Ребекка Шварцлоуз
Ландшафты мозга. Об удивительных искаженных картах нашего мозга и о том, как они ведут нас по жизни
А теперь представьте себе два нейрона, которые передают тактильную информацию в головной мозг: один имеет рецептивное поле в правом колене, а другой – в верхней части правой голени. Каждый из них должен знать, что происходит на соседней территории. Им необходимо обмениваться информацией и сравнивать ее, а это означает, что они должны быть связаны между собой. Если в мозге нейрон коленной чашечки расположен рядом с нейроном голени, они смогут болтать о своих сердечных делах по коротким проводам. Конечно же, коленные чашечки и голени – лишь две зоны на общем ландшафте кожи. Коленный нейрон должен также переговариваться с нейронами нижней части бедра, а нейрон голени – с нейронами икры и щиколотки. Чтобы провода были короткими, этим нейронам тоже нужно располагаться по соседству друг с другом. Этот же принцип распространяется на плечи, шею и лицо в одном направлении и на пальцы ног в другом. Соседние нейроны в головном мозге отображают соседние точки на ландшафте кожи. И каков результат? В наш мозг встроена изумительная, настоящая карта поверхности нашего тела.
В мозге много таких карт тела. Одна из самых известных называется первичной соматосенсорной корой, S1. Подобно тому, как V1 является первым участком поверхности мозга (коры мозга), получающим информацию от световых рецепторов глаз, участок коры S1 первым получает информацию от тактильных рецепторов. Он расположен в самой верхней части мозга. И его схема соответствует схеме поверхности нашей кожи, включая язык и губы, нос, два глаза, десять пальцев рук, десять пальцев ног, один живот и две коленные чашечки. Эта карта мозга позволяет использовать максимально возможное количество нейронов для обнаружения прикосновения при небольшом количестве соединительных проводов, иметь небольшой размер головы и скромный аппетит.
Это элегантное решение также объясняет строение зрительной карты, обнаруженной Иноуэ в мозге раненых солдат. Клетки мозга, отображающие свет, который попадает в соседние точки сетчатки, тоже должны располагаться по соседству друг с другом, что дает им возможность обмениваться информацией при минимальной длине соединительных проводов. Этот обмен информацией позволяет мозгу быстро и точно отслеживать важные контуры видимого пространства, в том числе границы линий или поверхностей. Эти контуры сообщают важную информацию, показывая, где начинаются и заканчиваются окружающие нас предметы и, по сути, что они собой представляют.
Этот принцип “разговора по-соседски” также объясняет существование карт для других способностей, таких как слух и движение, причем он реализуется у всех представителей царства животных. Карты позволили эволюции увеличить мощность мозга с помощью дополнительных нейронов и при этом контролировать общий размер мозга и его энергетические потребности. Карты мозга полезны и для существ с меньшим количеством нейронов, поскольку позволяют им сохранять мозг минимально возможного объема и с минимальными энергетическими запросами. Благодаря картам эти животные извлекают максимальную пользу из имеющихся нейронов, остаются шустрыми и не страдают от голода. Короче говоря, природа нашла схему, одинаково удачную для сложного и простого, крупного и маленького мозга. Карты мозга позволяют преодолевать главное препятствие на пути к выживанию. В нашем мире с ограниченным запасом ресурсов и жесткой конкуренцией эти карты позволяют выжить пустынным муравьям, китам-убийцам и нам с вами.
Как “заштопать” карту
Есть много причин быть благодарными нашим картам мозга. Альтернатива – голод, неподвижность и вымирание – не очень привлекательна. Можно благодарить карты за быстроту и четкость наших ощущений, не говоря уже о том, что в нашей голове есть место для пяти чувств, а не для одного или двух. Но карты дают и другие преимущества. Они идеально устроены для обнаружения и исправления неизбежных ошибок и упущений в информации, которую мозг получает от глаз, ушей и кожи.
Прекрасный пример того, как карты мозга корректируют восприятие, представил нам священник и ученый-самоучка XVII века Эдм Мариотт. Он был аббатом в небольшом городке Сен-Мартен-де-Бомон-сюр-Ванжанн неподалеку от Дижона во Франции[13]. И интересовался столь разными науками, как физиология растений и физика, астрономия и анатомия. Он организовал одно из первых в истории международное научное сообщество и был отмечен Ньютоном в знаменитом трактате “Математические начала натуральной философии”. Но самым важным вкладом Мариотта в науку было открытие, заключавшееся в том, что все мы слегка подслеповаты.
Мариотт многократно участвовал в анатомировании, изучая тела сельскохозяйственных животных, иногда экзотических животных и даже людей. Особенно его интересовала анатомия глаз. В задней части глазных яблок (как животных, так и человека) он обнаружил вдавленный внутрь овальный участок, отличающийся от остальной поверхности сетчатки. Он не первым обнаружил этот овал, который, как было известно, является местом выхода зрительного нерва, передающего информацию от глаза в головной мозг. Овал называли диском глаза, но его функция в зрении оставалась неизвестной. Большинство ученых того времени считало, что диск глаза является участком наиболее четкого зрения. Однако при анатомировании Мариотт обнаружил, что этот диск никогда не располагается в центре глазного дна (которое соответствует наиболее острому центральному зрению). У человека он располагается чуть выше и ближе к носу. Мариотта заинтересовало это несоответствие. И поэтому при помощи лишь нескольких бумажных контуров он принялся изучать природу зрения в области диска глаза.
Эксперименты Мариотта относятся к разряду самых простых. На рис. 6 показано, что он сделал. Мариотт прикреплял маленький кружок из белой бумаги на черном фоне на уровне глаза, а второй кружок диаметром около 10 сантиметров – чуть ниже и примерно на 60 сантиметров правее[14]. Он закрывал левый глаз и смотрел на первый кружок, а потом медленно отходил назад. Когда он отдалялся примерно на три метра, второй кружок исчезал. Заинтригованный этим наблюдением, Мариотт медленно переводил взгляд, и бумажный диск появлялся вновь. Но как только он фиксировал взгляд на первом кружке, второй опять немедленно исчезал.
Рис. 6. Схема эксперимента Мариотта. Художник Пол Ким.
Мариотт повторил тот же эксперимент с закрытым правым глазом и открытым левым, на разном расстоянии, каждый раз с соответствующим расположением и размером второго кружка. Слепое пятно появлялось всякий раз. Он повторил эксперимент со своим знакомым Реверендом Билли, а потом с другими французскими учеными. Оказалось, что все они в какой-то степени слепы и эта слепота всегда обнаруживается в двух точках пространства, с двух сторон, соответствующих дискам двух глаз. Теперь мы называем эту зону слепоты слепым пятном.
Вы сами можете обнаружить у себя слепое пятно, пользуясь рис. 7. Начните с верхнего изображения креста и цыпленка. Закройте левый глаз и смотрите на крест, поместив страницу книги примерно в 30 сантиметрах от лица. Если нужно, подвиньте книгу ближе или дальше, но при этом смотрите на крест; на определенном расстоянии цыпленок исчезнет. Проделайте то же самое с нижним рисунком. В этот раз, когда птица попадает в зону слепого пятна правого глаза, она исчезает, а клетка останется на месте – но пустая. Если хотите повторить это с левым глазом, просто переверните книгу вверх ногами, закройте правый глаз и повторите эксперимент.
Рис. 7. Слепое пятно. Используйте эти рисунки и объяснение в тексте, чтобы обнаружить слепые пятна у себя в глазах. Художник Пол Ким.
Теперь мы знаем, что зрительный нерв – это пучок аксонов, переносящих сигналы от сетчатки в головной мозг. Эти аксоны занимают место на выходе из глаза, так что там негде расположиться рецепторам, собирающим информацию о поступающих фотонах света. В глазах у всех людей есть зрительный диск, и каждый диск создает овал слепоты.
Простой эксперимент Мариотта заставил всю Европу говорить о слепом пятне и вызвал новый всплеск научных дебатов о зрении и глазах. Кроме того, возник интересный вопрос: почему мы не осознаем, что у нас есть эти слепые пятна? Почему мы не замечаем их в обычной жизни? Мариотт предложил несколько веских гипотез. Обычно мы смотрим на мир одновременно двумя глазами, так что тот участок пространства, который мы не видим одним глазом, мы видим другим. Кроме того, мы достаточно быстро переводим взгляд, и в результате никакие участки видимого пространства не закрыты слепым пятном на долгое время.
Оба эти довода справедливы, но ни один из них не объясняет, почему слепое пятно оставалось невидимым, когда один глаз Мариотта был закрыт, а другой неподвижен. Они не объясняют, почему второй кружок Мариотта исчезал, попадая в слепое пятно, и заменялся черным фоном, а при исчезновении птицы сохранялась птичья клетка. Когда птица исчезала, она не погружалась в темноту. Она заменялась чем-то другим – белым фоном страницы или прутьями клетки. Почему это так? Этот вопрос оставался без ответа на протяжении столетий, даже тогда, когда люди открыли электричество, рецептивные поля и карты мозга. В конце концов ответ был найден в картах V1 живого мозга.
Вспомните, что карта V1 соответствует организации сетчатки двух глаз. Хотя каждый глаз собирает поступающую световую информацию независимым образом, в области V1 эта информация от двух глаз соединяется на одной общей карте. Зрительная карта области V1 разделена между правым и левым полушариями мозга; находящаяся в левом полушарии половина карты V1 отражает информацию из правой половины поля зрения, и наоборот. На рис. 8 представлены фотографии срезов человеческого мозга[15], демонстрирующие левую и правую половины карты V1. Из мозга умершего человека выделили соответствующую ткань, расправили ее и окрасили с помощью вещества, позволяющего видеть некоторые детали карты, включая ее границы. На этих окрашенных срезах также видны участки карты, соответствующие слепым пятнам обоих глаз. Для ясности под срезами представлены их очертания. Крупный фрагмент в левом полушарии, обозначенный стрелкой, соответствует участку поля зрения, попадающему в слепое пятно правого глаза. Аналогичный фрагмент правого полушария, обозначенный стрелкой, соответствует участку поля зрения, попадающему в слепое пятно левого глаза.
Рис. 8. Фотографии (вверху) и очертания (внизу) карты V1 зрительной области человеческого мозга. Фотографии окрашены для визуализации рельефа. Участки V1, соответствующие двум слепым пятнам, четко выделяются в виде светлого и темного островков соответственно в левой и правой половине области V1. Различимый полосатый рисунок в остальных участках V1 соответствует входному сигналу от обоих глаз (подробности в главе 11). Источник: The Journal of Neuroscience, vol. 27, no. 39. Copyright 2007 by the Society for neuroscience.
Преобладающую часть времени у нас открыты оба глаза, и в этих участках все нормально. Та часть карты, которая соответствует слепому пятну правого глаза, по-прежнему передает зрительную информацию об этой части видимого пространства от левого глаза, и то же самое верно для слепого пятна левого глаза. Но как только мы закрываем один глаз, как проделывал в своих экспериментах Мариотт, один из этих слепых участков на карте V1 уже не получает сообщений ни от одного глаза. Этот участок карты – по-прежнему живая и активная ткань мозга, но она отрезана от обычного источника зрительной информации. Мы не видим темное пятно, как пациенты Иноуэ со скотомами, а воспринимаем нечто, восполняющее или заполняющее это пятно, так что оно напоминает окружающее пространство.
Как именно мозг восполняет этот недостаток информации, оставалось неизвестным до самого последнего времени, пока эксперименты с обезьянами не позволили получить новые данные. С помощью тончайших электродов нейробиологи измерили активность нейронов, соответствующих одному из участков в слепом пятне карты V1 в мозге обезьяны[16]. Как Мариотт и другие люди, при закрытии одного глаза обезьяны видят слепые пятна заполненными теми же цветами или рисунками, как в соседних точках пространства. Ученые обнаружили, что специфический набор нейронов на участке карты V1 обезьяны, который соответствует слепому пятну одного глаза, активируется при закрытии второго глаза, когда прерывается сигнал, поступающий в этот участок. Эти особые нейроны имеют гигантские рецептивные поля, соответствующие части слепого пятна и окружающего его зрительного пространства. Эти клетки получают сигналы из той части сетчатки, которая окружает слепое пятно, и с их помощью восполняют изображение в лишенном информации участке мозга. Подобно тому, как можно заштопать дыру в носке или связать края ткани вокруг дыры, можно заполнить информацией слепое пятно с помощью этих специфических клеток.
Это заполнение, или “штопание”, слепого пятна на карте V1 является ярчайшим примером того, что ученые называют перцептивным заполнением. Мозг воссоздает недостающие данные, используя поступающую от глаз частичную информацию. И это лишь один из многих примеров заполнения пробелов в нашем чувственном опыте. Многие оптические иллюзии срабатывают по той причине, что наша зрительная система изначально обладает способностью восполнять информацию, которая кажется недостающей, даже когда это не так. Например, если мы смотрим на изображение двух движущихся полос, которые выровнены между собой, но разделены неподвижным пробелом, нам кажется, что они перекрывают пробел и соединяются друг с другом, хотя это не так. Группа ученых проанализировала эту ситуацию, чтобы понять, что происходит на участке карты V1, соответствующем пробелу, когда люди наблюдают эту иллюзию. Отражает ли активность мозга в этой области информацию, которую получают глаза (а именно – отсутствие движения через пробел), или субъективное восприятие участников эксперимента (то есть заполняющийся пробел)?
Для изучения карт V1 у живых людей[17] ученые используют популярный способ сканирования мозга, который можно осуществить на аппарате для магнитно-резонансной томографии (МРТ). Этот метод, называемый функциональной МРТ (фМРТ), позволяет понять, как активность мозга изменяется во времени или в ответ на манипуляции экспериментатора. Если при проведении фМРТ участники эксперимента смотрят на яркий вспыхивающий экран, по результатам сканирования можно проанализировать их зрительные карты V1. Именно так ученые исследовали активность в области V1 у людей, смотревших на движущиеся полосы и наблюдавших оптическую иллюзию. Активность нейронов в области V1, отображающей неподвижный пробел, усиливалась, когда люди наблюдали эффект иллюзии и видели, как движущиеся полосы заполняют пробел. Короче говоря, воображаемые полосы, продолжавшие движение через пробел, видны на самой карте V1. Полосы пересекали пробел и на картах V1 у участников эксперимента, и в их осознанном зрительном восприятии.
Перцептивное заполнение происходит постоянно, хотя мы почти никогда этого не осознаем. В большинстве случаев мы этого не замечаем, поскольку мозг правильно дополняет информацию, основываясь на зрительных данных, и в результате позволяет нам ориентироваться в окружающем пространстве. Следовательно, такие тщательно построенные оптические иллюзии показывают, что наше восприятие постоянно проверяется. Но зачем мозг восполняет недостающую информацию? Возможный ответ заключается в том, что преимуществом нашей зрительной системы является возможность предчувствовать непрерывность. Зрительная система, которой мы с удовольствием пользуемся, эволюционировала и развивалась таким образом, чтобы осмысливать наш беспорядочный трехмерный мир. Вид отдаленных предметов обычно заслонен от нас более близко расположенными предметами. Когда мы впервые входим в комнату, наша зрительная система может переполняться (и переполняется) дезориентирующим скоплением новых линий, углов, цветов, текстур и оттенков.
На самом деле обычно мы не обращаем внимания на эти линии, текстуру и другие детали. По-настоящему нас интересуют только характеризуемые ими предметы. Чтобы помочь нам увидеть эти предметы, мозг должен учитывать вероятность. Например, вряд ли в пространстве имеются случайные дыры и сверхъестественные совпадения. В случае иллюзии движущихся полос: какова вероятность того, что две независимо движущиеся полосы случайным образом расположились рядом и синхронизировались? Не выше ли вероятность, что это две части общей картины, на которой какая-то посторонняя полоса закрывает нам вид? И в результате мы воспринимаем этот неподвижный пробел между движущимися рисунками в качестве чего-то постороннего. Мы мысленно представляем движение полос через линию раздела, пытаясь отразить суть, а не углы, линии и текстуру, о которых деловито сообщают наши глаза.
А вот другой пример. Узкая полоса ткани, протянутая от одного края стола к другому, – это и есть полоса ткани на целом столе, а не два стола с провалом между ними. К счастью, мы в своем восприятии не пытаемся заменить эту тканевую дорожку поверхностью стола; мы способны воспринять и полосу ткани, и цельный стол под нею. Но опять-таки фМРТ показывает, что карта V1 отражает информацию о предметах или частях предметов, временно скрытых предметами, расположенными более близко[18]. Короче говоря, перцептивное заполнение, которое имеет место во многих случаях обмана зрения, – это ярчайший пример более тонкого и важного явления: на основании сигналов от глаз мозг автоматически дополняет или экстраполирует разворачивающуюся перед нами ситуацию.
Такие карты мозга, как V1, прекрасно подходят для подобных экстраполяций, поскольку они непрерывны и построены таким образом, чтобы быстро и легко провести сравнение между соседними точками пространства. Локальные сравнения на карте мозга позволяют идентифицировать места, где происходит нечто важное, но они же помогают найти участки зрительного пространства, которые с малой вероятностью отличаются от соседних участков. Карты мозга быстро выявляют и исправляют входящие сигналы, которые кажутся ошибочными, как текстовый редактор с функцией автоматического исправления ошибок. Учитывая достаточную тренировку (или опыт) и правильное функционирование программы (или связи), наш процессор и наши карты мозга могут находить ошибки и избегать ловушек, так что мы их даже не замечаем.
Нам кажется, что восприятие – совершенно очевидное явление. В конце концов, оно происходит естественно и без усилий с нашей стороны. Нас никогда не учили воспринимать, и мы никогда не перегружались от избытка восприятия. Многое из того, что мы делаем или о чем думаем, требует от нас усилий, но восприятие происходит само. Оно динамическим образом осуществляется в каждый момент жизни – от дня нашего появления на свет до дня смерти. И поэтому так легко не замечать, каким же чудом на самом деле оно является. Многие сложности в восприятии пространства, энергии, движения и информации вполне могли бы привести к тому, что мы не умели бы распознавать предметы на нашем пути или ощущать чью-то ладонь на нашем колене. Карты мозга – ключ к преодолению физических и вычислительных ограничений такого рода.
Но хотя карты мозга позволяют преодолевать подобные трудности, их существования недостаточно. Чтобы создавать такой мощный, но при этом практичный мозг, какой появился на Земле, эти карты должны обеспечивать очень сильные искажения. Как вы увидите, такие искажения – важнейшая характеристика отображения мира нашим мозгом. А это, в свою очередь, определяет наше восприятие мира и всего, что в нем есть.
3
Как карты мозга определяют, что мы видим и чувствуем?
С пуститесь в подземное метро Бостона в Массачусетсе, и вы повсюду обнаружите карты: встроенные на стенах платформ, приклеенные в вагонах и отпечатанные на бумаге в виде брошюр. В городе с 1,3 миллиона пассажиров карты метро в равной степени выполняют функцию информационного ресурса и декора. Но еще они иллюстрируют неожиданную вещь, которая справедлива как для планов метро, так и для карт мозга: иногда искаженная карта лучше отображает то, что нужно знать людям.
Линии бостонского метро расходятся, как спицы колеса, с центром в сердце города, это показано на рис. 9. Переход с одной линии на другую осуществляется на четырех станциях. Однажды я проехала по красной линии от одной станции (“Парк Стрит”) до другой (“Даунтаун Кроссинг”) и обнаружила, что пересекла лишь одну часть города. Сравните это с расстоянием между станциями “Дейвис” и “Эйлуайф” – двумя соседними станциями на одном конце красной линии. Хотя точки, соответствующие станциям “Дейвис” и “Эйлуайф”, на плане располагаются ближе, чем точки “Парк Стрит” и “Даунтаун Кроссинг”, на самом деле станции “Дейвис” и “Эйлуайф” отстоят друг от друга больше чем на километр. Короче говоря, изображение на плане метро искажено по отношению к реальности. Тогда как расстояние в 1 сантиметр между станциями “Парк Стрит” и “Даунтаун Кроссинг” соответствует 10 метрам реального расстояния на местности, 1 сантиметр между станциями “Дейвис” и “Эйлуайф” соответствует 140 метрам.
Рис. 9. Упрощенная схема бостонского метро. Художник Пол Ким, редакция Майкла Квиришвили (CC BY 2.0)
Интересно, что благодаря этой неточности план метро становится более удобным. Когда мы выезжаем из центра, нам нужно знать только порядок станций на нашей линии, чтобы вовремя выйти. Но когда мы движемся к центру и готовимся к пересадке, нам нужна еще и пространственная информация. Можно ли доехать до аэропорта с одной пересадкой или придется делать две? На какой станции следует пересаживаться и в какую сторону ехать после пересадки? За счет увеличения разрешения в области пересадочных пунктов карта метро снабжает нас более четкой пространственной информацией именно там, где это больше всего необходимо.
Многие карты мозга, включая зрительную карту V1, используют тот же прием. Часть зрительной карты V1, которая отображает зрительную информацию из области центральной ямки (оттуда, куда направлен взгляд), очень сильно увеличена по сравнению с остальными частями. Вообще говоря, это увеличение объясняет одно из открытий Иноуэ: хотя пули от винтовки Мосина имели диаметр 7,6 миллиметра, они создавали области слепоты разного размера. У пациентов Иноуэ были сравнительно небольшие слепые участки в центре и более крупные на периферии. Это различие в размерах скотомы показывает, что информация от центральной ямки на карте V1 представляется в сильном увеличении, как карта центральной части города на плане метро.
Почему информация от центральной ямки на карте V1 отображается с более сильным увеличением? Главным образом потому, что она более значима. Световые рецепторы в области центральной ямки упакованы гораздо плотнее, чем в других частях сетчатки. Поскольку там больше рецепторов, мы получаем больше информации о той части зрительного пространства, куда непосредственно направлен наш взгляд. Это различие создает в сетчатке неравенство и делает зрение в области центральной ямки чуть более острым, чем в других зонах. Но это еще не все.
Представьте себе два световых рецептора сетчатки: один расположен в центральной ямке (“Флоранс”), другой на периферии (“Перри”). Допустим, оба рецептора регистрируют фотон (порцию) света одновременно и отправляют одинаковые сигналы о его обнаружении. Меньше чем за одну двадцатую секунды сигналы проходят через другие клетки сетчатки, делают короткую остановку на железнодорожной станции в глубине мозга и достигают области V1 в задней части головы. На этом пути сигнал от “Перри” объединяется с сигналами от соседних рецепторов, тогда как сигнал от “Флоранс” остается неизменным. Хотя в начале пути два сигнала были идентичными, к моменту прибытия в зону V1 они уже не похожи друг на друга. Здесь информация от “Флоранс” займет в сто раз больше места, чем информация от “Перри”[19]. Тот факт, что входные сигналы от “Флоранс” и ее соседей в центральной ямке занимают более обширную территорию на карте V1, имеет реальные последствия для нашего восприятия. Чем больше территория, тем больше нейронов V1 занимаются отображением точных деталей световой картины, обнаруженной в области центральной ямки.
История о “Флоранс” и “Перри” вызывает очевидный вопрос: не стали бы мы лучше видеть, если бы сохраняли сигналы от “Перри” так же бережно, как сигналы от “Флоранс”? Почему увеличена только одна часть карты, а не вся карта целиком? Такие же вопросы можно задать в отношении схемы метро. Почему бы не создать карту с единым масштабом и просто распечатать ее крупнее, чтобы она была аккуратнее и яснее? Ответ таков: если бы карта бостонского метро отражала всю схему в том же масштабе, как центральную часть, ее площадь была бы примерно в 100 раз больше. Вывесить такую карту на платформе, не говоря уже о том, чтобы распечатать ее в виде схемы, было бы просто невозможно. Карта метро представляет собой компромисс: она дает подробную информацию там, где это необходимо, при этом ее общие размеры остаются в разумных пределах.
То же самое справедливо для зрительной коры. В идеальном мире V1 могла бы одинаково хорошо отражать сигналы от центральной ямки и от периферии. Но иметь такую карту невозможно; наша карта V1 в таком случае была бы в 13 раз шире[20]. Еще хуже, что дополнительная информация обрабатывалась бы в других отделах мозга, так что и они тоже стали бы крупнее. Если бы мозг был организован по такому принципу, только зрительные области занимали бы слишком много места, чтобы поместиться в человеческом черепе.
Наш мозг, вынужденный расставлять приоритеты и приносить жертвы, принимает решение в пользу центральной ямки и в ущерб периферии. Эта жертва возможна и даже разумна по той причине, что наши глаза чрезвычайно подвижны. При бодрствовании люди постоянно делают глазами примерно пять быстрых движений в секунду. Эти движения глаз настолько часты и обычны и так хорошо сцеплены с мозгом, что мы чаще всего их не замечаем, хотя и можем осознать, если сконцентрируем на них внимание. Если вы попытаетесь прочесть это предложение, не двигая глазами, вы обнаружите вклад этого специфического действия.
Центральную ямку мы используем так, как использовали бы единственный телескоп для сбора информации обо всем ночном небе. Мы переводим телескоп туда и сюда, от одной точки к другой, собирая подробную информацию об интересующих нас участках, а затем объединяем эти мгновенные снимки и получаем более цельный портрет неба. Использование одного телескопа с высоким разрешением, его вращение и получение последовательных мгновенных снимков неба – это прекрасный компромисс между тем, чтобы видеть четко и видеть много.
Информация из периферических областей имеет значение, однако мы используем ее с другой целью, и она соответствующим образом усваивается. Периферическое зрение не такое острое, как центральное, но оно хорошо улавливает движение и функционирует в темноте или при тусклом освещении. Оно обеспечивает необходимый обзор для обнаружения неожиданностей. Когда “Перри” и его соседи регистрируют неожиданное движение на периферии и отправляют отчет в мозг, наши глаза незамедлительно поворачиваются в ту сторону, чтобы обнаружить источник движения. И тогда в дело вступает “Флоранс” с коллегами, посылая подробные сигналы, которые помогают уловить источник движения и осознать его потенциальную опасность.
Увеличение – важнейший принцип карт мозга. Это пример тонкого физического и нейронного компромисса в основе анатомии, восприятия и поведения любого существа. В случае карты V1 увеличение в области центральной ямки осмысленно, поскольку глаз может вращаться. И поскольку такое увеличение возможно, мы активно день ото дня производим движения глаз. Наш мозг, как и мозг всех существ, развивает наши сильные стороны, специализируясь и адаптируясь в том, что мы воспринимаем и делаем хорошо, оставляя в стороне то, что мы делаем хуже.
Как увеличение на картах мозга сказывается на восприятии? Оно обеспечивает достаточную “рабочую силу” нейронов для отображения большего количества материала. Часто дополнительный материал – это тонкие детали, такие как декоративные элементы или изогнутые линии, образующие буквы в словах на этой странице. Способность воспринимать такие тонкие детали называется пространственной остротой. Проверка пространственной остроты зрения обычно состоит в том, что человеку показывают два близко расположенных предмета и спрашивают, воспринимает ли он их в качестве одного или двух объектов. Взгляните, к примеру, на эти параллельные линии: ||. Когда вы смотрите прямо на них, вы используете центральную ямку с плотно упакованными рецепторами и подробное отображение этих двух линий на карте V1. Если у вас нормальное зрение, вам понятно, что здесь изображены две отдельные линии. Но если вы смотрите на них краем глаза, зрение становится менее острым. И теперь эти две линии выглядят как одна… если вы вообще можете их разглядеть.
У людей со здоровыми глазами острота зрения всегда выше вблизи центра поля зрения, чем на периферии. Но насколько она выше, зависит от каждого конкретного человека. Ученые заинтересовалась, не связаны ли эти персональные различия в зрительном восприятии с особенностями карт в области V1[21]. Они проверяли пространственную остроту зрения в разных точках поля зрения, а также использовали фМРТ, чтобы увидеть, как зрительные карты искажены в результате увеличения. Выяснилось, что люди различаются по степени увеличения отображения сигналов из центральной ямки по отношению к отображению сигналов с периферии. И люди также различаются в том, насколько выше острота их зрения в отношении деталей из центра поля зрения по отношению к деталям с периферии.
Когда ученые сопоставили увеличение на карте V1 в области центральной ямки и различия в остроте зрения в разных точках поля зрения, они обнаружили, что эти два параметра связаны между собой. Люди с большим увеличением в зоне V1, соответствующей центральной ямке, также имели более высокую остроту зрения в отношении элементов в центре поля зрения по сравнению с элементами с периферии. Люди с менее выраженным увеличением на карте V1 демонстрировали менее значительное различие пространственной остроты зрения между центром поля зрения и периферией. Иными словами, различия в искажении карты V1 влияют на то, что воспринимает конкретный человек и где он это воспринимает.
Возможно, вам потребуется некоторое время, чтобы все это осознать. То, что вы обнаруживаете и воспринимаете в своем поле зрения, отличается от того, что обнаруживает ваш лучший друг, ваша сестра или сосед. Более того, острота зрения в различных участках поля зрения определяется не состоянием наших глаз, а скорее уникальной структурой карт нашего мозга.