, что они сами создают «увиденное», а восприятие не сводится к простому копированию изображения с сетчатки глаза. Например, часть сетчатки, соединенная со зрительным нервом, представляет собой слепое пятно. И оно довольно крупное. В 150 раз больше полной Луны (это не опечатка: в сто пятьдесят раз). Просто Луна не так велика, как мы обычно думаем — и уж точно не так велика, как нам неоднократно демонстрирует Голливуд. Полная Луна «видится» нам больше, чем она «есть» на самом деле (простите, но нам нужно было как-то отделить происходящее у нас в голове от реальности). Лучший способ убедиться в этом — продемонстрировать самим себе, что по размер Луны соответствует ногтю мизинца на расстоянии вытянутой руки. Просто протяните руку, и вы увидите, что кончик мизинца полностью закрывает диск Луны. Значит, слепое пятно не так велико, как можно было подумать, исходя из нашего описания, но все-таки занимает приличную часть изображения на сетчатке. Тем не менее, никаких «дырок» в изображении извне мы не замечаем, потому что наш мозг старается заполнить пробелы наилучшим возможным образом.

Но если мозг не видит что-то прямо перед собой, то откуда он об этом знает? На самом деле не знает и даже не обязан знать — в этом-то и дело. Слова «заполнять» и «отсутствовать» употребляются в этой области науки по традиции, но они, опять же, вводят нас в заблуждение. Даже если что-то отсутствует, мозг этого просто не замечает, поэтому никакие «пробелы» заполнять не нужно. Нейроны зрительной коры — области мозга, отвечающей за анализ изображения на сетчатке и построение сцены, которую мы способны распознать и классифицировать, соединены друг с другом довольно замысловатым образом, усиливающим определенные предрассудки нашего восприятия.

К примеру, эксперименты с красителями, реагирующими на электрические сигналы мозга, указывают на то, что первый слой зрительной коры отвечает за обнаружение контуров — главным образом, граничных линий. Нейроны образуют локализованные группы, или «гиперколонки», состоящие из клеток, которые реагируют на граничные линии, соответствующие одному из восьми (или около того) направлений. Внутри гиперколонки связи носят тормозящий характер — иначе говоря, если один из нейронов замечает линию, расположенную вдоль того же направления, к которому он проявляет чувствительность, он старается помешать остальным нейронам увидеть хоть что-нибудь. В результате направление линии определяется большинством голосов. Кроме того, гиперколонки соединены между собой более протяженными связями. Эти связи вызывают возбуждение нейронов и оказывают влияние на соседние гиперколонки, благодаря чему те воспринимают естественное продолжение линии, даже если сами не могут принять правильное решение из-за слабого или нечеткого сигнала.

Нейроны способны преодолеть это влияние при наличии достаточно отчетливых признаков, указывающих на то, что линия проходит под другим углом; но если линия видна слабо или прерывается, взаимное влияние автоматически заставляет мозг вести себя так, как если бы линия была непрерывной. Так что мозг не «заполняет» пробелы: он просто устроен так, чтобы их не замечать. Это всего-навсего один из слоев зрительной коры, который использует довольно простой метод экстраполяции. Пока что мы слабо представляем себе процессы угадывания, которые наше зрение вызывает к жизни в более глубоких слоях мозга, но, учитывая такое яркое ощущение целостности созданных ими образов, можем уверенно сказать, что устроены они с еще большим умом.

А что насчет слуха? Как это чувство соотносится со звуком? Стандартная «ложь для детей» по поводу зрения говорит нам о том, что роговица и хрусталик фокусируют изображение на сетчатке, и что этот процесс якобы объясняет наше зрение. Есть похожая «ложь» и для слуха — основное внимание в ней уделяется так называемой улитке, расположенной во внутреннем ухе; строение улитки предположительно объясняет, как именно мы раскладываем звук на составляющие его ноты. В поперечном разрезе улитка похожа на многослойную раковину настоящей улитки, и — если верить той самой «лжи-для-детей» — по всей длине спирали, соединенной с тонко настроенной мембраной, расположены волосковые клетки. Таким образом, разные области улитки колеблются с разной частотой, и мозг, зная конкретное место вибрирующей мембраны, может определить ноту, или частоту звука, который он слышит в данный момент. В подтверждение нам рассказывают одну занимательную историю о котельщиках, слух которых портится из-за работы на фабриках в условиях постоянного шума. Предположительно они не могли воспринимать частоты, которые во время их работы были слышны чаще других. То есть определенная часть их улитки буквально «перегорала», в то время как остальные продолжали работать нормально. Эта история, конечно же, доказывала справедливость теории, объясняющей слух колебаниями разных участков улитки.

На самом же деле эта история рассказывает лишь о том, как ухо различает ноты, а вовсе не о том, как мы слышим шум. Чтобы это объяснить, обычно рассказывают о слуховом нерве, который соединяет улитку с мозгом. Однако не меньшее количество соединений отвечают за связь в обратном направлении — от мозга к улитке. Вы сами должны объяснить свои ушам, что они должны слышать.

Теперь, когда мы можем наблюдать за работой улитки в процессе восприятия звука, оказывается, что каждой частоте соответствует вибрация не одного определенного участка мембраны, а примерно двадцати. Когда мы изгибаем ухо, эти участки смещаются. Улитка чувствительна к фазе звука, то есть способна улавливать различия между звуками «о» и «е», произнесенными на одной частоте. Такие изменения происходят со звуком, когда мы меняем форму рта в процессе речи. И — вот уж удивительно — именно такую разницу улитка — после того, как звук пройдет через ваше внешнее ухо, и ваш личный слуховой проход, и вашу личную барабанную перепонку, и те три маленькие косточки — способна воспринимать лучше всего. Если вы прослушаете запись колебаний чужой барабанной перепонки, то — по сравнению с вашим ухом — почти ничего не поймете. Вы изучили собственные уши. А еще вы научили их слышать.

В речи Homo sapiens используется около семидесяти основных звуков, называемых фонемами. До шести месяцев любой младенец способен различать все эти звуки — электрод, соединенный со слуховым нервом, показывает, что каждый из них вызывает уникальную электрическую активность. В возрасте от шести до девяти месяцев мы начинаем лепетать, и вскоре этот лепет приобретает черты английского или, скажем, японского языка. В возрасте одного года японские уши уже не в состоянии отличить «л» и «р», потому что в ответ на обе фонемы улитка посылает в мозг одно и то же сообщение. Британские дети не могут отличить разные щелчки в языке Кунг или разные формы французского звука «р». Так что наши органы вовсе не отражают действительность. Они стимулируют наш мозг, заставляя его создавать, выдумывать — если хотите — внутренний мир, состоящий из ярлыков — своего рода конструктор Lego, который каждый из нас собирает по мере своего взросления.

Такие, казалось бы, очевидные способности, как зрение и слух, устроены намного сложнее, чем мы обычно себе представляем. Мозг — это не просто пассивный приемник. В наших головах происходит невероятно много событий, и некоторые из них находят отражение в той картине, которую мы считаем окружающим миром. Мы осознаем лишь малую часть этого процесса. Вполне возможно, что воспринимать музыку мы способны, именно благодаря этим потайным глубинам и причудливым ассоциациям нашего мозга.

Музыка — это упражнение для мозга, форма игры. И наши уши, вероятно, не единственная причина, по которой музыка вызывает у нас симпатию. В частности, она может быть связана с моторной и сенсорной деятельностью нашего мозга. И в примитивных племенах, и в развитых сообществах музыка и танец нередко сопутствуют друг другу. Так что, возможно, наш мозг привлекают не звук или движение по отдельности, а именно их сочетание. Собственно говоря, музыка вполне может оказаться всего лишь случайным побочным эффектом от соединения этих процессов в мозге.

Различные модели движений, которые в течение миллионов лет были обычным явлением на нашей планете, дают неоспоримое эволюционное преимущество. Модель «влезть на дерево» может защитить саванного примата от хищника — то же самое можно сказать о модели «бежать со всех ног». Мы живем в окружении взаимосвязанных моделей движения и звука, созданных нашим телом. Подобно музыке, эти модели связаны с продолжительностью и ритмом. Дыхание, биение сердца, речь, синхронная с движением губ, громкие звуки, сопровождающие удары двух предметов.

Одни и те же ритмы характерны для передачи сигналов между нервными клетками и движений мышц. Различные способы передвижения — ходьба и бег человека или ходьба-рысь-кентер-галоп лошади — отличаются временем перемещения отдельных конечностей. Модели передвижения связаны не только с механикой движения костей и мышц, но и с электроникой мозга и нервной системы. Таким образом, чувство ритма — одна из ключевых составляющих музыки — это побочный эффект той животной физиологии, которой нас наделила Природа.

Еще одна важная составляющая — высота звука и гармония — тесно связана с физикой и математикой звука. Еще в древности Пифагорейцы обнаружили, что длины струн, порождающих гармонично звучащие ноты, связаны простым математическим соотношением — теперь мы знаем, что это соотношение связывает частоты двух нот. Например, переход на октаву вверх соответствует удвоению частоты. Простые целочисленные отношения создают гармоничное звучание, в то время как сложные — нет.

С одной стороны, у этого явления есть чисто физическое объяснение. Если частоты двух нот не соотносятся, как два небольших целых числа, то при их одновременном звучании происходит интерференция и возникают «биения» — резкий низкочастотный шум. Звуки, вызывающие простые колебания чувствительных волосков в нашем ухе, обязательно обладают Пифагорейской гармоничностью — в противном случае мы слышим биения, которые вызывают неприятные ощущения. В музыкальном звукоряде можно обнаружить немало математических закономерностей, которые в значительной мере объясняются физикой звука.