Революция в зрении. Что, как и почему мы видим на самом деле

Можете попробовать сами. Сложите ладони чашей, поднесите их довольно близко к лицу (или найдите подходящие обои для ванной) и сфокусируйте взгляд так, чтобы глаза смотрели как бы сквозь руки. Как и в опыте с авторучкой, вы увидите два изображения ладоней. Однако изображения авторучки не перекрывались, так что каждое из них было прозрачным и нисколько не препятствовало обзору. Но два изображения сложенных рук частично наползают друг на друга в вашем восприятии, и видеть сквозь свои ладони вы не можете — да и как иначе, ведь они мешают смотреть обоим глазам одновременно! Однако каждое из двух этих изображений само по себе прозрачно, что на первый взгляд странно: если так, почему вы не видите сквозь них? В действительности их прозрачность позволяет вам видеть картину, воспринимаемую каждым глазом, несмотря на то, что она частично перекрывается картиной, воспринимаемой вторым глазом. То есть в данном случае прозрачность служит не затем, чтобы видеть мир, находящийся по другую сторону ваших ладоней, а чтобы видеть изображение самих ладоней, получаемое первым глазом, сквозь их изображение, получаемое вторым глазом.

Таким образом, разошедшаяся стена, сквозь которую я собирался шагнуть в параллельный мир, была попросту еще одним примером того, как, вглядываясь сквозь близлежащий объект, мы видим его в двух экземплярах. Однако обычно мы не смотрим сквозь крупные непрозрачные предметы — разве что когда скучаем в оклеенной обоями ванной родительского дома. Это не то, что нам приходится делать часто, и уж точно не то, из чего можно было бы извлечь выгоду. Тем не менее встречаются житейские ситуации, когда раскалывать мир надвое может быть действительно полезно. Ну ка поднимите палец, только в этот раз сфокусируйте взгляд на нем, а не на том, что находится за ним. Теперь вы видите всего одно изображение пальца, и оно непрозрачно. Но в вашем восприятии изменилось не только это. Вместо двух изображений пальца осталось одно, но зато вы видите целых две картины находящегося за ним мира: левым и правым глазами. Вы по-прежнему ничего не упускаете из виду, но уже не потому, что ваш палец кажется прозрачным, а потому, что мир позади пальца раздвоился (рис. 13^в). Как нам удается видеть на своем внутреннем экране сразу две картины, если на нем помещается только одна? Наш мозг справляется с данным затруднением, позволяя двум картинам частично перекрываться и делая каждую прозрачной, так что ни одна из них не загораживает другую. То есть мозг снова прибегает к прозрачности как к полезной иллюзии, но теперь она нужна нам не для того, чтобы увидеть нечто, расположенное позади, а чтобы видеть сразу два изображения одного и того же. Ровно то же самое мой мозг проделывал и тогда, когда я таращился на обои, с той лишь разницей, что теперь мы сфокусировали взгляд на чем-то по эту сторону стены (например, на пальце).

Рис. 13.

а) Что видят левый и правый глаз, когда смотрят на лицо за веткой дерева. б) Что увидите вы, если сфокусируете взгляд на лице: два прозрачных изображения ветви и непрозрачное лицо позади них. в) А вот что вы увидите, если сфокусируетесь на ветви: непрозрачная ветвь и два прозрачных частично перекрывающихся лица за ней. На чем бы мы ни фокусировали взгляд, в обоих случаях, (б) и (в), лицо и ветвь с листьями видны целиком.

Прозрачность — удобная штука, позволяющая нам не только видеть действительно прозрачные предметы, но и создавать полезные иллюзорные отображения: 1) выступающих частей нашего тела, 2) предметов, перегораживающих нам обзор и 3) даже окружающего мира (если сфокусировать взгляд на близлежащем объекте). И обратите внимание, что, в отличие от зрительного восприятия подлинной прозрачности, у вас есть выбор: можно направить взгляд на предмет — скажем, на авторучку, — и сделать его непрозрачным, чтобы четче рассмотреть. Однако прозрачность не была бы полезным приспособлением в вашем внутреннем “наборе для рисования”, если оба глаза видели бы одно и то же. Но поскольку каждый глаз видит нечто такое, чего не видит другой, нашему мозгу приходится как-то выкручиваться, чтобы угодить обоим, и прозрачность — та уловка, к которой он прибегает для решения этой дилеммы. Так мы плавно переходим к следующей теме: восприятию изображений, лишенных подобия.

Бесподобное зрение

Не то чтобы я гордился своим умением подглядывать из-за угла, но в этом деле я мастер. И вы в нем тоже хороши. Кто-то, наверное, скажет, что подглядывание это не то дело, в котором можно быть хорошим или плохим. То есть, конечно, вы вольны его использовать во благо или во зло, но в самой способности к подглядыванию нет ничего примечательного. Любопытная Варвара, возможно, малосимпатична, но уж суперзлодейкой-то ее вряд ли назовешь! Тем не менее способность к подглядыванию требует от мозга специальных механизмов — таких, которые должны были закрепляться естественным отбором в ходе эволюции. Без них вы не умели бы подсматривать — или делали бы это не так хорошо. Чтобы понять, почему, поднимите перед собой кружку или книгу и выгляните из-за нее украдкой, одним глазком. При этом важно оставить свой неподглядывающий глаз открытым — даже если кроме кружки ему не видно ничего. На что следует обратить внимание? Вам видна вся обстановка. Но при этом вы видите и кружку — вам кажется, что она прозрачна и что вы глядите сквозь нее.

Казалось бы, ну и что с того — особенно если вспомнить, как много мы рассуждали о способности смотреть сквозь предметы. Однако заметьте: теперь изображения, получаемые каждым из ваших глаз, совершенно различны, и все же мозг по-прежнему в состоянии “сплавить” эти не похожие друг на друга картинки в единое целое. Изучение бинокулярного зрения на протяжении почти всей своей истории ограничивалось ситуациями, когда мозгу приходится иметь дело с парой изображений, отличающихся только углом зрения (благодаря чему становится возможным стереоскопическое, трехмерное восприятие). Ну а насколько мы способны благополучно воспринимать мир в случаях, когда никакие части этих картинок не имеют взаимного соответствия? Если показывать нам два абсолютно разных изображения, мозг обычно не воспринимает их как целое. Например, если одному глазу предъявить шахматный узор, а второму — узор в форме спирали, мозгу не удастся объединить их в связную картину по причине отсутствия таковой. Вместо этого он попытается угнаться сразу за двумя зайцами, воссоздавая целостное изображение шахматного рисунка, потом спирали, снова шахматного рисунка, и так далее. Это явление носит название бинокулярной конкуренции и производит впечатление вполне приемлемого выхода из затруднительной ситуации.

Так почему же бинокулярная конкуренция не возникает при подглядывании? Ваш головной мозг откуда-то знает, что данное сочетание двух абсолютно не похожих друг на друга изображений — окружающей обстановки, которую видит один глаз, и кружки, которую видит другой, не бессмысленно, и умеет создать подходящую для восприятия реальности полезную иллюзию. То есть мозг разбирается в том, как подглядывать и как вообще выпутываться из неразберихи, когда перед одним глазом есть какая-то помеха — например, лист дерева, — а перед другим ее нет. Отсутствие бинокулярной конкуренции в случаях с подглядыванием и ее наличие в опыте с шахматным и спиральным узорами говорят о том, что наш мозг — великий мастер выстраивать зрительную картину, несмотря на разнообразные помехи, и это не просто автоматическая, неизменная реакция на ситуации, когда входные сигналы от правого и левого глаз не имеют между собой ничего общего.

Но справляться с проблемой бинокулярной конкуренции при подглядывании — это не все, на что способен мозг. Он знает, что кружку следует видеть находящейся вблизи и прозрачной, а прочую обстановку — удаленной и непрозрачной. Почему он решает, что надо делать так, а не, наоборот, показывать нам непрозрачную кружку сквозь прозрачную картину всего остального? Дело в том, что между двумя этими изображениями имеется принципиальное различие, облегчающее ему задачу: вы смотрите на предметы, расположенные гораздо дальше кружки, кружка оказывается не в фокусе и в связи с этим выглядит расплывчато, а окружающая обстановка расплывчатой не является. Таким-то образом мозг и определяет, что смотреть нужно сквозь кружку на окружающий мир, а не наоборот. Дерек Арнолд, Филип Гроув и Томас Уоллис показали в 2007 году, что в этом мозг очень силен. Ученые обратили внимание на то, что когда вы всматриваетесь в предмет сквозь лесную листву, то при вашем движении (или при дуновении колышущего листья ветра) тот глаз, который видит объект, и тот, которому мешает смотреть лист, непрерывно меняются ролями. Но при этом вы все время видите интересующий вас предмет, а листья, загораживающие обзор, все время кажутся прозрачными. То есть решение, какой объект сделать прозрачным, принимается на ходу: пускай листья попеременно закрывают то один, то другой глаз, — мозг твердо знает, что именно нечеткие изображения нужно видеть насквозь. Эволюция такой способности вряд ли была бы возможна у существа, не жившего в среде с многочисленными помехами зрению. Напрашивается вывод: мы сконструированы в расчете на помехи, сквозь которые нам придется смотреть.

Первые намеки на то, насколько хорошо наши глаза умеют выстраивать единое, целостное изображение в ситуациях, когда картинки, видимые левым и правым глазом, не совпадают, обнаружились в конце 8о-х годов в ходе кропотливого исследования Синсукэ Симодзе и Кена Накаямы. Они изучили, как головной мозг оценивает объемность предметов, которые видны лишь одному глазу. Благодаря их работе, а также множеству последовавших за ней, мы понимаем, что мозг обладает просто невероятным пониманием закономерностей того, как одни предметы загораживают другие, и пользуется этим для построения единого изображения, несмотря на несовпадение получаемых им зрительных сигналов. Например, если левый глаз видит слева от кружки шарик, а правый шарика не видит, то мозг из этого заключает, что шарик находится сзади и слева от кружки, и показывает нам соответствующую картинку.

Несмотря на то, что работа Синсукэ Симодзе и Кена Накаямы послужила толчком к тщательному изучению способностей головного мозга управляться с изображениями, не подобными друг другу, нам понадобилось некоторое время, чтобы в полной мере оценить свою способность видеть сквозь помехи. Одним из этапов этого осознания стало упоминавшееся исследование Арнолда и его коллег: оно показало, сколь ловко мы выпутываемся из ситуаций, когда помехи возникают на пути то одного, то другого глаза. Джейсон Форт, Джонатан У. Пирс и Питер Ленни из Нью-Йоркского университета в статье 2002 года убедительно продемонстрировали нашу способность справляться с испытаниями сложнее подглядывания. Ученые рассмотрели случаи, когда оба глаза видят одни и те же помехи, но разные изображения за ними. Испытуемые смотрели сквозь изгородь на объекты, расположенные так, чтобы сигналы, получаемые левым и правым глазом, были вроде тех, что мы видим на рис. 14^а: левый глаз видит только несколько вертикальных полос от общей картины (в данном случае это человеческое лицо), а те ее части, которые соответствуют пробелам, видит правый глаз. Для того чтобы было понятнее, какая именно часть картины доступна каждому глазу, на рис. 14^б показаны только видимые вертикальные полосы, без изгороди. Два глаза получают абсолютно различную информацию о лице, на которое смотрят, и мозг должен разобраться, как склеить эти разрозненные картинки в связное изображение. Так вот, оказалось, что он прекрасно владеет этим искусством. Если вам удастся слить воедино две картинки на рис. 14^а, глядя “сквозь” страницу, вы получите примерно то же, что изображено на рис. 14".

Предвижу возражение, что, дескать, опыт на рис. 14 не слишком показателен, поскольку изгороди - изобретение сравнительно недавнее. И вообще, так ли часто в действительности нам приходится видеть за какой-либо преградой настолько разные картинки? На рис. 15 показан обзор для каждого глаза, вглядывающегося сквозь просветы в заграждении, и видно, что левому и правому глазу действительно доступны разные участки общей картины. Несовпадающие изображения вроде тех, что представлены на рис. 13^а и 14^a, — обыденность для лиственного леса, и это было затруднение, которое головному мозгу следовало преодолеть. Но вместе с тем это была удача: как только мозг обзавелся механизмами, позволявшими получать целостные бинокулярные изображения вопреки помехам, он сразу же приобрел более определенный взгляд на (отгороженный помехами) мир. А это, в свою очередь, запустило эволюцию такого признака, как направленные вперед глаза, дававшего возможность расширить границы этого усовершенствованного взгляда. Данную тему мы подробнее обсудим в следующем разделе.