Ричард Л. Грегори

«ГЛАЗА И МОЗГ»

Психология зрительного восприятия

Предисловие

Ежегодно в Советском Союзе и за рубежом выходит большое число книг, посвященных описанию работы зрительной системы. Глаз — это традиционный объект исследования физиков, астрономов, физиологов и психологов, а в последнее время — математиков и инженеров. Это естественно, так как зрительная система доставляет человеку до 90 % всей принимаемой им информации. Поэтому представителей самых различных областей науки и техники интересуют такие проблемы, как достоверность приема информации зрительной системой, увеличение скорости ее приема, компенсация расстройств зрительной системы, условия зрительного и эстетического комфорта и т. д.

В последние годы во многих лабораториях мира ведется интенсивная работа по созданию технических устройств, хотя бы в некоторых отношениях имитирующих работу глаза. Предлагаются самые различные модели (функциональные, аналоговые, математические), более, а чаще менее достоверно описывающие работу зрительной системы или ее элементов. По мере расширения этой работы все больше и больше выясняется изумительное совершенство зрительной системы, а соответственно и сложность поставленной задачи. Неудачи в ее решении заставляют исследователей изощряться и разрабатывать все более совершенные и тонкие приемы экспериментирования в области зрения. Эта работа ведется по многим линиям: от исследования ответов одиночного рецептора до исследования деятельности зрительной системы в целом и влияния свойств личности на восприятие. Сейчас, пожалуй, едва ли найдется хоть одна область исследования зрения, где не были бы предложены новые методические приемы и не получены чрезвычайно интересные результаты. Примерами может служить изучение влияния длительной сенсорной и перцептивной изоляции на восприятие, изучение сенсорной и перцептивной перегрузки, изучение сенсорных и перцептивных искажений, вызываемых различными оптическими и фармакологическими способами, изучение восприятия в условиях стабилизации изображения относительно сетчатки, изучение процесса восстановления зрения у слепорожденных после удаления катаракты, изучение восприятия пространства и восприятия движений. Этот перечень можно было бы продолжить, но и сказанного достаточно, чтобы согласиться с тем, что область исследования зрительной системы относится в настоящее время к числу наиболее интенсивно разрабатываемых в современной психологической науке. При этом очень многие исследования зрительной системы имеют первостепенное значение для решения практически важных проблем инженерной и космической психологии, технической эстетики, бионики.

Ричард Грегори, известный исследователь зрительной системы, написал превосходную и очень нужную книгу. Несмотря на ее кажущуюся популярность, это серьезная и вполне современная книга. Ее автор не упрощает проблематики исследования, говорит о теоретических и экспериментально-методических трудностях исследования того или иного вопроса. Он сообщает о новых достижениях и интерпретирует их на фоне традиционных гипотез и концепций. Особенный интерес представляет тот факт, что автор делает попытку дать анализ мозговых механизмов зрительного восприятия человека, последовательно останавливаясь на той роли, которую играют в организации зрительного восприятия как периферический аппарат глаза, так и центральные аппараты мозгового анализа и синтеза зрительной информации. Теоретические положения автора не всегда безупречны, но Р. Грегори не руководствуется никакими предвзятыми философскими концепциями и сам предупреждает о сложности теоретической интерпретации многих новых данных, а также о возможной недостаточной обоснованности некоторых выводов. B целом концепция Р. Грегори, рассматривающего восприятие как активный процесс, безусловно включающий обучение, весьма близка к концепциям зрительного восприятия, которые разрабатывают советские ученые. Однако нужно отчетливо представлять себе, что разработка теории зрения очень далека от завершения. В настоящее время существует более двух десятков теоретических трактовок зрительного восприятия, расходящихся по многим весьма существенным пунктам. И большое число фактов пока не укладывается в хорошо интегрированную теоретическую схему. Это, естественно, сознает и такой интересный и вдумчивый последователь, как Р. Грегори. Он указывает во многих случаях на трудности интерпретации тех или иных фактов. Но главное достоинство книги состоит в том, что она содержит чрезвычайно богатый материал, со вкусом подобранный автором из традиционной и главным образом современной экспериментальной психологии зрительного восприятия. Многие приводимые им данные будут новыми, а порой и неожиданными не только для широкого читателя, но и для специалистов различного профиля, занятых исследованием и моделированием зрительной системы. Хотелось бы отметить, что и собственные исследования автора в области зрительных иллюзий, также отраженные в книге, несомненно, привлекут внимание читателей.

Р. Грегори не чужд и прикладной проблематике исследований зрительной системы. Главы «Искусство и реальность» и «Глаза в космосе» блестяще написаны, и в них содержатся не только фантазии, но и реальные проблемы, которые предстоит в ближайшее время решать ученым.

Книга Р. Грегори будет с интересом прочитана не только специалистами в области зрительного восприятия, но и всеми, кого интересует старая как мир проблема: как мы воспринимаем окружающий мир таким, каким он является на самом деле.

В. Зинченко, А. Лурия

От автора

Я очень рад, что моя книга «Глаз и мозг» выходит в свет на русском языке. Здесь, на Западе, мы восхищаемся достижениями советской науки как в биологии, где давние традиции идей и эксперимента оказали большое влияние на развитие нашей мысли, так и в области недавних замечательных советских космических исследований. Поэтому я оцениваю появление моей книги на русском языке— что делает ее доступной русскому читателю — как большую честь, которой я вряд ли заслуживаю. Я хотел бы искренне поблагодарить профессора Московского университета А. Лурия за то, что он содействовал появлению русского перевода моей книги.

Эта книга предназначена для тех, кто интересуется вопросом о том, как человеческий мозг обрабатывает информацию, полученную от глаза, и как возникают удивительные явления зрения.»В ней делается попытка разобраться в идеях, которые возникли еще в древности и которые за последние сто лет проверялись и развивались во многих экспериментальных лабораториях разных стран. Я попытался изложить в этой книге основные положения и экспериментально полученные факты с теми необходимыми техническими подробностями, какие достаточны для того, чтобы читатель мог разобраться в проблемах и основных открытиях, не углубляясь в детали вопроса. Я хотел бы надеяться, что я не слишком упростил трудные и еще не решенные до конца проблемы и не создал впечатления, что мы знаем о глазе и мозге больше, чем знаем о них в действительности. Рассказывать о не вполне решенных проблемах опасно, так как ход рассуждений основывается на предположениях, которые могут быть опровергнуты позднейшими исследованиями. Но все-таки я полагаю, что подобные попытки стоит иногда делать. Даже если эти рассуждения ошибочны, только путем рассмотрения современных идей и фактов можно привлечь других ученых и особенно молодых, к дальнейшей разработке этих проблем.

Я уверен, что мы не поймем функций мозга достаточно полно, пока новые технические достижения не дадут нам возможности моделировать его. Не правда ли, интересно, что чисто философские вопросы были выяснены и нашли свое разрешение благодаря прогрессу технической мысли? (Этот факт даже беспокоит некоторых наших мыслителей на Западе!)

Каким образом постоянно меняющиеся зрительные структуры, возникающие на сетчатке глаза, перекодируются мозгом в устойчивые картины внешних предметов, столь отличные от зрительных образов? Эту проблему мы сможем полностью понять только тогда, когда будущие вычислительные машины окажутся в состоянии перерабатывать информацию, поступающую одновременно по многим параллельным каналам. По сетчаточным изображениям, возникающим в глазу, мы судим о том, являются ли внешние объекты твердыми или мягкими, приятными или отвратительными, желанными или опасными, Все эти и множество других свойств не даются непосредственно глазу, однако мы «узнаем» о них по сетчаточным изображениям. Мы видим не только существующее положение вещей, но и предугадываем вероятное будущее по тем образам, которые формируются на сетчатке глаза. Зрение позволяет нам планировать будущее, исходя из информации, которую мы получаем в настоящий момент, а также на основании накопленных в прошлом знаний. Исследование зрения приводит нас, таким образом, к изучению мышления, процесса возникновения гипотез и явлений памяти. Глаза — это окна нашего мозга, через которые мы воспринимаем внешний мир. И через эти же окна мы можем постигнуть многие функции мозга.

Ричард Л. Грегори

1. Зрительное восприятие

Мы так привыкли видеть, что трудно себе представить, будто в этой области есть какие-то нерешенные проблемы. Но что такое зрительное восприятие? На сетчатке возникают маленькие искаженные перевернутые образы, а мы видим отдельные объекты в окружающем пространстве. Из комплекса возбуждений сетчатки у нас возникает мир объектов, и никакого чуда здесь нет.

Часто считают, что глаз похож на фотокамеру. Однако существуют совершенно не сходные с камерой признаки восприятия, и они-то наиболее интересны. Каким образом информация, поступающая от глаз, кодируется в нервной системе, переходит в язык мозга и превращается в восприятие окружающих предметов? Задачи, которые стоят перед глазом и мозгом, совершенно отличны от задач фотографической или телевизионной камеры, просто превращающей предмет в образ. Есть соблазн (которому не стоит поддаваться) сказать, что глаза продуцируют в мозгу картины. Картина в мозге предполагает существование какого-то рода внутреннего глаза, необходимого, чтобы ее видеть; однако тогда потребовался бы еще один глаз, чтобы видеть эту картину, и т. д. Возникает бесконечная вереница глаз и картин. Это абсурдно. Глаз снабжает мозг информацией, кодирующейся в нервную активность, — цепь электрических импульсов, которая в свою очередь с помощью своего кода и определенной структуры мозговой активности воспроизводит предметы. Мы можем провести аналогию с написанным текстом: буквы и слова на этой странице имеют определенные значения для тех, кто знает язык. Они соответствующим образом действуют на мозг читателя, однако сами они не являются картинами. Когда мы смотрим на что-нибудь, определенная структура нервной активности воспроизводит предмет, и для мозга эта структура возбуждения и есть этот предмет. Никакой внутренней картины не возникает.

Психологи-гештальтисты считали, что внутри мозга имеются картины. Они, представляли восприятие как модификацию электрических долей мозга, причем эти поля копируют форму воспринимаемых объектов. Эта доктрина, известная под именем изоморфизма, оказала пагубное влияние на теорию восприятия. С тех пор существует тенденция приписывать гипотетическим мозговым полям свойства, якобы «объясняющие» такие явления, как искажение зрительного образа, и другие феномены. Однако легко приписывать вещам определенные свойства. Между тем нет четких доказательств существования подобных мозговых полей и нет объективного способа раскрыть эти свойства. Если нет доказательств существования этих полей и нет способа раскрыть их свойства, следовательно, они в высшей степени гипотетичны. Верные объяснения должны быть доступны наблюдениям.

Психологи-гештальтисты обратили, однако, внимание на очень важный феномен. Они ясно видели, что существует проблема в том, как мозаика стимуляции сетчатки служит началом восприятия предметов. Они особенно подчеркивали тенденцию воспринимающей системы группировать вещи в простые единицы. Существование этой тенденции подтверждается рис. 1, 1.

Рис. 1, 1. Это множество точек, расположенных на равном расстоянии друг от друга, воспринимается как непрерывно меняющиеся узоры из рядов и квадратов. Рассматривая этот рисунок, мы знакомимся с активным организующим началом в зрительной системе.

На этом рисунке точки фактически расположены на равном расстоянии друг от друга, однако имеется тенденция «организовывать» их в ряды и колонки, хотя они представляют собой не связанные между собой объекты. Над этим стоит подумать, так как на этом примере мы сталкиваемся с сутью проблемы зрительного восприятия. Мы можем видеть на самих себе, как мы подсознательно группируем сенсорные данные в объекты. Если бы мозг не искал непрерывно объектов, карикатуристу пришлось бы плохо. Ведь фактически все, что карикатурист должен делать, — это дать глазу несколько линий, и вот мы видим лицо законченным и весьма выразительным. Несколько линий — это все, что требуется для глаза; остальное делает мозг: видит объектов находит в нем все, что возможно. Иногда мы видим объекты, которых нет: лица в пламени, Луна видится нам как человеческое лицо.

Шуточный рис. 1, 2 иллюстрирует это. Разве это набор бессмысленных линий? Нет, это прачка со своим ведром. Теперь взгляните еще раз: линии намечают контуры вещей.

Рис. 1, 2. Юмористический рисунок: что это такое? Когда мы видим здесь реальную фигуру, а не просто бессмысленные линии, рисунок неожиданно воспринимается как нечто цельное — это предмет, а не набор линий.

Зрительное восприятие вовлекает многочисленные источники информации помимо тех, которые воспринимаются глазом, когда мы смотрим на объект. В процесс восприятия, как правило, включаются и знания об объекте, полученные из прошлого опыта, а этот опыт не ограничен зрением, но предполагает и другие ощущения: осязательные, вкусовые, обонятельные, слуховые, а возможно, также температурные и болевые. Вещи— это больше, чем набор стимуляций; они имеют прошлое и будущее; когда мы знаем прошлое предмета и можем предсказать его будущее, восприятие предмета выходит за пределы опыта и становится воплощением знания и ожидания, без которых жизнь даже в простой форме невозможна.

Хотя нас интересует наше восприятие мира вещей, важно рассмотреть сенсорные процессы, лежащие в основе ощущений, — каковы они, как они протекают и что вызывает их нарушение. Мы будем в состоянии понять, как мы воспринимаем мир, только если постигнем процессы, лежащие в их основе.

Существует много так называемых «двусмысленных рисунков», которые наглядно иллюстрируют, как один и тот же набор стимуляций глаза является источником различных по содержанию восприятий и как восприятие объекта выходит за пределы ощущений. Большинство распространенных двусмысленных рисунков можно подразделить на две категории: рисунки, которые попеременно воспринимаются то как фигура, то как фон, и рисунки, которые спонтанно воспринимаются различными по глубине. Рис. 1, 3 относится к первой категории фигура — фон: иногда черные части рисунка воспринимаются как два профиля, а белая часть — как нейтральный фон; в другой раз черные части — несущественны и служат фоном, а белая воспринимается как главное, и мы видим изображение вазы.

Рис. 1, 3. Восприятие этого рисунка спонтанно изменяется. Мы видим здесь то два профиля, то — белую вазу, ограниченную не имеющим значения темным фоном. Перцептивное «решение», что является фигурой (или объектом), а что — фоном, сходно с инженерным различением между «сигналом» и «шумом». Это основная проблема для любой системы, имеющей дело с информацией.

Хорошо известный куб Неккера (рис. 1, 4) представляет собой рисунок, изменяющийся по глубине. Иногда поверхность куба, отмеченная кружком, кажется расположенной спереди, иногда — сзади; она внезапно переходит из одного положения в другое.

Рис. 1, 4. Этот рисунок меняется по глубине: передняя плоскость куба, отмеченная небольшим кружком, иногда кажется расположенной спереди, иногда сзади. Можно считать, что подобное чередование восприятия глубины представляет собой смену перцептивных «гипотез». Зрительная система принимает то одну, то другую гипотезу, никогда не останавливаясь ни на одном решении. Этот процесс происходит и при обычном восприятии, но тогда, как правило, существует единственное однозначное решение.

Восприятие не определяется просто совокупностью стимулов, скорее это динамический поиск наилучшей интерпретации имеющихся данных. Такими данными является сенсорная информация, а также знание других особенностей предмета. Трудно ответить на вопрос о том, насколько опыт влияет на восприятие, в какой мере мы должны учиться видеть; это и есть тот вопрос, который будет интересовать нас в этой книге. Кажется очевидным, что восприятие выходит за пределы непосредственно данных нам ощущений: показания органов чувств оцениваются нами с разных точек зрения, и обычно мы находим наилучшую оценку и видим вещи более или менее правильно. Однако ощущения не дают нам картину мира непосредственным образом, скорее, они снабжают нас данными для проверки гипотез о том, что находится перед нами. Действительно, мы можем сказать, что воспринятый объект — это возникающая у нас гипотеза, проверенная с помощью сенсорных данных. Куб Неккера — это набор линий, который не содержит ответа на вопрос, какая из двух альтернативных гипотез верна; система восприятия придерживается сначала одной, а затем другой гипотезы и никогда не может прийти к решению, так как однозначного ответа нет. Иногда глаз и мозг приходят к неверному выводу, и тогда мы страдаем галлюцинациями и иллюзиями. Когда принятая гипотеза ведет к ошибочному восприятию, мы заблуждаемся так же, как мы заблуждаемся в науке, когда видим мир искаженным ложной теорией. Восприятие и мышление не существуют независимо друг от друга. Фраза «я вижу то, что я понимаю» — это не детский каламбур, она указывает на связь, которая действительно существует.

2. Свет

Чтобы видеть, нам нужен свет. Это положение может показаться слишком очевидным, чтобы заслуживать упоминания, однако оно не всегда было столь банальным. Платон думал, что зрительное восприятие существует не потому, что свет проникает в глаз, а потому, что частицы, исходящие из глаз, обволакивают окружающие предметы. Трудно представить себе теперь, почему Платон не попытался разрешить проблему с помощью простых экспериментов. Хотя для философов вопрос о том, каким образом мы видим, всегда был излюбленной темой размышлений и теоретических построений, только за последнее столетие эта проблема стала предметом систематических исследований; это довольно странно, поскольку все научные наблюдения зависят от показаний человеческих органов чувств и главным образом от зрения.

В течение последних 300 лет существовали две соперничавшие теории относительно природы света. Исаак Ньютон (1642–1727) считал, что свет — это поток частиц, в то время как Христиан Гюйгенс (1629–1695) утверждал, что свет представляет собой, по всей видимости, колебание небольших эластичных сферических образований, соприкасающихся друг с другом и перемещающихся во всепроникающей среде — эфире. Любое возмущение этой среды, как он считал, будет распространяться во всех направлениях в виде волны, а эта волна и есть свет.

Полемика относительно природы света — одна из наиболее впечатляющих и интересных в истории науки. Основным вопросом на ранних стадиях дискуссии был вопрос о том, распространяется ли свет с определенной скоростью или он достигает цели мгновенно. Ответ на этот вопрос был получен совершенно неожиданно датским астрономом Рёмером (1644–1710). Он изучал затмение четырех ярких спутников, вращающихся вокруг Юпитера, и обнаружил, что периоды между затмениями нерегулярны и зависят от расстояния между Юпитером и Землей.

Рис. 2, 1. Христиан Гюйгенс (1629–1695), портрет неизвестного художника. Гюйгенс доказывал, что свет распространяется как волны через эфир.

Рис. 2, 2. Сэр Исаак Ньютон (1642–1727), портрет Чарлза Джервеса. Ньютон утверждал, что свет состоит из частиц, однако, предвосхищая современные теории, он понимал сложность вопроса и считал, что свет имеет двойственную природу, обладая признаками как частиц, так и волн. Ньютон является автором первого эксперимента, показавшего, что белый цвет представляет собой смешение всех цветов спектра; он также первый высказал мысль о возможности объяснения цветового зрения физическими характеристиками света.

В 1675 г. он пришел к заключению, что этот факт определяется временем, которое требуется, чтобы свет, исходящий от спутников Юпитера, достиг глаза экспериментатора; время возрастает с увеличением расстояния вследствие ограниченной скорости света. Действительно, расстояние от Земли до Юпитера равно примерно 299 274000 км — это в два раза больше, чем расстояние от Земли до Солнца; наибольшая временная разница, которую он наблюдал, равнялась 16 мин. 36 сек. — на этот отрезок времени раньше или позже, чем полагалось по расчету, начиналось затмение спутников. На основании несколько ошибочной оценки расстояния до Солнца он подсчитал, что скорость света равна 308 928 км/сек. Современные знания о диаметре земной орбиты позволяют нам уточнить эту величину и считать ее равной 299 274 км/сек, или 3∙10^10 см/сек. Скорость света, таким образом, на небольших расстояниях от Земли измеряется очень точно, и теперь мы рассматриваем ее как одну из основных констант Вселенной.

Вследствие ограниченной скорости света и определенной задержки нервных импульсов, поступающих я мозг, мы всегда видим прошлое. Наше восприятие Солнца запаздывает на 8 мин.; всем известно, что наиболее отдаленный из видимых невооруженным глазом объектов — туманность Андромеды уже больше не существует и то, что мы видим, происходило за миллион лет до появления человека на Земле.

Скорость света, равная 3∙10^10 см/сек, строго сохраняется только в полном вакууме. Когда свет проходит через стекло или воду или какую-нибудь другую пропускающую свет среду, его скорость уменьшается в соответствии с показателем преломления света (приблизительно в соответствии — с плотностью этой среды). Это замедление скорости света исключительно важно, так как именно благодаря этому свойству света призма преломляет свет, а линзы создают изображение. Закон преломления (отклонение луча света в зависимости от изменения показателя преломления) был впервые установлен Снеллиусом, профессором математики, в Лейдене в 1621 году. Снеллиус умер в возрасте 35 лет, оставив свои работы неопубликованными. Декарт сформулировал Закон преломления одиннадцать лет спустя. Закон преломления гласит:

«При переходе света из среды А в среду В отношение синуса угла падения к синусу угла преломления света является константой».

Мы можем видеть, как это происходит, из простой диаграммы (рис. 2, 3): если АВ — луч, проходящий через; плотную среду в вакуум (или воздух), то он появится в воздухе под углом i по линии BD.

Закон гласит, что sin i/sin r является постоянной величиной. Эта константа и есть индекс рефракции, или показатель преломления, обозначенный v.

Рис. 2, 3. Свет отклоняется (преломляется) плотной прозрачной средой. Отношение синусов углов, под которыми луч света входит в прозрачную среду и выходит из нее, является постоянной величиной для данного показателя преломления среды. Эта закономерность лежит в основе образования изображения с помощью линз. (Угол отклонения света является также функцией длины световой волны, так что, проходя через призму, луч света расщепляется на цвета спектра.) Буквенные обозначения объясняются в тексте.

Ньютон думал, что частицы света (корпускулы) притягиваются к поверхности плотной среды, Гюйгенс полагал, что преломление возникает вследствие того, что — скорость света уменьшается в плотной среде. Эти предположения были высказаны задолго до того, как французский физик Фуко доказал прямыми измерениями, что скорость света в плотной среде действительно уменьшается. Некоторое время считали, что корпускулярная теория света Ньютона совершенно ошибочна и что свет — это только ряды волн, проходящих через среду, эфир; однако начало нынешнего столетия ознаменовалось важным доказательством того, что волновая теория света не объясняет всех световых явлений. Теперь считается, что свет — это и частицы и волны.

Свет состоит из единиц энергии — квантов. Они соединяют в себе свойства и частиц и волн. Коротковолновый свет содержит большее количество волн в каждом пучке, чем длинноволновый. Этот факт находит свое отражение в правиле, согласно которому энергия одного кванта является функцией частоты, иначе говоря, E = hv, где Е — это энергия в эрг/сек; h — небольшая постоянная величина (константа Планка), а v — частота излучения.

Когда свет преломляется призмой, каждая частота отклоняется под несколько иным углом, так что из призмы пучок света выходит в виде веера лучей, окрашенных во все цвета спектра. Ньютон открыл, что белый свет состоит из всех цветов спектра, разложив солнечный луч на спектр и затем обнаружив, что он может вновь смешать цвета и получить белый свет, если пропускать спектр через вторую сходную призму, установленную в обратном положении.

Рис. 2, 4. Схематический рисунок одного из опытов по цветовому зрению, сделанный рукой Ньютона. Он первый расщепил луч света на спектральные цвета (с помощью большой призмы), затем отдельные спектральные цветовые пучки пропустил через отверстия в экране и направил их на вторую призму, но не получил новых цветов. Он обнаружил также, что вторая призма, помещенная на пути цветовых спектральных лучей, смешивает их в белый цвет. Следовательно, белый цвет состоит из всех цветов спектра.

Ньютон обозначил семь цветов своего спектра следующим образом: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Никто в действительности не видит синий цвет в чистом виде, еще более сомнителен оранжевый. Подобное деление спектра на цвета объясняется тем, что Ньютон любил число 7, и он добавил оранжевый и синий, чтобы получить магическую цифру!

Теперь мы знаем то, чего не знал Ньютон, а именно, что каждый спектральный цвет, или оттенок, является светом определенной частоты. Мы знаем также, что так называемое электромагнитное излучение, по существу, ничем не отличается от светового. Физическое различие между радиоволнами, инфракрасным светом, видимым светом, ультрафиолетовыми и рентгеновскими лучами состоит в их частоте. Только очень узкий диапазон этих частот возбуждает глаз и дает изображение и ощущение цвета. Диаграмма (рис. 2, 5) показывает, как узка эта полоса в физической картине волн. Взгляните на этот рисунок, ведь мы почти слепы!

Рис. 2, 5. Свет — это лишь узкая полоса в общем электромагнитном спектре, который включает в себя радиоволны, инфракрасные, ультрафиолетовые и рентгеновские лучи. Физическая разница между ними состоит лишь в длине волны излучения, но их действие совершенно различно. Внутри той октавы цветов, к которой чувствителен глаз, различным цветам соответствует разная длина волн. Излучения вне светового диапазона при взаимодействии с материей обнаруживают совершенно иные свойства.

Если нам известна скорость света и его частота, то легко подсчитать длину волны, однако в действительности, частоту света трудно измерить непосредственно. Легче измерить длину световых волн, чем их частоту, хотя это не относится к низкочастотным радиоволнам. Длина световой волны измеряется путем расщепления света не с помощью призмы, а с помощью специальной решетки из тонких тщательно начерченных по определенным правилам линий, в результате чего также возникают цвета спектра. (Это можно видеть, если держать диск светового поляризатора наклонно, под тупым углом к источнику света: тогда отражение будет состоять из ярких цветов.) Если даны расстояния между линиями, нанесенными по определенному образцу и составляющими решетку, и угол, благодаря которому возникает пучок света данного цвета, то длина волны может быть определена очень точно. Подобным путем можно установить, что голубой свет имеет длину волны приблизительно 1/100 000 см, в то время как длина волны красного света равна 1/175 000 см. Длина световой волны важна для установления границ разрешающей способности оптических инструментов.

Мы не можем невооруженным глазом видеть один квант света, тем не менее рецепторы сетчатки настолько чувствительны, что они могут стимулироваться одним квантом света. Однако, чтобы получить ощущение вспышки света, необходимо несколько (от пяти до восьми) квантов света. Отдельные рецепторы сетчатки настолько чувствительны, насколько это вообще возможно для какого-либо детектора света, поскольку квант — это наименьшее количество лучистой энергии, которое вообще может существовать. К сожалению, прозрачные проводящие среды глаза далеки от совершенства и скрадывают возможности сетчатки воспринимать свет. Только около 10 % света, поступающего в глаз, достигают рецепторов, остальное теряется вследствие поглощения и расщепления внутри глаза прежде, чем свет достигнет сетчатки. Несмотря на эти потери, оказывается возможным при идеальных условиях видеть одну свечу на расстоянии 27 353 м.

Идея квантовой природы света имеет важное значение для понимания зрительного восприятия; эта идея вдохновила на ряд изящных экспериментов, направленных на выяснение физических свойств света и его восприятия глазом и мозгом. Первый эксперимент, посвященный изучению квантовой природы света, был проведен тремя физиологами — Гехтом, Шлером и Пиренном в 1942 г. Их работа является сейчас классической. Предполагая, что глаз должен обладать почти или целиком такой же чувствительностью, как это теоретически возможно, они задумали очень остроумный эксперимент, чтобы выяснить, сколько квантов света должно быть воспринято рецепторами, чтобы мы увидели вспышку света. Доказательство основывалось на использовании распределения Пуассона. Оно описывает ожидаемое распределение попаданий в цель. Идея состоит в том, что по крайней мере частично изменения чувствительности глаза во времени связаны не с состоянием самого глаза или нервной системы, а с колебаниями энергии слабого светового источника. Вообразите беспорядочный поток пуль, они не будут попадать в цель с постоянной скоростью, скорость будет варьировать, сходным образом наблюдаются колебания и в количестве квантов света, которые достигают глаза. Данная вспышка может содержать малое или большое число квантов света, и вероятность обнаружить ее будет тем выше, чем; больше она превышает среднее число квантов во вспышке. Для яркого света этот эффект несуществен, однако, поскольку глаз чувствителен и к нескольким квантам, колебания энергии света важно учитывать при минимальных величинах этой энергии, необходимых для возникновения ощущения.

Представление о квантовой природе света важно также и для понимания способности глаза выделять тонкие детали. Одна из причин, почему мы можем читать при свете луны только крупный газетный шрифт, состоит в том, что количество квантов, попадающих на сетчатку, недостаточно, чтобы создать полный образ за тот короткий промежуток времени, который требуется глазу, чтобы интегрировать энергию, — это число порядка одной десятой секунды. В действительности это еще не все, что может быть сказано по этому поводу; чисто физический фактор, обусловленный квантовой природой света, способствует появлению хорошо известного зрительного феномена — ухудшению остроты зрения при тусклом свете. До последнего времени это явление трактовалось исключительно как свойство глаза. (В самом деле часто довольно трудно установить, следует ли относить тот или иной зрительный феномен к области психологии, физиологии или физики.

Как возникают изображения? Проще всего изображение может быть получено с помощью булавочного отверстия. Рис. 2, 6 показывает, как это делается.

Рис. 2, 6. Образование изображения с помощью булавочного отверстия. Лучи, исходящие из определенного участка источника света, достигают только одного участка экрана, так как они проходят через отверстие. Таким образом, на экране возникает изображение (перевернутое), созданное лучами, проходящими через отверстие. Изображение не искажено, но неясно и не очень отчетливо. Очень маленькое отверстие вызывает неясность изображения вследствие эффекта дифракции, обусловленного волновой природой света.

Луч от части предмета х может достигнуть только одной части экрана у — той части, которая расположена на прямой линии, проходящей через булавочное отверстие. Каждая часть предмета освещает соответствующую часть экрана, так что на экране создается перевернутое изображение предмета. Полученное с помощью булавочного отверстия изображение будет довольно тусклым, потому что для четкого изображения нужно еще меньшее отверстие (хотя, если отверстие слишком мало, изображение будет расплывчатым, поскольку нарушается волновая структура света).

Линза фактически представляет собой пару призм (рис. 2, 7). Они направляют поток света от каждой точки объекта к соответствующей точке экрана, давая, таким образом, яркое изображение.

Рис. 2, 7. Линза может представлять собой пару конвергирующих призм, образующих изображение пучка лучей. Изображение получается более ярким, чем с помощью булавочного отверстия, но, как правило, оно несколько искажено, при этом глубина фокуса ограничена.

В отличие от булавочного отверстия, линзы хорошо работают только тогда, когда соответствующим образом подобраны и правильно установлены. Хрусталик может быть неправильно настроен и не соответствовать глазу, в котором он находится. Хрусталик может фокусировать изображение спереди или сзади сетчатки, вместо того чтобы фокусировать его на самой сетчатке, что приводит к появлению близорукости или дальнозоркости. Поверхность хрусталика может быть недостаточно сферической и вызывать искажение или нарушение четкости изображения. Роговица может быть неправильной формы или иметь изъяны (возможно, вследствие повреждения металлической стружкой на производстве или песчинкой при вождении машины без предохранительных очков). Эти оптические дефекты могут быть скомпенсированы с помощью искусственных линз — очков. Очки исправляют дефекты аккомодации, изменяя силу хрусталика; они корригируют астигматизм, добавляя несферический компонент. Обычные очки не могут исправить дефекты поверхности роговицы, однако, новые роговичные линзы, установленные на самом глазу, образуют новую поверхность роговицы.

Очки удлиняют нашу активную жизнь. С их помощью мы можем читать и выполнять сложную работу в старости. До их изобретения работники умственного и физического труда становились беспомощными вследствие недостатков зрения, хотя они были еще сильны разумом.

3. В начале

Почти все живущее чувствительно к свету. Растения воспринимают энергию света, некоторые из них поворачиваются вслед за солнцем почти так, как будто у них есть зрение. Животные используют свет, тень и изображения, чтобы избежать опасности и преследовать свою добычу.

Первые простейшие глаза реагировали только на свет и изменение интенсивности света. Восприятие формы и цвета предполагает более сложное строение глаз, способных к формированию образов, и мозг, достаточно сложно организованный, чтобы интерпретировать нервные сигналы от оптических образов на сетчатке.

Более развитые глаза, способные формировать образ, развились из чувствительных к свету клеток, расположенных на поверхности тела простейших животных. Как это произошло — остается тайной, однако мы знаем некоторые эпизоды этой истории. Об одних мы узнали от ископаемых, о других — из сравнительного исследования живущих видов, а о третьих — из изучения быстротекущих стадий развития глаз в эмбриогенезе.

Представления о том, как развился глаз, весьма противоречат дарвиновской теории эволюции, согласно которой развитие осуществляется путем естественного отбора. Мы можем сделать много совершенно бесполезных экспериментальных моделей при конструировании нового аппарата, однако это невозможно при естественном отборе, так как каждое изменение должно давать некоторые преимущества его обладателю для того, чтобы быть отобранным и сохраненным поколениями. Какая польза от несовершенной линзы? Какая польза от линзы, дающей изображение, если нет нервной системы, способной перерабатывать эту информацию? Как могла возникнуть зрительная нервная система до того, как появился глаз, дающий ей информацию? В эволюции не могло быть общего плана, предвидения того, что следует создавать формы, которые бесполезны в данный момент, но будут иметь значение в свое время, когда в достаточной мере разовьются другие структуры. Даже развитие человеческого глаза и мозга шло медленным и болезненным путем проб и ошибок.

Реакция на свет обнаружена уже у одноклеточных. У высших животных мы находим клетки, специально приспособленные служить в качестве чувствительных к свету рецепторов. Эти клетки могут быть рассеяны по всей коже (как у земляного червя) или сгруппированы, чаще (всего выстилая впадины или углубления, которые и дали начало настоящему глазу, создающему изображение.

Весьма вероятно, что фоторецепторы скрывались в углублениях, потому что там они оказывались защищенными от яркого света, который уменьшал их способность улавливать движущуюся тень, предупреждающую о приближении опасности. Миллионы лет спустя по той же самой причине древние греческие астрономы выкапывали глубокие ямы в земле, откуда они могли наблюдать звезды в дневное время.

Простейшим глазным орбитам угрожала опасность попадания в них чужеродных частиц, мешающих восприятию света. Чтобы защитить их от опасности, над глазными орбитами развилась прозрачная защитная мембрана. Когда при мутационных изменениях эта мембрана стала тоньше в центре, она превратилась в примитивную линзу. Первые линзы обеспечивали только увеличение интенсивности света, однако позже они начинают успешно создавать изображение предметов. Древний тип глаза сохранился у одного вида моллюсков. Одно из живущих созданий — Nautilus — имеет еще более примитивный глаз без линзы, но с отверстием величиной с булавочную головку, с помощью которого он создает изображения. Внутренность глаза Nautilus’a омывается морем, в котором он живет, в то время как глаз с линзой заполнен специально вырабатываемой жидкостью, заменяющей морскую воду. Человеческие слезы — это видоизмененная вода первобытного океана, в котором находился первый глаз (рис. 3, 1).

Рис. 3, 1. Различные примитивные глаза и глаз позвоночных. Все эти глаза имеют один и тот же общий план, в каждом из них есть линза, образующая изображение на мозаике светочувствительных рецепторов.

В этой книге нас интересует человеческий глаз и то, как мы воспринимаем мир. Наши глаза представляют собор типичные глаза позвоночных, и они не самые сложные и не самые высоко организованные, хотя человеческий мозг — наиболее совершенный в животном мире. Сложно организованные глаза часто бывают при простом мозге — мы находим глаза невероятной сложности у представителей допозвоночных, обладающих крошечным мозгом. Сложные фасеточные глаза членистоногих (включая насекомых) содержат не одну линзу с сетчаткой, состоящей из многих тысяч или миллионов рецепторов, а большое число линз, в каждой из которых имеется один-единственный рецепторный элемент. Наиболее древние из всех известных ископаемых глаз принадлежат трилобитам (ископаемым членистоногим), которые жили 500 000 00 лет тому назад; эти наиболее ранние из сохранившихся ископаемых были обнаружены в каменных породах Кембрийского периода. У многих видов трилобитов были высокоразвитые глаза. Наружные структуры этих; наиболее древних глаз, как это видно на рис. 3, 2, полностью сохранились. Но мы не можем теперь рассмотреть внутреннее устройство этих глаз, и только внешняя форма волнует наше воображение. Это были фасеточные глаза, очень похожие на глаза современных насекомых: они содержали свыше тысячи фасеток.

Рис. 3, 2. Ископаемый глаз представителя вида трилобитов. Это самый ранний тип глаз, сохранившийся до наших дней. Фасетки — это роговичные линзы, по существу такие же, как и в современных глазах насекомых. Некоторые трилобиты могли видеть все вокруг, но не видели ничего наверху.

На рис. 3, 3 изображен глаз насекомого.

Рис. 3, 3. Части фасеточного глаза. Примитивный глаз трилобитов, вероятно, был сходен с этим типом глаз, хотя его внутренние структуры не сохранились. Мы видим этот тип глаз у членистоногих, включая насекомых, например, у пчел и стрекоз. Каждая роговичная линза создает отдельное изображение, воспринимаемое единичным рецептором (который часто состоит из семи светочувствительных клеток), однако нет оснований думать, что эти существа видят мозаику. Фасеточный глаз — это специализированный детектор движения.

Позади каждой фасеточной линзы («роговичной») расположена вторая линза («цилиндрическая»), сквозь которую проходит свет, достигая светочувствительного элемента, содержащего обычно семь клеток, сгруппированных в мельчайшую, похожую на цветок гроздь. Каждая законченная единица фасеточного глаза известна под названием «омматидий». Принято думать, что каждый омматидий представляет собой изолированный глаз — так что насекомые должны видеть тысячи миров, — однако трудно согласиться с тем, что это именно так, поскольку в каждом омматидии нет изолированной сетчатки, нет также и отдельных нервных волокон, идущих от каждой маленькой группы рецепторов. Каким образом тогда каждый отдельный сигнал может воссоздавать полное изображение? Безусловно то, что каждый омматидий сигнализирует о наличии света, направленного непосредственно на него, и что комбинация сигналов эффективно воспроизводит простые изображения.

Глаза насекомых имеют чрезвычайно любопытный механизм, обеспечивающий адаптацию к темноте или свету. Омматидии изолированы друг от друга темными конусами пигмента; при уменьшении света (или в ответ на сигнал, идущий из мозга) пигмент перемещается по направлению к рецепторам, так что свет может теперь проникать сквозь стенки каждого омматидия в соседние рецепторы. Это увеличивает чувствительность глаза, однако за счет уменьшения остроты зрения; подобный баланс обнаружен также и в глазах позвоночных, хотя он осуществляется совершенно иными механизмами.

Цилиндрическая линза фасеточного глаза функционирует не благодаря форме ее оптической поверхности, как обычная линза; ее принцип действия не связан и с изменениями ее показателя преломления, который возрастает по мере приближения к центру линзы и убывает на ее периферии. Свет проходит сквозь нее совершенно иным путем, чем в обычной линзе. Фасеточные глаза являются специальными детекторами движения и могут быть чрезвычайно эффективными, как это известно из наблюдения за стрекозами, ловящими свою жертву на лету.

К числу наиболее необычных глаз, существующих в природе, принадлежат глаза Copilia — малоизвестных созданий величиной с булавочную головку. Самки этого животного (самцы по сравнению с самками медлительны) имеют пару глаз, способных создавать изображение и функционирующих иначе, чем глаза позвоночных и фасеточные глаза; принцип их действия аналогичен принципу действия телевизионной камеры. У каждого глаза по две линзы и система фоторецепторов, сходная с той, которая имеется в глазах насекомых, однако в глазах у Copilia существует громадное расстояние между роговичной и цилиндрической линзами. Большая часть глаза погружена в глубь тела животного, последнее же исключительно прозрачно. Глаз Copilia показан на рис. 3, 4.

Рис. 3, 4. Живущий в настоящее время представитель микроскопических существ (Gopilia quadrata). В каждом глазу имеются две линзы: передняя большая и вторая поменьше, находящаяся глубоко в теле. К каждой линзе прикреплен фоторецептор, от которого отходит зрительное нервное волокно к центральному мозгу. Вторая линза и фоторецептор находятся в непрерывном движении, пересекая поле зрения первой линзы. По-видимому, это сканирующий глаз, своего рода подвижная телевизионная камера.

Секрет этого глаза может быть раскрыт при наблюдении за живым животным. Экснер в 1881 году сообщил, что этот рецептор (и прикрепленная к нему цилиндрическая линза) производит «непрерывные быстрые движения». Глаза раскачиваются, переходя за среднюю линию животного и, очевидно, сканируют участки пространства, расположенного перед роговичной линзой. По-видимому, структуры из темных и светлых изображений не воспроизводятся одновременно с помощью многих рецепторов, как это происходит в других глазах, но последовательно передаются по зрительному нерву, как в одноканальной телевизионной камере. Возможно, что многие маленькие фасеточные глаза (например, у Daphnia) также функционируют по методу сканирования, чтобы улучшить разрешающую и пропускную способность своих нескольких элементов. Не является ли глаз Copilia предком фасеточного глаза? Не потому ли принцип сканирования вообще отбрасывается в процессе эволюции, что одно зрительное волокно не может успешно передавать информацию? Является ли глаз, обнаруженный у ископаемого, упрощенным вариантом фасеточного глаза? Или, может быть, это неудачный эксперимент, не связанный с основным направлением эволюционного развития? Независимо от своего места Copilia достойна большего внимания, чем ей уделялось до сего времени.

Сканирующие движения цилиндрической линзы и прикрепленного к ней фоторецептора показаны в виде последовательных кинокадров на рис. 3, 5. Рецепторы двигаются сначала точно в направлении друг к другу, а затем — в разные стороны, но всегда совместно. Скорость сканирования варьирует от пяти движений в секунду до одного сканирующего движения за каждые две секунды.

Рис. 3, 5. Задняя линза Gopilia и прикрепленный к ней фоторецептор (изображен темной линией) в процессе сканирования. Частота сканирования может достигать 5 движений в секунду.

Было бы очень интересно узнать, почему это происходит и не являются ли эти глаза сохранившейся формой наиболее раннего типа глаз. Если даже Copilia является ошибкой эволюции, она заслуживает признания за оригинальность.

4. Глаз

Каждая часть глаза является в высшей степени специализированным образованием (рис. 4, 1). Совершенство глаза как оптического инструмента свидетельствует о большом значении зрения в борьбе за существование. Не только части глаза удивительно тонко организованы — специализированы даже ткани глаза. Роговица — особая ткань, не снабжающаяся кровью; ткань роговицы получает питание не с помощью кровеносных сосудов, а непосредственно из жидкой среды глаза. Вследствие этого роговица достаточно изолирована от остального тела. Именно благодаря этому счастливому обстоятельству возможна пересадка роговицы от одного человека другому в случае помутнения роговицы, так как антитела не достигают и не разрушают ее, как это происходит с другими чужеродными тканями.

Рис. 4, 1. Глаз человека, самый главный оптический прибор. В нем имеется фокусирующая линза (хрусталик), создающая небольшое перевернутое изображение на невероятно плотным слоем лежащей мозаике светорецепторов, которые переводят узоры световой энергии на язык, доступный мозгу, — последовательность электрических импульсов.

Подобной системой особо организованных структур, полностью изолированных от кровеносных сосудов, является не только роговица. То же самое справедливо и по отношению к хрусталику: и в том, и в другом случае кровеносные сосуды могли бы нарушить оптические свойства этих структур. То же самое наблюдается и в образованиях внутреннего уха, хотя здесь дело обстоит иначе. В кохлеарном аппарате, где вибрация превращается в нервную активность, имеется особое образование, известное как Кортиев орган, которое содержит ряд очень тонких волосков, соединенных с нервными клетками, возбуждающимися при вибрации этих волосков. Кортиев орган не имеет кровеносных сосудов и получает питательные вещества из жидкости, наполняющей улитку. Если бы эти очень чувствительные клетки не были изолированы от пульса, они были бы «оглушены». Величайшая чувствительность уха возможна только потому, что наиболее важные его части изолированы от кровеносной системы; то же самое наблюдается и в глазу, хотя и по другим причинам.

В глазу непрерывно выделяется и всасывается водянистая жидкость, которая обновляется приблизительно каждые четыре часа. «Пятна перед глазами» могут возникать вследствие плавания примесей в виде частиц, отбрасывающих тени на сетчатку, которые могут восприниматься как парящие в пространстве.

Каждое глазное яблоко снабжено шестью внешними мышцами, которые поддерживают его в орбите в определенном положении, поворачивают его вслед за движущимся объектом или направляют взор, чтобы найти объекты. Глаза работают совместно, так что в нормальном состоянии они направляются на один и тот же объект, конвергируя при взгляде на близкие объекты. Помимо внешних глазных мышц имеются также мышцы внутри глазного яблока. Радужная оболочка представляет собой кольцеобразную мышцу, создающую зрачок, через который свет проникает в хрусталик, расположенный непосредственно позади зрачка. Эта мышца сокращается, чтобы уменьшить отверстие зрачка при ярком свете, а также в тех случаях, когда глаза конвергируют, чтобы увидеть близкие предметы. Другая мышца управляет фокусировкой хрусталика. Мы ознакомимся более детально с механизмом и функциями хрусталика и радужной оболочки. Оба эти образования имеют свои секреты.

Хрусталик. Часто думают, что хрусталик осуществляет преломление поступающих потоков света, необходимых для образования изображения. Это далеко не так в случае человеческого глаза, хотя и справедливо в отношении глаза рыбы. Место, где в глазу человека происходит наибольшее преломление света, необходимое для формирования изображения, — не хрусталик, а передняя поверхность роговицы. Это происходит потому, что способность хрусталика преломлять свет зависит от различия показателей преломления окружающей среды и субстрата, из которого состоит сам хрусталик. Показатель преломления окружающей среды — воздуха — низок, тогда как тот же показатель водянистой жидкости, непосредственно находящейся позади роговицы, приблизительно так же высок, как и у хрусталика. У рыбы эти величины близки, так как роговица погружена в воду и свет всегда, когда он поступает в глаз, уже сильно преломлен. В глазу рыбу: имеется очень плотный малоподвижный хрусталик, сферический по форме, который в процессе аккомодации к далеким и близким объектам перемещается взад и вперед внутри глазного яблока. Хотя хрусталик не является критической структурой, необходимой для формирования изображения в глазу человека, он играет важную роль в аккомодации. Последняя осуществляется не путем изменения положения хрусталика (как у рыб или в камере), а с помощью изменения его формы. Радиус кривизны хрусталика уменьшается при взгляде на близкие предметы, при этом хрусталик преломляет лучи под большим углом, так что действие хрусталика добавляется к первоначальному преломлению света, осуществляемому роговицей. Хрусталик состоит из тонких слоев наподобие луковицы; он подвешен с помощью особой мембраны — Zonula — которая поддерживает его в состоянии натяжения. Аккомодация осуществляется очень своеобразным способом. При взгляде на близко расположенные предметы мембрана уменьшает степень натяжения хрусталика, благодаря чему его форма сразу же становится более выпуклой; это уменьшение натяжения достигается в результате сокращения цилиарной мышцы. Таким образом, хрусталик, становится более выпуклым при взгляде на близкие предметы с помощью удивительной системы — натягивающейся и нерасслабляющейся мышцы.

Развитие хрусталика в эмбриональный и более поздние периоды представляет особый интерес и имеет важные последствия в зрелом возрасте. Хрусталик развивается из центра, клетки добавляются в течение всей жизни, хотя этот процесс с возрастом замедляется. Центр хрусталика является, таким образом, наиболее старой его частью, где клетки все более и более отделяются от кровеносной системы, поставляющей кислород и питательные вещества, и постепенно отмирают. Когда клетки отмирают, они затвердевают, так что хрусталик становится слишком плотным — неэластичным, чтобы изменять свою форму в процессе аккомодации при взгляде на различные расстояния. Как сказал Гордон Уоллс в своей известной книге «Глаз позвоночных»:

«Хрусталик является, таким образом, единственным органом тела, где развитие никогда не прекращается и чье старение начинается еще до рождения».

Мы видим все это достаточно отчетливо на рис. 4, 2, который показывает, как с возрастом ухудшается аккомодация, когда не получающие питания клетки внутри хрусталика отмирают и мы смотрим через их тела.

Рис. 4, 2. Потеря способности хрусталика глаза к аккомодации с возрастом. Хрусталик постепенно становится малоподвижным и не может изменять свою форму. Когда нарушается процесс аккомодации, эффективное изменение фокуса обеспечивают бифокальные очки.

Можно наблюдать за изменениями формы хрусталика у другого человека, когда хрусталик изменяет свою форму при взгляде на различные расстояния. Для этого не потребуется ничего, кроме маленького источника света, например ручного электрического фонаря. Если источник света держать в соответствующем положении, можно видеть отражение света от глаза, и даже не одно отражение, а три. Свет отражается не только от роговицы, но также и от передней и задней поверхности хрусталика. Когда хрусталик изменяет свою форму, размер изображения меняется. Передняя поверхность хрусталика дает большое, но довольно неясное изображение, которое является правильным, в то время как задняя его поверхность дает маленькое перевернутое изображение. Это явление может быть продемонстрировано с помощью обычной ложки. При отражении предмета от задней выпуклой поверхности вы увидите большое правильное изображение, в то время как внутренняя вогнутая поверхность дает маленькое перевернутое изображение. Величина изображения будет различной на большой (столовой) и маленькой (чайной) ложках, что соответствует кривизне хрусталика глаза при взгляде на отдаленные и близкие предметы. (Эти изображения, видимые в глазу, известны как «изображения Пуркинье», они очень полезны при экспериментальном изучении аккомодации).

Радужная оболочка. Радужная оболочка пигментирована, в ней встречается широкий набор цветов. Окрашенный пигмент создает «цвет глаз личности», представляющий особый интерес для поэтов, влюбленных и генетиков. Однако он меньше интересует нас в связи с функциями глаза. Дело не в том, каков цвет радужки, а в том, что она должна быть достаточно светонепроницаемой, чтобы служить эффективной преградой перед хрусталиком. Глаза, лишенные пигмента (альбинизм), плохо приспособлены к яркому свету.

Иногда думают, что изменения размера зрачка являются важным механизмом, позволяющим глазу эффективно работать в широком диапазоне интенсивности света. Однако это вряд ли является главной функцией зрачка, так как его окружность изменяется только примерно в отношении 16:1, в то время как глаз работает эффективно в диапазоне яркости порядка 100 000:1. По-видимому, зрачок сокращается для того, чтобы ограничить поток света в центральную и оптически наилучшую часть хрусталика; полное расширение зрачка необходимо для максимального увеличения чувствительности глаза. Сокращение зрачка происходит также при взгляде на близкие предметы, что увеличивает глубину поля для этих предметов.

С точки зрения инженера, любая система, которая корригируется с помощью внешних сигналов (в данном случае таким сигналом является интенсивность света), представляет собой «сервомеханизм». Имеется много сходного в принципе действия хрусталика и термостата в центральном отоплении, который автоматически включает систему, когда температура падает ниже определенного, заранее установленного уровня, и затем выключает ее вновь, когда температура поднимается. (Одним из первых созданных человеком сервомеханизмов является ветряная мельница, которая направлена к ветру и следует за его изменениями с помощью веерообразных крыльев, поворачивающих вершину мельницы посредством передаточного механизма. Более усовершенствованным аппаратом является автоматический пилот, который удерживает самолет на правильном курсе и высоте, улавливая ошибки и посылая корригирующие сигналы, чтобы управлять плоскостями машины.)

Вернемся к термостату, чувствительному к изменениям температуры в центральной отопительной системе. Представьте себе, что границы между низким уровнем температуры, который включает установку, и высоким, который ее отключает, — очень близки. Как только установка включилась, температура поднимется достаточно высоко, чтобы включить ее вновь. Таким образом, отопительная система будет быстро включаться и выключаться, пока в ней что-нибудь не сломается. Регистрируя частоту включения и выключения установки, а также амплитуду колебаний температуры, инженер может многое сказать о системе. На основе подобных представлений был проделан ряд изящных экспериментов, чтобы выяснить, как работает система сервоконтроля радужки».

Радужная оболочка может осуществлять интенсивные сокращения, направляя узкий пучок света внутрь глаза, так чтобы луч проходил по краю радужки (рис. 4, 4).

Рис. 4, 4. Изменения величины зрачка при сокращениях радужной оболочки под влиянием луча света. Когда зрачок несколько расширяется, на сетчатку попадает больше света, что и является сигналом для уменьшения диаметра зрачка. Однако, когда он несколько уменьшается, на сетчатку попадает меньше света, что служит сигналом для расширения зрачка. Таким образом возникают колебания. Частота и амплитуда колебаний диаметра зрачка характеризуют систему, контролирующую работу радужной оболочки, которая может быть описана в терминах теории сервомеханизмов.

Когда радужка несколько смыкается, луч частично перекрывается, и тогда сетчатка получает меньше света. Однако это является для радужной оболочки сигналом, чтобы раскрыться. Как только зрачок расширится, сетчатка получит больше света — и тогда радужка начнет закрываться, пока не получит вновь противоположный сигнал. Таким образом, происходят колебания в обе стороны. Измеряя частоту и амплитуду колебаний радужной оболочки, можно многое узнать о контролирующей ее нервной сервосистеме.

Зрачок. Он, разумеется, не имеет структуры. Это — отверстие, образованное радужной оболочкой, через которое свет проходит к хрусталику, а затем к сетчатке уже в качестве изображения. Человеческий зрачок круглый, однако существуют зрачки разнообразной формы, причем круглая форма принадлежит к числу довольно редких. По неизвестной причине глаза животных, ведущих ночной образ жизни, имеют щелевидные зрачки, что особенно явно у кошки.

Зрачок кажется черным, и мы не можем посмотреть сквозь него в глаза другого человека. Это требует некоторых пояснений, поскольку сетчатка не черного, а розового цвета. В самом деле, весьма любопытно, что, хотя мы видим посредством зрачка, мы не можем заглянуть сквозь него в глаза другого человека. Это происходит потому, что хрусталик в глазах другого человека фокусирует свет, исходящий из любого места, на определенную область сетчатки, так что наблюдающий глаз не дает возможности свету попасть на ту часть сетчатки, которую глаз должен был бы увидеть (рис. 4, 3).

Рис. 4, 3. Глаз а не может посмотреть в глаз Ь. Наш собственный глаз является препятствием этому, мешая свету попадать на ту часть сетчатки, которая может формировать изображение.

Гельмгольц изобрел простое устройство (офтальмоскоп) для наблюдения за глазом другого лица; его секрет в том, что луч света направляется вдоль траектории взора наблюдателя (рис. 4, 6).

Рис. 4, 6. Принцип устройства офтальмоскопа, изобретенного Гельмгольцем. Свет достигает исследуемого глаза, отражаясь от стекла, покрытого с одной стороны тонким слоем амальгамы, через которое наблюдатель видит внутреннюю часть глаза. (Фактически он может смотреть поверх яркого луча света, направленного в глаз с помощью маленькой призмы, что устраняет потери четкости изображения, возникающие из-за стекла.)

Если смотреть в глаз с помощью этого прибора, зрачок более не выглядит черным, и можно видеть мелкие детали живой сетчатки, кровеносные сосуды на ее поверхности, которые кажутся большим красным деревом с многими ветвями (рис. 4, 5).

Рис. 4, 5. Так выглядел бы глаз, если бы мы смогли в него заглянуть. Эта фотография сделана с помощью офтальмоскопа. На ней видно желтое пятно, фовеа, сетчаточные кровеносные сосуды, через которые мы смотрим на мир, и слепое пятно, откуда сосуды и нервы выходят из глаза.

ДВИЖЕНИЯ ГЛАЗ

Каждый глаз движется с помощью шести мышц (рис. 4, 7).

Рис. 4, 7. Мышцы, приводящие глаз в движение. Глазное яблоко сохраняет свое положение в орбите с помощью шести мышц, которые поворачивают его, чтобы направить взор в каком-либо направлении, и обеспечивают конвергенцию обоих глаз при восприятии глубины. Они находятся в постоянном напряжении и образуют тонко сбалансированную систему, которая может создавать иллюзии движения, если она выходит из строя.

Своеобразное устройство верхней косой мышцы глаза можно видеть на иллюстрации; сухожилия проходят через «блок», располагаясь в черепе спереди от связки, поддерживающей глазное яблоко. Глаза находятся в непрерывном движении, причем существуют разные виды движений глаз. Когда глаза двигаются по кругу в поисках объекта, они двигаются совсем иначе, чем тогда, когда они следят за перемещающимся объектом. При поиске они совершают ряд мелких быстрых скачков; при слежении за движущимся объектом они двигаются плавно. Скачки известны под названием «саккад» (термин происходит от старофранцузского слова, означающего резкий звук надуваемого паруса). Кроме этих двух основных типов движения глаз, бывают еще движения в виде непрерывного мелкого высокочастотного тремора.

Движение глаз можно регистрировать разными способами: их можно заснять на киноленту, зарегистрировать, отмечая небольшие изменения биопотенциалов мышц, окружающих глаз, или — наиболее точно — с помощью зеркальца, прикрепленного к контактной линзе, помещенной на роговице глаза; в последнем случае пучок света, отраженный зеркальцем, фотографируется на непрерывно движущейся ленте.

Обнаружено, что саккадические движения глаз важны для зрения. Можно фиксировать изображение предмета на сетчатке таким образом, что в то время, когда глаз движется, изображения передвигаются вместе с ним и, следовательно, остаются фиксированными на сетчатке. Когда изображение оптически стабилизируется (рис. 4, 8), зрительное восприятие этого изображения исчезает через несколько секунд; по-видимому, функция движений глаза частично состоит в том, чтобы перемещать изображение по рецепторной поверхности так, чтобы не возникала адаптация к нему, что привело бы к прекращению сигналов, идущих к мозгу от этого изображения. Однако возникает своеобразная проблема: когда мы смотрим на белый лист бумаги, края изображения! этого листа будут двигаться в пределах сетчатки и таким: образом стимуляция будет обновляться, но посмотрим, что произойдет с центром изображения. В этом случае мелкие движения глаз не эффективны, поскольку область данной яркости замещается другой областью точно такой же яркости, так что движения глаз не приводят к изменению стимуляции. Однако восприятие центра бумажного листа не исчезает. Это говорит о том, что периферия и контуры воспринимаемого объекта играют важную роль в восприятии — сигналы от большой постоянной по яркости площади объекта не имеют существенного значения, так как зрительная система заполняет промежутки, экстраполируя в пределах известных границ.

Рис. 4, 8. Простой способ оптической стабилизации сетчаточного изображения. Объект (небольшая фотографическая пластинка) прикрепляется к контактной линзе, помещенной на глаз, и двигается точно вместе с глазом. Через несколько секунд глаз перестает видеть стабилизированное изображение, причем некоторые части изображения становятся невидимыми раньше других. Этот метод был предложен Р. Притчардом.

Часто думают, что мигание — это рефлекс, который возникает, когда роговая оболочка становится сухой. Но при нормальном мигании дело обстоит иначе, хотя мигание может наблюдаться как при раздражении роговицы, так и при внезапном изменении освещения. Нормальное мигание происходит и без внешнего стимула: оно опосредствуется сигналами, поступающими из мозга. Частота миганий увеличивается при напряжении, в предвидении трудных для разрешения задач. Она снижается в среднем в периоды концентрации умственной активности. Можно даже использовать частоту мигания как показатель внимания или сосредоточения на задании. В моменты мигания мы слепы, хотя и не замечаем этого.

СЕТЧАТКА

Название сетчатки происходит от слова «сеть» или «паутина» и объясняется наличием густой сети кровеносных сосудов, которые ее покрывают.

Сетчатка — это тонкий слой взаимно связанных между собой нервных клеток, светочувствительных колбочек и палочек, которые превращают свет в электрические импульсы — язык нервной системы. Не всегда было очевидно, что сетчатка — это первая ступень зрительного пути. Греки думали, что сетчатка снабжает стекловидное тело питанием. Гален впервые предположил, что она участвует в зрительных процессах, но более поздние авторы приписывали эту функцию хрусталику. Арабские ученые средних веков, хранители классических знаний, рассматривали сетчатку в качестве проводника жизненных духов, или «пневмы».

В 1604 году астроном Кеплер впервые определил действительную функцию сетчатки, указав, что она является экраном, на котором создается изображение, преломляющееся в хрусталике. Эта гипотеза была экспериментально подтверждена Шейнером в 1625 году. Он удалял внешнюю оболочку (склеру и кровеносную оболочку глаза, расположенную между склерой и сетчаткой) глаза быка, оставляя сетчатку, которая представала перед ним в виде полупрозрачной пластинки. На ней Шейнер увидел маленькое перевернутое изображение.

Открытие фоторецепторов было, однако, сделано позднее, после изобретения микроскопа и систематической работы с ним. Только в 1835 году фоторецепторы были впервые описаны Тревиранусом, хотя и недостаточно точно. По-видимому, его наблюдения были основаны на собственных предположениях, так как он сообщил, что фоторецепторы обращены к свету. Как ни странно, это не так; у млекопитающих и почти у всех позвоночных, — но не у головоногих, — рецепторы находятся в заднем слое сетчатки, позади кровеносных сосудов. Это означает, что свет должен пройти через сеть кровеносных сосудов и тонкую сеть нервных волокон, включающих три слоя нервных клеток и множество соединительных клеток, прежде чем он достигнет фоторецепторов. Оптически сетчатка вывернута наизнанку подобно тому, как если бы в камере пленка была бы повернута светочувствительным слоем в другую сторону (рис. 4, 9).

Рис. 4, 9. Сетчатка. Свет проникает через сеть кровеносных сосудов, нервных волокон и опорных клеток к светочувствительным рецепторам («палочкам» и «колбочкам»). Они расположены на задней стороне сетчатки, которая, таким образом, в функциональном отношении вывернута наизнанку. В глазах позвоночных зрительный нерв соединяется со светорецепторами не непосредственно, а только после того, как он проходит три слоя клеток, которые представляют собой часть мозга, облеченную в форму глаза.

Однако при таком оригинальном, «ошибочном» расположении фоторецепторов в сетчатке (которое, видимо, является результатом закономерного эмбрионального развития сетчатки из внешнего мозгового листка) спасает дело то, что нервные волокна от периферии сетчатки располагаются на периферии и освобождают критическую, центральную часть сетчатки для лучшего видения.

Сетчатку часто рассматривают как «вынесенную наружу часть мозга». Она является специализированной частью мозговой коры, вынесенной вовне и ставшей чувствительной к свету; она содержит типичные мозговые клетки, расположенные между фоторецепторами и зрительным нервом (находящиеся, однако, в передних слоях сетчатки), которые в значительной степени модифицируют электрическую активность, идущую от самих фоторецепторов. Таким образом, процессы зрительного восприятия, протекающие в глазу, являются неотъемлемой частью деятельности мозга.

Существует два вида светочувствительных клеток — палочки и колбочки, которые названы так в соответствии с их видом под микроскопом. В периферических отделах сетчатки они четко различимы, однако в центральной области — фовеа — фоторецепторы расположены чрезвычайно плотно и имеют вид палочек.

Колбочки функционируют в условиях дневного света и являются аппаратом цветного зрения. Палочки функционируют при слабом освещении и обеспечивают только восприятие оттенков серого. Дневное зрение, осуществляемое с помощью колбочкового аппарата сетчатки, обозначается как «фотопическое», в то время как восприятие оттенков серого палочковым аппаратом при тусклом освещении называется «скотопическим».

Можно было бы спросить, каким образом стало известно, что колбочки и только колбочки обеспечивают цветное зрение. Такой вывод был сделан отчасти на основании изучения глаз различных животных и сопоставления структуры сетчатки со способностью этих животных различать цвета, что устанавливается в результате изучения их поведения; этот вывод был сделан также из того факта, что на периферии сетчатки человеческого глаза очень мало колбочек, и именно эта область сетчатки не различает цветов. Интересно, что, хотя центральная фовеальная область сетчатки, где колбочки расположены особенно платно, дает наилучшее зрительное восприятие деталей и цветов, она оказывается менее чувствительной, чем периферическая часть, которая заполнена более примитивными палочками. Астрономы предпочитают пользоваться не центральной, а периферической частью сетчатки, когда они наблюдают самые отдаленные звезды, делая так, чтобы их изображение попадало на ту область сетчатки, которая богата палочками.

Можно было бы сказать, что, двигаясь от центра человеческой сетчатки к периферии, мы как бы оказываемся на более ранних этапах эволюции, переходя от наиболее высоко организованных структур к примитивному глазу, который различает лишь простое движение теней. Края человеческой сетчатки не дают даже зрительного ощущения; когда они стимулируются движущимся объектом, они вызывают только рефлекторный поворот глаз к этому объекту, после чего глаз воспринимает его наиболее высокоорганизованной частью сетчатки.

Размеры фоторецепторов и плотность их расположения являются важным фактором, определяющим способность глаза различать мелкие детали. Приведем выдержку из замечательной книги Поляка «Сетчатка».

«Центральная территория сетчатки, где колбочки приблизительно одинаковой ширины, равна примерно 100 μ (μ — микрон равен одной миллионной части метра) в поперечнике, что соответствует 20'. Она содержит приблизительно по 50 колбочек в ряду. Эта область по форме не круг, а скорее эллипс, причем длинная ось его расположена горизонтально и, возможно, содержит всего 2000 колбочек… размеры каждой из этих 2000 приемно-передаточных единиц равны в среднем 24". Размеры элементов на этой территории различны, однако самые большие центральные элементы вряд ли больше 20" или даже меньше. Самых маленьких клеточек, то есть наименьших функциональных рецепторных единиц, очень немного, порядка одного-двух десятков. Размер этих единиц включает и оболочки, отделяющие соседние колбочки друг от друга».

Стоит попытаться представить себе размеры фоторецепторов. Самые маленькие из них величиной в 1 μ, что равно приблизительно двойной длине волны красного света. Вряд ли можно рассчитывать на более тонкую организацию глаза, чем эта. И все же острота зрения ястреба в четыре раза выше, чем острота зрения человека.

Число колбочек в сетчатке примерно равно числу жителей Нью-Йорка. Если бы все население Соединенных Штатов расположилось на площади величиной с почтовую марку, мы получили бы плотность палочек в сетчатке одного глаза. Что касается клеток мозга, то, если бы люди уменьшились до их размеров, мы могли бы все население земного шара поместить в пригоршне, однако и этого числа было бы недостаточно, чтобы составить количество мозговых клеток.

Светочувствительный пигмент сетчатки под влиянием яркого света обесцвечивается; и это обесцвечивание каким-то таинственным пока для нас образом стимулирует нервные волокна; требуется некоторое время, чтобы фотохимические процессы вернулись в исходное состояние. Химические процессы в сетчатке сейчас стали более понятными благодаря работе доктора Джорджа Уолда. Когда определенная область светочувствительного пигмента «обесцвечивается», она становится менее чувствительной, чем окружающие ее отделы, что и приводит к появлению последовательных образов. Когда глаз адаптировался к яркому свету (например, при пристальном взгляде на яркую лампу или особенно — на фотографическую вспышку), возникает темный, парящий в пространстве контур такой же формы, как и вызвавший его источник света. Этот образ темный, если глаз рассматривает освещенную поверхность, например стену, но в течение первых нескольких секунд после вспышки он будет казаться ярким, если смотреть в темноте. Это явление называется положительным последовательным образом, оно свидетельствует о наличии продолжающегося возбуждения сетчатки и зрительного нерва после стимуляции. Темный образ называется отрицательным последовательным образом и является результатом снижения чувствительности освещенной части сетчатки вследствие обесцвечивания светочувствительного пигмента.

ДВА ГЛАЗА

Многие органы тела парные, однако глаза, как и уши, отличаются тем, что работают в тесном взаимодействии: они вместе воспринимают и сличают информацию, так что совместно выполняют работу, которая недоступна для одного глаза или уха.

Воспринимаемые изображения размещаются в глазах на изогнутой поверхности сетчатки, однако, несмотря на это, их можно назвать двумерными. Удивительным в работе зрительной системы является ее способность синтезировать два различных изображения в единое восприятие целостных объектов, расположенных в трехмерном пространстве.

У человека глаза смотрят вперед и участвуют в восприятии одного и того же поля зрения, однако среди позвоночных это встречается редко, поскольку у большинства позвоночных глаза расположены по бокам головы и направлены в противоположные стороны. Постепенный переход расположения глаз от бокового к фронтальному, благодаря чему стала возможной точная оценка расстояния, сыграл важную роль в тот период, когда у млекопитающих развивались передние конечности, способные держать предметы, манипулировать ими и цепляться за ветки деревьев. Для животных, которые живут Bi лесах и прыгают с ветки на ветку, быстрая и точная оценка расстояния близких объектов очень важна, и использование двух глаз, которые совместно дают стереоскопическое зрение, в высшей степени развито. Такие животные, как кошка, имеют фронтальное расположение глаз, работающих совместно, однако у них плотность фоторецепторов приблизительно одинакова по всей сетчатке. Фовеа возникает только тогда, когда становится необходимой точная оценка глубины воспринимаемого изображения, как это имеет место у птиц или живущих на деревьях обезьян; у них развита фовеальная область сетчатки и существует точный контроль движений глаз. Стереоскопическое зрительное восприятие движений также обеспечивается парными фасеточными глазами насекомых и высоко развито у таких насекомых, как стрекоза, которая хватает свою добычу на лету на большой скорости. Фасеточные глаза неподвижно закреплены на голове, и механизм их стереоскопического зрения проще, чем у обезьян или человека, у которых отражение объектов на фовеа на различных расстояниях осуществляется с помощью конвергенции глаз.

КОНВЕРГЕНЦИЯ, ИЛИ ДАЛЬНОМЕР: ВОСПРИЯТИЕ ГЛУБИНЫ

Рис. 4, 10 показывает, как оси глаз сходятся внутрь при взгляде на близко расположенные объекты и сигналы расстояния в виде этого угла конвергенции передаются в мозг. Это, однако, далеко не все.

Рис. 4, 10. Глаза конвергируют на объекте, который мы рассматриваем; изображение попадает на фовеа. На рис. а глаза конвергируют на близком объекте, на рис. b — на более отдаленном. Угол конвергенции служит для мозга индикатором расстояния, являясь как бы «дальномером».

Простой опыт показывает, что угол конвергенции используется непосредственно в качестве сигнала расстояния. Рис. 4, 11, а показывает, что происходит, если две призмы устанавливаются под соответствующим углом, чтобы преломлять свет, поступающий в глаза; эти две призмы должны сближаться, чтобы изображение отдаленных объектов попадало на центральную часть фовеа. Если эти призмы помещены так, что они уменьшают угол конвергенции (рис. 4, 11, б), объекты будут казаться ближе и больше; если с помощью призм угол конвергенции увеличивается, объекты кажутся дальше и меньше. Восприятие глубины осуществляется частично с помощью угла конвергенции, указывающего на расстояние аналогично тому, как это происходит в дальномере.

Рис. 4, 11. Угол конвергенции для данного расстояния можно изменить с помощью призм, помещенных перед объектом: а — увеличение, b — уменьшение конвергенции, достигаемые таким путем. Эффект состоит в изменении видимых размеров объекта и расстояния до него, когда наблюдатель смотрит на объект через призмы. Этот эффект не имеет оптической природы, он возникает в результате изменения оценочной работы мозга, его «дальномера», который дает ошибочную информацию. Это полезный экспериментальный прием, позволяющий установить значение фактора конвергенции в восприятии величины и расстояния.

Однако у дальномеров есть серьезные недостатки: они могут в данный момент указывать лишь на расстояние до одного определенного объекта, а именно того, чьи изображения сливаются при данном угле конвергенции. Для того чтобы в один и тот же момент найти расстояние до многих предметов, необходимо использовать совершенно другую систему. Наш зрительный аппарат развился в подобную систему, однако для ее работы нужна сложная вычислительная техника мозга.

ДИСПАРАТНОСТЬ И ВОСПРИЯТИЕ ГЛУБИНЫ

Глаза разделены расстоянием примерно в 6,25 см и получают различные зрительные изображения. В этом легко можно убедиться, если закрыть сначала один, а потом другой глаз. Любой близко расположенный объект будет казаться смещенным в сторону по отношению к более отдаленным объектам и будет вращаться, если попеременно смотреть то левым, то правым глазом. Это небольшое различие между изображениями известно под названием диспаратности. Благодаря ему возникает восприятие глубины, или стереоскопическое зрение, что и используется в стереоскопе, являющемся важным инструментом для изучения зрения.

Стереоскоп — простой аппарат для раздельного предъявления двух картин левому и правому глазу. B нормальных условиях эти картины образуют стереопару, которую можно получить при раздельной съемке двумя камерами, расположенными на расстоянии глаз; таким образом получаются диспаратные изображения, которые воспринимаются мозгом стереоскопически. Стереоскоп дает возможность изучить, каким образом глаза используют диспаратность для восприятия глубины. (Стереоскоп был популярной игрушкой в викторианскую эпоху, но, к сожалению, сюжеты фотографий были строго ограничены; другие сюжеты, которые были идеальны с технической точки зрения, отвергались высокопоставленным обществом этой эпохи, и стереоскоп был забыт.)

Стереоскопические картины могут предъявляться в другой комбинации — правому глазу можно показывать картину, видимую левым глазом, и наоборот, — тогда можно получить «обратное» восприятие глубины. «Обратное» восприятие глубины будет наблюдаться при псевдоскопическом зрении (как его называют), когда это искаженное восприятие глубины не слишком сильно нарушает обычное зрение. В этих случаях лица людей не будут восприниматься перевернутыми по глубине (мы не будем видеть нос вогнутым внутрь), однако, когда глаза переводятся на другие предметы, их положение может быть обратным по глубине.

Очень просто создать такие оптические условия для глаз, при которых реальный мир будет казаться искаженным по глубине. Это можно сделать с помощью особого аппарата — псевдоскопа (рис. 4, 12).

Рис. 4, 12. Изменение восприятия с помощью системы зеркал. Наверху: псевдоскоп дает изображение, перевернутое по глубине, но только в том случае, когда глубину объекта нельзя оценить однозначно. В центре: телестереоскоп существенно увеличивает видимое расстояние до объекта. Внизу: иконоскоп эффективно уменьшает видимое расстояние до объекта. Эти приспособления весьма полезны для изучения значения факторов конвергенции и диспаратности для восприятия глубины.

Стереоскопическое зрение — это только один из многих способов восприятия глубины, и оно функционирует лишь при взгляде на сравнительно близкие объекты: на далеких расстояниях явление диспаратности уменьшается и изображения, воспринимаемые левым и правым глазом, становятся идентичными. Мы эффективно воспринимаем одним глазом расстояния большие, чем шесть метров.

Мозг должен «знать», какой глаз — левый, какой — правый, потому что иначе восприятие глубины будет неясным. В противном случае перевернутые изображения в стереоскопе или псевдоскопе не производили бы должного впечатления. Как ни странно, почти невозможно сказать, какой глаз играет ведущую роль в восприятии глубины, и хотя можно очень легко установить роль каждого глаза при восприятии глубины, эта информация не осознается.

Если каждому глазу предъявлять различную картину (или если различие между воспринимаемыми положениями объекта так велико, что слияние изображений невозможно), наблюдается своеобразный и весьма отчетливый эффект: каждый глаз по очереди перестает видеть изображение или части его, так что происходит непрерывная флуктуация. Части каждой картины последовательно сливаются и отвергаются глазом и всякий раз по-разному. Это явление известно как «соперничество сетчаток». Такое соперничество возникает также, если обоим глазам предъявляются разные цвета, Хотя в этом случае на короткие периоды возникает слияние, создающее смешение цветов.

Рис. 4, 13. Этот и два следующих рисунка показывают, как мозг использует диспаратность сетчаточных изображений правого и левого глаза для оценки глубины. Ниже мы увидим, что произойдет, когда одно фотоизображение из стереопары фотографическим путем вычитается из другого изображения той же пары. Эта разница фотографий и дает несовпадение информации, то есть различие между сетчаточными изображениями обоих глаз.

Рис. 4, 14 и 4,15. Различные картины, сделанные из позитива (вверху) и негатива (внизу) изображения; наложенные друг на друга, они дают другую картину (рис. 4, 13). Возможно, что мозг действует точно так же, отсеивая на этой стадии всю информацию, кроме той, которая указывает на глубину.

Мы еще не знаем, как работают вычислительные механизмы мозга, превращающие различие в изображениях в восприятие глубины. Однако можно показать тип информации, который используется при этом мозгом. Это можно сделать с помощью одного фотографического трюка, который состоит в том, что негативное изображение одной стереопары помещают на прозрачный позитив, сделанный с негатива другой пары. Там, где два изображения идентичны, свет сквозь пластинки не пройдет, но свет пройдет в любой не совпадающей по изображениям точке; таким образом возникают картины одних только различий. Пример такого рода дан на рисунке 4,13. Следует отметить, что почти вся информация об исходной картине при такой обработке исчезает. Подобный отсев информации делает работу нашей внутренней «вычислительной машины» значительно экономней.

ОТНОШЕНИЕ МЕЖДУ КОНВЕРГЕНЦИЕЙ И СТЕРЕОСКОПИЧЕСКИМ ВОСПРИЯТИЕМ ГЛУБИНЫ

Теперь мы переходим к удивительной особенности стереоскопического восприятия глубины. Существует взаимосвязь между двумя механизмами, описанными выше: 1) конвергенцией глаз, которая служит своего рода дальномером, и 2) различием между двумя изображениями, называемым диспаратностью. Угол конвергенции является регулятором системы диспаратности. Когда глаза фокусируют отдаленный предмет, любая диспаратность между изображениями означает бóльшие различия по глубине, чем в тех случаях, когда глаза конвергируют для восприятия близко расположенных объектов.

Если бы этого не было, отдаленные предметы казались бы ближе друг к другу по глубине, чем близкие предметы, расположенные на том же расстоянии друг ог друга, потому что диспаратность тем больше, чем ближе находятся предметы. Действие механизма координации, компенсирующего эти геометрические соотношения, довольно легко наблюдать, если нарушить конвергенцию, сохранив прежнюю диспаратность. Если заставить глаза конвергировать с помощью призмы, ориентировав их на бесконечность, и рассматривать в это время близлежащие предметы, то они воспринимаются как растянутые в глубину. Таким образом мы можем видеть нашу конвергентно-диспарационную систему компенсации в действии.

Очень остроумный эксперимент был недавно проведен Джулезом (Julesz) в лабораториях телефонной компании «Белл». Автор с помощью вычислительной машины создал пару специальных рисунков (рис. 4, 16), каждый из них представлял собой случайный набор линий и не содержал контуров знакомых предметов или структур, но, взятые вместе, они создавали структуру, обладающую глубиной.

Рис. 4, 16. Когда эти случайные структуры предъявляются правому и левому глазу, они смешиваются мозгом и воспринимаются как случайный фон с лежащими на нем квадратами. Эти структуры созданы с помощью вычислительной машины, причем, чтобы выделить квадраты из фона, необходима кросс-корреляция. Джулез, предложивший такой эксперимент, использовал этот технический прием для исследования способности мозга воспринимать глубину.

Этот тонкий эксперимент показывает, что мозговые механизмы, обеспечивающие стереоскопическое восприятие глубины, могут интегрировать наборы линий, воспринимаемые каждым глазом отдельно, синтезировать объекты из двух случайных структур и эффективно находить диспаратность. Эта методика, предложенная Джулезом, видимо, будет иметь большое значение для исследования зрительного восприятия. Она является первым примером использования электронных вычислительных машин в исследовании зрительной системы.

5. Мозг

Мозг гораздо сложнее, чём любая звезда, и еще более таинствен. Если бы мы смогли мысленно проникнуть в механизмы мозга, связанные с работой зрительной системы, мы открыли бы тайны, столь же важные, как и тайны внешнего мира, раскрытые глазом и мозгом.

Не всегда было очевидным, что мозг связан с мышлением, памятью или ощущением. В древнем мире — включая великие цивилизации Египта или Месопотамии — мозг считался несущественным органом. Мышление и эмоции рассматривались как функции желудка, печени и желчного пузыря. Отзвуки этого еще сохранились в современном языке в таких словах, как «флегматик». Когда египтяне бальзамировали умерших, они не заботились о том, чтобы сохранить мозг (его извлекали через левую ноздрю), в то время как другие органы сохранялись отдельно в специальных сосудах, которые помещались в саркофаг. После смерти мозг обычно обескровлен, и, по-видимому, он казался мало пригодным для того, чтобы быть вместилищем жизненного духа. Субстратом жизни, теплоты и чувства считалось активно пульсирующее сердце, а не холодное немое вещество мозга, заключенное в костный футляр.

Существенная роль мозга в контроле над движениями конечностей, речью и мышлением, ощущением и переживанием стала выясняться постепенно благодаря наблюдению над последствиями повреждений мозга. Позже начали тщательно изучать последствия небольших локальных поражений мозга — опухолей и огнестрельных ранений. Результаты этих исследований чрезвычайно важны для нейрохирургов, ибо если в одних областях мозга можно оперировать относительно свободно, то другие надо щадить, иначе пациент умрет или у него возникнут необратимые дефекты.

Мозг можно определить как «единственный материальный субстрат, который мы знаем изнутри». С внешней стороны это розово-серый предмет, размеры которого приблизительно равны двум сложенным кулакам. Основные части мозга показаны на рис. 5, 1. Мозг состоит из так называемого белого и серого вещества, причем белое вещество создают волокна, связывающие тела клеток, а серое образуют эти клетки.

Рис. 5, 1. Мозг. Показана зрительная область — area striata, — находящаяся сзади (в затылочной коре). Стимуляция небольшого участка этой области вызывает ощущение вспышки света в соответствующих частях зрительного поля. Стимуляция окружающих участков зрительной коры (в зрительной ассоциативной области) приводит к более сложным зрительным ощущениям.

B процессе эволюции мозг развился из центральных отделов, которые у человека связаны прежде всего с эмоциями. Поверхность мозга — или кора — вся в своеобразных извилинах. Функция коры состоит, главным образом, в контроле над движениями конечностей и работой сенсорных органов. Можно получить карты, отражающие значение отдельных областей коры мозга для тактильных ощущений; такая схема уродливого человечка — гомункулуса — дана на рис. 5, 2. Зрительные ощущения представлены в особом отделе коры мозга, о котором будет идти речь дальше.

Рис. 5, 2. «Гомункулус» — рисунок, показывающий, какова площадь коры, связанная с анализом ощущений, поступающих от различных областей тела. Обратите внимание, какой огромный большой палец руки. У различных животных различные «гомункулусы», соответствующие сенсорному значению различных частей тела.

Нервные клетки мозга состоят из тел; каждое из них имеет длинный тонкий отросток — аксон, проводящий импульсы, возникающие в клетке. Аксоны могут быть очень длинными, распространяясь иногда от головного мозга До спинного. Тела нервных клеток имеют также большое число более тонких и коротких волокон — дендритов, которые проводят сигналы к клетке (рис. 5, 3). Клетки с их сетью дендритов и аксонами кажутся иногда расположенными хаотично, но в некоторых областях мозга, особенно в зрительной, они образуют отчетливо организованные ряды.

Рис. 5, 3. Нервная клетка. Тело клетки имеет длинный аксон, изолированный от окружающих тканей миэлиновой оболочкой и обычно посылающий управляющие сигналы к мускулам. Тело клетки получает информацию от многих тонких отростков-дендритов, одни из которых возбуждают, а другие тормозят клетку. Эта система аналогична простому элементу вычислительной машины. Взаимодействие элементов обеспечивает управление активностью организма и обработку информации, поступающей при восприятии.

Нервные сигналы представляют собой электрические импульсы, которые возникают при изменении ионной проводимости клеточной мембраны (рис. 5, 4).

Рис. 5, 4. Механизм проведения электрического импульса в нерве. Ходкин, Хаксли и Катц обнаружили, что ионы натрия проходят внутрь нервного волокна, меняя отрицательный заряд на положительный. Ионы калия выходят наружу, восстанавливая потенциал покоя. Этот процесс может протекать со скоростью тысяча раз в секунду при передаче спайковых потенциалов, бегущих по нерву в виде сигналов, с помощью которых мы познаем мир и управляем мышцами.

В покое центр нервного волокна заряжен отрицательно по отношению к его поверхности, однако, когда это соотношение нарушается, как, например, при стимуляции светочувствительных рецепторов сетчатки светом, центр волокна становится положительным, что и приводит к возникновению электрического тока, который распространяется по нерву в виде волны. Скорость его распространения значительно меньше, чем скорость электрического тока в проводах: в крупных волокнах электрическая волна распространяется со скоростью 100 м/сек, в наиболее мелких — менее 1 м/сек. Крупные быстропроводящие волокна имеют специальную жировую оболочку — миэлиновую оболочку, которая ограничивает каждое волокно от соседнего и повышает скорость проведения электрических потенциалов.

Нейроны соединяются с помощью синапсов, которые являются узловыми пунктами, где происходят химические процессы, являющиеся своего рода пусковыми механизмами. Большая часть, а может быть, и все нейроны имеют как возбуждающие, так и тормозящие синапсы, которые действуют как переключатели.

Существует много изощренных технических приемов для исследования нервной системы. Можно регистрировать электрическую активность отдельных клеток или групп клеток; можно посредством электрической стимуляции получать не только двигательные ответы, но и ощущения, как, например, у больных при мозговых операциях. Изучая изменения в поведении, возникающие в результате поражения отдельных участков мозга, можно определить, в чем именно состоит патология данной области. Можно изучать действие лекарств или результаты непосредственного воздействия на поверхность мозга различных химических веществ; эта область исследования становится особенно важной, поскольку она дает возможность установить, имеют ли новые препараты нежелательные побочные психические эффекты, а также найти новые методы преднамеренного изменения состояния мозга.

Преимущество этих методов перед методом разрушения отдельных областей мозга заключается в том, что здесь мы имеем возможность получать обратимые изменения и изучать степень и качество таких воздействий.

С помощью этих методик, а также исследований морфологических связей различных областей мозга было установлено, что различные зоны мозга связаны с совершенно различными функциями. Однако, когда дело доходит до раскрытия процессов, происходящих в каждой из этих зон, даже самые тонкие приемы оказываются довольно грубыми.

Может показаться, что самый прямой путь к изучению мозга — это исследование его структуры, стимуляция и регистрация полученных результатов. Но, как и в электронных устройствах, вовсе не так просто вывести способ работы мозга из анализа его строения; при отсутствии общего представления о том, как работает мозг, трудно интерпретировать результаты раздражения и удаления отдельных его частей. Для того чтобы оценить результаты раздражения или разрушения отдельных областей мозга, необходимо провести соответствующие эксперименты по изучению поведения. Результаты регистрации активности отдельных клеток мозга также особенно интересны, если они связаны с анализом поведения или отчетом испытуемого. Это значит, что для исследования функций мозга очень важны данные психологии животных и человека, так как они необходимы для установления связи между деятельностью мозга и поведением, а это требует специально продуманных психологических экспериментов.

Мозг, конечно, — чрезвычайно сложная совокупность нервных клеток, но в некотором отношении он похож на электронные устройства, и поэтому общие технические соображения могут быть весьма полезны при его изучении. Как и вычислительные машины, мозг получает информацию и принимает решение в соответствии с этой информацией, однако он не имеет полного сходства о современными вычислительными машинами, сконструированными инженерами, хотя бы потому, что в противном случае мы могли бы получить массу относительно дешевых мозгов, которые можно было бы легко изготовлять апробированным методом.

Легче заставить машину решать математические или логические задачи или научить ее переводить с одного языка на другой, чем научить ее видеть. Проблема создания машин, которые могли бы различать структуры, была решена различными способами, но только для относительно небольшого числа структур; что же касается машин, которые приближались бы к возможностям человеческого восприятия по объему и скорости, то здесь мы далеки еще от сколько-нибудь удовлетворительного решения проблемы. Отчасти поэтому детальное исследование человеческого восприятия является важной задачей. Анализ возможностей человеческого восприятия может подсказать приемы, с помощью которых можно моделировать это восприятие на машинах. Это было бы полезно с многих точек зрения, начиная с чтения документов или книг и кончая изучением космоса роботами.

Одна из трудностей в понимании функций мозга заключается в том, что он более всего похож на бесформенную массу. При исследовании механических систем обычно можно сделать правильное заключение о функции этой системы, изучая строение отдельных ее частей; то же самое можно сказать и относительно исследования функций отдельных органов тела. Кости конечностей похожи на рычаги. Места прикрепления мышц ясно указывают на их функции.

Механические и оптические системы имеют части, формы которых тесно связаны с их функциями, что и дает возможность сделать заключение или хотя бы предположение о функциях тех или иных частей на основании анализа их строения. Кеплер, анализируя форму хрусталика, сделал вывод о том, что по существу он — линза. Шейнеру нетрудно было обнаружить образ на сетчатке, потому что он знал, куда смотреть. Однако, к сожалению, мозг в этом отношении создает гораздо более трудную проблему, хотя бы только потому, что физическое расположение его частей и их формы почти несущественны с точки зрения их функций. Если функции не отражаются в структуре, мы не можем сделать заключения о назначении той или иной части мозга, просто глядя на нее. Мы должны обратиться к более тонким методам.

Регистрация электрической активности мозга физиологами исключительно важна, но, к сожалению, подобным методом очень трудно получить детальную информацию об изолированной активности одновременно более чем нескольких нервных клеток. Это составляет техническую проблему огромной сложности.

Общие принципы конструкции мозга могут быть заимствованы из техники. Если какая-либо из возможных технических конструкций имеет определенные ограничения и эксперименты над животными или человеком обнаруживают у них сходные ограничения, тогда подобные опыты будут служить подтверждением гипотез, первоначально взятых из области техники. В частности, исследования восприятия могут стать важным средством раскрытия общих принципов функционирования мозга и проверки предложенных моделей. Мозг воспринимает мир с помощью глаз; изучая работу зрительной системы посредством соответствующих экспериментов, мы можем понять работу мозга как функциональной системы с ограничениями физического и конструктивного порядка.

ЗРИТЕЛЬНЫЕ ОБЛАСТИ МОЗГА

Нервная система, ответственная за зрение, начинается с сетчатки. Сетчатка, как мы уже видели, является в сущности, вынесенным вовне кусочком мозга, содержащим как типичные мозговые клетки, так и специализированные светочувствительные детекторы. Сетчатка делится по вертикали на две части; от наружных отделов сетчатки волокна идут к той же стороне затылочной области мозга в то время как волокна от внутренней, назальной стороны сетчатки перекрещиваются сразу позади глаз — в chiasma opticum (зрительный перекрест) — и направляются к затылочной области противоположного полушария (рис. 5, 5).

Рис. 5, 5. Зрительные пути мозга. В области хиазмы зрительный нерв раздваивается; правая половина сетчатки обоих глаз представлена в зрительной коре правого полушария, левая половина — в зрительной коре левого полушария. Наружные коленчатые тела представляют собой промежуточные между глазами и зрительной корой станции, где происходит переключение импульсов.

Эта зрительная область, находящаяся в задних отделах мозговой коры, известна под названием area striata, потому что эта часть коры имеет ярко выраженное слоистое строение (см. рис. 5, 6).

Рис. 5, 6. Цитоархитектоника первичной зрительной коры (area striata).

Мозг как целое подразделяется в центре на два полушария, каждое из которых представляет собой, в сущности, более или менее цельный мозг; оба полушария соединены массивным пучком волокон — corpus callosum (мозолистое тело) — и меньшей по размерам связкой — chiasma opticum. Волокна зрительного тракта от хиазмы идут в переключающие ядра каждого полушария, в область, называемую corpus geniculatus lateralis (наружное коленчатое тело).

Центральная область — area striata — известна как зрительное проекционное поле. При электрической стимуляции отдельных участков этой области человек видит вспышку света. При небольшом изменении положения стимулирующих электродов вспышка видна в другой части зрительного поля. Таким образом, имеется пространственное представительство обеих сетчаток в зрительной коре. Стимуляция отделов коры, примыкающих к зрительному проекционному полю, тоже ведет к появлению зрительных ощущений, но вместо вспышек света возникают более сложные зрительные ощущения. Иногда пациент видит ярко окрашенные шары, как бы парящие в пространстве. Стимуляция участков, расположенных еще дальше, может вызывать зрительные воспоминания и даже целые сцены, живо проходящие перед глазами.

Среди наиболее впечатляющих открытий, сделанных в последнее время, можно назвать открытия двух американских физиологов — Хьюбела и Визела, которые регистрировали электрическую активность отдельных клеток зрительной области коры мозга кошки при предъявлении ей простых зрительных фигур. Использовались светлые полосы, проецируемые с помощью проектора на экран, расположенный перед кошкой. Хьюбел и Визел обнаружили, что в некоторых клетках электрическая активность возникает, когда полоса света предъявляется кошке под определенным углом. Только при данном наклоне полосы клетка мозга отвечала возбуждением в виде длительного потока импульсов, а при изменении угла она «молчала». Разные клетки отвечают на разные утлы наклона. Клетки, расположенные в глубине мозга, отвечают на более общие характеристики раздражения, причем ответ возникает независимо от того, какая часть сетчатки стимулируется светом. Другие клетки зрительной области кошки чувствительны только к движению, причем к движению, осуществляемому в одном направлении (рис. 5, 7).

Рис. 5, 7. Хьюбел и Визел обнаружили, что отдельные клетки мозга (кошки) возбуждаются движением стимула, осуществляющимся относительно глаза лишь в определенном направлении. Стрелки обозначают различные направления движения полосы света, которые предъявлялись глазу. Регистрация электрических импульсов показывает, что определенные клетки возбуждаются только при движении глаз в одном направлении.

Рис. 5, 8. Запись электрической активности отдельных клеток зрительной коры кошки (из работы Хьюбела и Визела). Кошке предъявлялись различным образом ориентированные линии, (они изображены слева). Отдельная клетка мозга возбуждалась только при определенной ориентации линии. Это видно из записи электрических спайковых потенциалов.

Эти открытия имеют величайшее значение, так как они показывают, что в мозгу существуют анализирующие механизмы, выделяющие определенные признаки предметов.

У нас постоянно возникают мысленные картины, однако это еще не значит, что им соответствуют определенные электрические картины в самом мозге. Можно представлять вещи в символах, однако символы обычно весьма отличны от предметов, которые они замещают. Представление о существовании соответствующих картин в мозгу опасно с теоретической точки зрения. Оно может привести к мысли, что эти предполагаемые картины в свою очередь рассматриваются неким внутренним взором. Таким образом, создается бесконечная цепь картин и рассматривающих их взоров.

Во всяком случае, вряд ли можно предположить, что звуки, запахи или цвета представлены в мозгу в виде соответствующих картин или образов — они должны быть закодированы в какой-то другой форме. Есть все основания думать, что сетчаточные структуры возбужденных элементов представлены в мозгу в виде закодированных комбинаций клеточной активности. Хьюбел и Визел, а также другие электрофизиологи начинают сейчас расшифровывать эти коды.

B основную задачу этой книги не входит анализ электрической или какой-либо другой активности мозга. Книга посвящена явлениям восприятия и экспериментальным исследованиям, целью которых является изучение различных аспектов восприятия. В конечном счете эти исследования сомкнутся с физиологическими работами, и, когда это произойдет, мы придем к более глубокому пониманию работы глаза и мозга.

6. Восприятие яркости

Известно, что существует примитивное скотоводческое племя, в языке которого нет слова «зеленый», однако есть шесть слов для обозначения разных оттенков красного. Люди этого племени, занимающиеся различными ремеслами, вкладывают в каждое из них специфическое значение. Прежде чем перейти к рассмотрению проблемы восприятия яркости и цвета, мы остановимся на минуту, чтобы уточнить некоторые понятия, подобно тому как плотник не приступит к работе, пока не отточит свои инструменты.

Мы говорим об интенсивности света, раздражающего глаз; это качество светового раздражителя дает ощущение яркости. Интенсивность — это физическая энергия света, которая может быть измерена с помощью различного рода фотометров, включая хорошо известный фотографам экспонометр. Яркость — это субъективное ощущение интенсивности света. Мы уверены, что знаем, что имеет в в виду человек, говоря: «Какой яркий день!» Он имеет в виду не только то, что он может фотографировать на малочувствительную пленку, но также и то, что он испытывает слепящее ощущение. Это ощущение — только грубое отражение интенсивности света, доходящего до глаза.

Когда мы говорим о восприятии цвета, мы, собственно, говорим не столько о цветах, сколько об оттенках. Это делается попросту для того, чтобы избежать трудности, так как в самом деле под «цветами» мы имеем в виду те ощущения, которые могут быть обозначены словом «красный» или «синий». Таким образом, специалисты говорят скорее о «спектральных оттенках», чем о «спектральных цветах», однако в этом не всегда есть необходимость. Гораздо важнее различие между интенсивностью ж яркостью.

Другое важное различие, которое следует делать, это различие между цветом как ощущением и цветом как длиной волны (или группой длин волн), доходящей до глаза. Строго говоря, свет сам по себе не окрашен: он вызывает ощущение яркости и цвета, однако только при наличии соответствующего глаза и нервной системы. Язык специалистов смешивает эти понятия: мы говорим иногда об «окрашенном свете», например, о «желтом свете», хотя это неточно. Правильнее было бы говорить о свете, который обычно вызывает ощущение, обозначаемое большинством людей как «желтое».

Не пытаясь объяснить, каким образом физические качества — интенсивность и длина волны света — вызывают различные ощущения (в конечном счете мы еще не знаем, как ответить на этот вопрос), мы должны отчетливо представить себе, что без соответствующей нервной системы не было бы яркости и цвета. Пока не возникла жизнь, все было безмолвно, хотя горы рушились.

Наиболее простым из зрительных ощущений является ощущение яркости. Нельзя описать это ощущение. Слепой человек ничего не знает о нем, но для остальных людей мир создается через яркость и цвет. Противоположное ощущение темноты такое же сильное — мы говорим о «плотной стене темноты, которая давит на нас», однако для слепого это ощущение просто не существует. Ощущение, возникающее при отсутствии света, и есть ощущение темноты, слепой же полностью лишен зрительных ощущений. Мы ближе всего подошли бы к описанию мира слепых, у которых нет ощущения яркости и темноты, представив себе то, что находится позади нашей головы. Мы не ощущаем темноты позади нас, мы не ощущаем ничего, а это совсем другое.

Яркость не просто ощущение интенсивности света, раздражающего сетчатку. Ощущение яркости, возникающее при данной интенсивности, зависит от степени адаптации глаза, а также от целого ряда различных сложных условий, определяющих явление контраста объектов пли пятен света. Иными словами, яркость — это функция не только интенсивности света, попадающего на определенный участок сетчатки в данный момент, но также функция интенсивности света, который возбуждал сетчатку в недавнее время, как и функция интенсивности света, падающего на другие участки сетчатки.

Рис. 6, 1. Явление одновременного контраста. Та часть серого круга, которая находится на черном фоне, кажется несколько светлее, чем другая, расположенная на белом фоне. Этот эффект усиливается, если на границе белого и черного фона на круг положить тонкую нить.

АДАПТАЦИЯ К СВЕТУ И ТЕМНОТЕ

Если глаз находится некоторое время в темноте, он становится более чувствительным, и данное освещение начинает казаться более ярким. Эта так называемая темновая адаптация возникает в течение первых нескольких минут пребывания в темноте. Палочковые и колбочковые рецепторные клетки адаптируются с различной быстротой: адаптация колбочек завершается в пределах семи минут, в то время как адаптация палочек продолжается в течение часа или больше. Это можно видеть на рис. 6, 2, который показывает, что существуют две адаптационные кривые: одна — для палочек, другая — для колбочек. Можно сказать, что в глазу имеются две переплетающиеся друг с другом сетчатки.

Рис. 6, 2. Увеличение чувствительности глаза в темноте, известное под названием темновая адаптация. Заштрихованная кривая показывает ход адаптации колбочек, черная — ход адаптации палочек; последняя протекает медленнее, но приводит к большей чувствительности глаза. При тусклом освещении функционируют только палочки, в то время как при ярком свете, когда активны колбочки, они, вероятно, затормаживаются.

Механизмы темновой адаптации становятся более понятными благодаря остроумным и технически блестящим экспериментам английского физиолога Раштона. В течение многих лет предполагалось, что адаптация является результатом регенерации зрительного пигмента глаза, который «обесцвечивается» при воздействии света; это «обесцвечивание» каким-то неизвестным пока еще образом вызывает стимуляцию фоторецепторов, после чего электрический сигнал передается в зрительный нерв. Фотохимический родопсин был извлечен из глаза лягушки, и его плотность при воздействии света была измерена во время «обесцвечивания» и при регенерации. Эти данные были сопоставлены с кривыми темновой адаптации человеческого глаза, которые приведены на рис. 6, 2. И действительно, они почти совпадают друг с другом, что указывает на существование тесной связи между фотохимией родопсина и изменяющейся чувствительностью палочкового аппарата глаз. По-видимому, яркость ощущения должна быть связана с количеством фотохимического родопсина, «обесцвечиваемого» под воздействием света. Смысл работы Раштона состоит в том, что он произвел измерение плотности фотохимического родопсина непосредственно в живом глазе во время темновой адаптации или во время воздействия какого-либо окрашенного света, который он применял в опыте. В сущности, методика этого опыта заключается в том, что глазу предъявляется короткая вспышка света и с помощью высокочувствительного фотоэлемента измеряется количество света, отраженного от глаза. Сначала казалось невозможным сделать это с человеческим глазом, так мала масса отраженного света в связи с почти полной абсорбцией света фотохимическими элементами ы черным пигментом, расположенным позади рецептором; поэтому экспериментатор использовал глаз кошки; задний отражающий слой сетчатки (tapetum) служил зеркалом для отражения света на фотоэлемент. Этот метод оправдал себя в эксперименте на кошачьем глазе, и Раштону затем удалось так его усовершенствовать, что он стал достаточно чувствительным, чтобы улавливать и измерять очень слабый свет, отражаемый от человеческого глаза. Он нашел, что по мере адаптации происходит «обесцвечивание» фотохимического вещества, причем отношение между энергией света и массой обесцвечиваемого фотохимического вещества выражается логарифмической зависимостью. Таким образом, он открыл механизм действия светочувствительного пигмента.

КОНТРАСТ

Другим фактором, определяющим ощущение яркости, является интенсивность освещения окружающего поля. Данная поверхность обычно кажется более яркой, если ее окружение темное, а данный цвет воспринимается как более интенсивный, если его окружает поле, окрашенное в дополнительный цвет. Этот факт, бесспорно, связан с процессами взаимодействия рецепторов. Усиление контраста, по-видимому, связано с общим перцептивным фактором — влиянием границ на восприятие объекта. Вероятно, в первую очередь в мозг поступает именно информация о пограничных участках, в то время как области с постоянной освещенностью малоинформативны. Зрительная система экстраполирует информацию об объекте, заключенном в определенные границы, что бесспорно экономит большое количество информации, которое поступает от периферической части системы, хотя и за счет некоторого усложнения процессов, происходящих в высших отделах мозга. Этот процесс известен как латеральное торможение. Несмотря на то что явление контраста и усиления восприятия окружающих объект участков является главным образом результатом действия сетчаточных механизмов, оно определяется, очевидно, также и центральными процессами. Это видно из рис. 6, 1, который демонстрирует отчетливое явление контраста. Окрашенное в один и тот же серый цвет, кольцо кажется более светлым на темном фоне, чем на белом. Этот эффект значительно усиливается, если круг и фон разделяет четкая граница; контраст сильнее, если фигура интерпретируется как состоящая из двух половин, чем если она воспринимается как одно целое. Эти факты указывают на участие центральных мозговых факторов в этом явлении.

Некоторое представление о сложности организации системы восприятия яркости у человека дает парадокс Фехнера. Он состоит в следующем. Если глазу предъявляется маленький, довольно яркий источник света, он будет вызывать ощущение определенной яркости, и зрачок при включении этого источника света будет уменьшаться до определенного размера. Теперь добавим второй, более тусклый источник света. Он помещается несколько в стороне от первого, так, чтобы возбуждать другую область сетчатки. Что же при этом произойдет? Хотя общая интенсивность света с добавлением второго источника увеличится, зрачок больше не сократится, как это можно было бы ожидать, а расширится соответственно разнице интенсивностей между первым и вторым раздражителями. По-видимому, он реагирует не на общее, а на среднее освещение. Никто не знает, как сетчатка осуществляет это.

Попробуем закрыть один глаз и проследить изменения в яркости. Практически нет разницы, воспринимается ли свет одним или двумя глазами. Однако это не так; когда маленькие тусклые источники света воспринимаются в окружающей темноте, тогда они кажутся значительно ярче при работе двух глаз, чем при работе одного. Это явление еще не разгадано.

Рис. 6, 4. Химические процессы, лежащие в основе зрения. Черная кривая показывает чувствительность человеческого глаза (темно-адаптированного) к различной длине световой волны. Красные точки показывают количество света в пределах того же самого диапазона световых волн, которое поглощается фотохимическим родопсином в глазу лягушки. Обе кривые, по существу, совпадают, и это говорит о том, что человеческий глаз при темновой адаптации функционирует путем поглощения света тем же фотохимическим веществом.

Яркость — функция цвета. Когда глаз воспринимает лучи света различного цвета, но одной и той же интенсивности, то цвета, расположенные в середине спектра, будут казаться ярче, чем цвета, расположенные на концах спектра. Это показано на рис. 6, 5; кривая, изображенная на этом рисунке, известна как кривая спектральной яркости света. Это явление имеет практическое значение, так как, если мы хотим, чтобы сигнализирующий об опасности свет был ясно виден, он должен быть окрашен в цвет, к которому глаз максимально чувствителен, то есть в цвет, расположенный в середине спектра. Дело осложняется еще и тем, что кривые чувствительности для палочек и колбочек несколько различны. Они сходны по общему виду, однако колбочки более чувствительны к оранжевому цвету, а палочки — к зеленому. (На этом основании есть смысл окрашивать стены затемненной фотографической комнаты в зеленый цвет, так как глаза при этом получают наиболее эффективный свет, к которому фотографическая пленка относительно нечувствительна.)

Рис. 6, 5. Этот рисунок показывает, как изменяется чувствительность глаза к различной длине световых волн в спектре, когда глаз адаптирован к свету. Черная кривая показывает чувствительность темно-адаптированного глаза, красная кривая показывает, что при адаптации к свету происходит изменение чувствительности к цветам спектра, в это время колбочки берут верх над палочками. Это явление известно под названием «сдвиг Пуркинье».

Кривая яркости света ничего не говорит нам больше о восприятии цвета. Она отражает чувствительность к свету в зависимости от длины световой волны, но вне связи с теми цветами, которые видит глаз при каждой длине световой волны. Глаза животных, не имеющих цветного зрения, обнаруживают сходную с человеческой кривую спектральной яркости света.

Можно предположить, что, помимо фотохимических изменений, связанных с процессом адаптации к свету при восприятии света действуют еще некоторые дополнительные механизмы, причем не фотохимической, а нервной природы. В частности, после завершения процесса адаптации глаза к темноте пространственные и временные характеристики остроты зрения ухудшаются, в то время как чувствительность возрастает. Однако при темновой адаптации утрачивается способность глаза различать мелкие детали. Это непростое явление, оно возникает отчасти вследствие того, что сетчатка интегрирует при этом энергию с большей зоны, то есть от большего числа рецепторных элементов. По ходу темновой адаптации увеличивается время, в течение которого может интегрироваться световая энергия, попадающая на сетчатку.

Изменения временных характеристик чувствительности глаза при темновой адаптации лучше всего, хотя и не в прямой форме, проявляются в любопытном и очень интересном явлении, известном под названием эффект маятника Пульфриха. Не менее примечательна история открытия этого эффекта, особенность которого состоит в том, что его можно наблюдать, только смотря обоими глазами, — и все же он был открыт человеком, слепым на один глаз! Этот эксперимент заслуживает того, чтобы его повторить. Возьмите длинную нитку, прикрепите к ней гирю, чтобы сделать маятник длиной в несколько футов (один фут равен 30, 48 см). Качните маятник под прямым углом к линии взора. Смотрите на колеблющуюся гирю обоими глазами, но прикройте один глаз темным, проницаемым для света стеклом (например, половинкой солнечных очков или кусочком засвеченной пленки). Тогда можно будет видеть, что гиря качается не по прямой линии, а описывает эллипс. Этот эллипс может быть очень странным: в самом деле, длинная ось может располагаться вдоль линии взора и, несмотря на это, будет казаться, что гиря, качаясь по прямой, пересекает эту линию.

Что же вызывает этот удивительный эффект? Уменьшая приток света, темное стекло вызывает процесс темновой адаптации в глазу. Адаптация приводит к задержке передачи сигнала от этого глаза к мозгу; другой глаз не участвует в этом процессе. Эта отсрочка ведет к тому, что затемненный глаз видит гирю с некоторым запозданием, а так как движение гири в середине траектории ускоряется, отсрочка в этом месте оказывается более значительной, и глаз, прикрытый фильтром, видит гирю все дальше и дальше от того места, где видит гирю другой незатемненный глаз. Эта разница в восприятии положения гири одним и другим глазом и приводит к тому, что траектория движения гири кажется эллипсом, расположенным по прямой линии к линии взора; мозг оценивает движение гири как действительно происходящее по эллипсу. Это показано на рис. 6, 3.

Рис. 6, 3. Маятник Пульфриха. Маятник колеблется под прямым углом к линии взора наблюдателя, один глаз которого закрыт темным стеклом, причем оба глаза открыты. Наблюдателю кажется, что маятник описывает эллипс. Этот эффект возникает в результате задержки сигнала от частично адаптированного к темноте глаза, закрытого темным стеклом. При приближении маятника к середине траектории колебания увеличивается разобщение изображений, получаемых левым и правым глазами, которое оценивается мозгом как различие в расстоянии. Это и создает видимость эллипса.

По-видимому, увеличение отсрочки при темновой адаптации связано с увеличением времени интеграции возбуждения, подобно тому как фотограф прибегает к более длительной экспозиции при тусклом освещении. Мы видим этот эффект непосредственно, когда наблюдаем, как увеличивается огненный след, оставляемый в темном небе разорвавшимися ракетами фейерверка, так как в темноте усиливаются процессы темповой адаптации.

Как увеличение задержки передачи сигнала от сетчатки к мозгу, так и связанное с этим процессом увеличение времени интеграции возбуждения, имеет практическое значение. Задержка сигналов сетчатки вызывает увеличение времени реакции у шоферов при тусклом освещении, а увеличение времени интеграции возбуждения ухудшает точную локализацию движущихся объектов. В этих условиях затрудняются игры, связанные с движением; судья провозглашает: «Прекратите игру из-за слабого освещения» — задолго до того, как зрители сами убеждаются в том, что солнце садится.

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ГЛАЗА К СВЕТУ

При увеличении интенсивности света учащаются импульсы, идущие от рецепторов сетчатки, причем интенсивность света выражается в частоте импульсов. К сожалению, невозможно зарегистрировать электрическую активность рецепторов глаза позвоночных, потому что у них сетчатка «вывернута наизнанку», так что электроды не могут достичь рецепторов без больших повреждений. К тому времени, когда импульсы достигают зрительного нерва, они усложняются благодаря взаимосвязям нервных клеток, расположенных в различных слоях сетчатки.

Существует, однако, такой глаз, в котором рецепторы непосредственно связаны с отдельными нервными волокнами: это глаз своего рода живого ископаемого, краба Limulus, который живет на восточном побережье США. Отдельные нервные волокна глаза этого древнего краба оказались наиболее пригодными для проведения исследования, что, однако, трудно было предположить заранее. Рис. 6, 6 показывает электрическую активность нервного волокна глаза Limulus’a.

Рис. 6, 6. Электрическая активность отдельного волокна зрительного нерва Limulus’a в ответ на три интенсивности света, записанная на осциллоскопе. Частота импульсов увеличивается в соответствии с логарифмом интенсивности света.

Рис. 6, 7. Частота импульсов после различных по длительности периодов темноты. При усилении темновой адаптации частота импульсов возрастает, соответственно увеличивается и ощущение яркости, хотя реальная интенсивность света одна и та же.

Было обнаружено, что в рецепторных клетках глаза этого краба частота импульсов связана приблизительно логарифмической зависимостью с интенсивностью света. Это видно из рис. 6, 8.

Рис. 6, 8. График, построенный на основании записей, приведенных на рисунках 6,6 и 6,7. Частота импульсов сопоставлена с логарифмом интенсивности света. Полученная зависимость выражается почти прямой линией, что говорит о существовании логарифмической зависимости между частотой импульсов и интенсивностью света (при неизменной адаптации).

Первая кривая (рис. 6, 6) показывает низкую частоту импульсов после одноминутной темновой адаптации глаза. На другой кривой (рис. 6, 7) видно, что частота импульсов увеличивается, когда глаз находится в темноте более длительное время. Это соответствует нашему собственному ощущению увеличения яркости света после темновой адаптации.

Что происходит, когда мы смотрим на источник очень слабого света в темной комнате? Можно было бы думать, что, если нет света, отсутствует и активность, передающаяся от сетчатки в мозг; когда же появляется какой-нибудь свет, сетчатка сигнализирует о нем и мы видим свет. Однако дело обстоит не так просто. При полном отсутствии света сетчатка и зрительный нерв не являются полностью инактивными. В них всегда имеется некоторая остаточная нервная активность, которая доходит до мозга, даже если отсутствует какая-либо стимуляция глаза светом. Об этом говорит непосредственная регистрация активности зрительного нерва глаза кошки, полностью адаптированного к темноте, и мы имеем все основания предположить, что это справедливо и по отношению к глазу человека и других животных.

Этот факт постоянного фона спонтанной активности имеет большое значение. Глаз удивительно чувствителен, мы можем видеть вспышку света столь незначительную, что ее трудно зарегистрировать каким-либо искусственным прибором. Однако глаз был бы еще более чувствителен, если бы не было спонтанной активности зрительной системы, которая представляет собой постоянную проблему для мозга.

Представим себе нервные импульсы, приходящие в мозг; являются ли они результатом воздействия света на глаз или они являются просто спонтанным «шумом» зрительной системы? Проблема, стоящая перед мозгом, заключается в том, чтобы «решить», отражает ли эта нервная активность внешнее раздражение или это только «шум», который следует игнорировать. Эта ситуация очень хорошо знакома инженерам связи, потому что во всех чувствительных детекторах может возникать шум — случайная генерация сигналов, которые всегда ухудшают чувствительность детекторов. Существуют способы уменьшения вредного влияния шума; они с успехом применяются в радиоастрономии и при обнаружении слабых земмлетрясений; шум маскирует источники радиоволн в космосе и на Земле, подобно тому как маскируются слабые зрительные сигналы. Глаз использует некоторые приспособления, уменьшающие влияние «шума» и значительно повышающие длительность периода, в течение которого происходит интеграция сигнала, — действие этого механизма мы видели в эффекте Пульфриха, — путем запроса дополнительных подтверждающих сигналов от отдельных рецепторов, которые выступают в качестве независимых свидетелей.

Одним из самых старых законов экспериментальной психологии является закон Вебера. Согласно ему, наименьшее различие интенсивностей, которое может быть воспринято, прямо пропорционально исходной интенсивности света. Например, если в ярко освещенную комнату вносится одна горящая свеча, увеличение освещения едва различимо, но если комната освещена плохо, — скажем, в ней горит только несколько свечей, — тогда добавление еще одной свечи дает заметное увеличение освещенности. Фактически мы можем различать изменение интенсивности, равное примерно одному проценту по отношению к исходной освещенности. Это выражается в формуле ΔI/ΔI = const (где Δ означает минимальную добавку интенсивности к исходной интенсивности I). Этот закон полностью справедлив в отношении довольно широкого диапазона исходных интенсивностей, но он неприменим в случаях малой исходной интенсивности. Это можно видеть из рис. 6, 9, где — если бы закон Вебера был справедлив и при нулевой интенсивности — мы имели бы прямую горизонтальную линию, указывающую на неизменность (инвариантность) едва заметных различий в интенсивности ΔI/I по отношению ко всем исходным значениям I. Фактически мы получаем кривую, которая изображена на этом графике, указывающую, что величина ΔI/I значительно увеличивается, когда исходная интенсивность I света становится небольшой. Это нарушение закона Вебера объясняется главным образом тем, что имеются некоторые остаточные разряды возбуждения клеток сетчатки даже при отсутствии света. Эта остаточная активность для мозга эквивалентна более или менее постоянной слабой освещенности, которая добавляется к исходной. Мы можем оценить ее величину, экстраполируя кривую за пределы оси Y и считывая значения этого графика. Это выражает уровень шума в единицах интенсивности света.

Рис. 6, 9. Закон Вебера (ΔI/I = const). Отношение ΔI к I выражается в виде горизонтальной прямой линии для широкого диапазона значений I, но эта зависимость нарушается в зоне слабых интенсивностей, когда значения ΔI/I должны быть увеличены, чтобы сигнал мог быть выделен из шума. Отношение ΔI к I, по существу, выражается в виде прямой линии вплоть до небольших значений I, что указывает на наличие скрытой константы к в знаменателе. Таким образом, мы можем записать закон Вебера следующим образом: ΔI/I + k = const, где k, по-видимому, связана с уровнем шума в нервной системе. Этот уровень увеличивается с возрастом.

Скрытая константа k может быть отнесена за счет «шума» сетчатки. Существуют доказательства того, что этот внутренний шум зрительной системы увеличивается с возрастом: повышение уровня шума, безусловно, является отчасти причиной постепенного ухудшения остроты зрения при старении.

То положение, что различительная чувствительность глаза лимитируется шумом нервной системы, имеет далеко идущие выводы. Из него следует, что старое представление о пороговых интенсивностях, которых должны достичь стимулы, прежде чем они вызовут какой-либо ответ нервной системы, — неверно. Сейчас мы считаем, что каждый стимул оказывает воздействие на нервную систему, но он воспринимается как внешний сигнал только тогда, когда вызываемые им изменения нервной активности превосходят обычный уровень шума. Пример этого можно видеть на рис. 6, 10. На нем изображено пятно света, являющееся исходным фоном (I), к которому прибавляется различимый свет (ΔI). Эти две интенсивности света приводят к появлению нервных импульсов, частота которых подчиняется статистическим закономерностям.

Рис. 6, 10. Здесь мы пытаемся показать, что действие статистических закономерностей в мозгу возникает вследствие случайной активности нервной системы. Когда сигнал (ΔI) выделяется из более слабого фона (I), частота импульсов не всегда является иной, но имеет такое распределение, как это показано на графике. Таким образом, можно увидеть «свет» на фоне «шума» или не замечать его, если частота импульсов ниже средней. Различие между сигналом и шумом должно быть достаточным для того, чтобы мозг расценил нервную активность как сигнал.

Проблема, возникающая перед мозгом, состоит в том, чтобы «решить», когда увеличение числа импульсов является просто случайным, а когда оно возникает вследствие увеличения интенсивности светового сигнала. Если бы мозг принимал любое увеличение числа импульсов по отношению к средней активности за объективный сигнал, тогда мы «видели» бы вспышки света, отсутствующие в действительности, по крайней мере, в половине случаев. Таким образом, мы приходим к мысли, что не обходимы некоторые значимые различия, чтобы возникшая нервная активность оценивалась как результат воздействия сигнала. Наименьшее различие освещенности (ΔI), которое мы можем видеть, определяется не просто чувствительностью рецепторов сетчатки, но также и различием в частоте нервных импульсов, необходимым для того, чтобы воспринять его как сигнал.

Иногда мы видим вспышки, которых на самом деле нет. По-видимому, они появляются вследствие шума, переходящего требуемый уровень значимости, вследствие готовности к восприятию сигнала, но это случается но часто.

Определение уровня, выше которого активность принимается за ответ на реальное воздействие, и используется для оценки надежности данной чувствительной системы. Существуют доказательства того, что этот уровень может колебаться и зависит от нашей «установки». Когда мы особенно осторожны, требуется большая информация и чувствительность снижается.

То, что сказано выше по поводу восприятия интенсивностей света, применимо к нервной системе в целом. Bee это справедливо не только для различения интенсивностей света, но также и в отношении абсолютного порога различения света в темноте. Абсолютный порог также определяется наименьшим сигналом, который может быть надежно выделен из случайного шума зрительной системы, существующего в мозгу и при отсутствии воздействия света на глаз.

7. Зрительное восприятие движения

Восприятие движения имеет жизненно важное значение. Для животных, стоящих на эволюционной лестнице ниже человека, движущиеся объекты являются, вероятно, сигналами либо опасности, либо потенциальной пищи и требуют быстрого соответствующего действия, в то время как неподвижные объекты могут быть игнорированы. Фактически, вероятно, только глаза высших животных могут давать мозгу информацию о неподвижных объектах.

Некоторые особенности эволюционного развития зрительной системы, начиная от глаза, способного воспринимать лишь движения, и кончая глазом, воспринимающим формы, сохранились в строении сетчатки человеческого глаза. Края сетчатки чувствительны только к движению. Это можно видеть, совершая колебательные движения каким-либо предметом в области периферии зрительного поля так, чтобы стимулировались только края сетчатки. Вы увидите, что при этом воспринимается только движение и его направление, но невозможно определить, какой предмет движется. Это очень близко к тому, что наблюдается при примитивном восприятии. Самые периферические отделы сетчатки еще более элементарны; когда они стимулируются движениями, мы еще ничего не воспринимаем, однако эта стимуляция вызывает рефлекс поворота глаз, благодаря которому изображение объекта перемещается в центральное поле зрения, с тем чтобы наиболее высоко организованная фовеальная область сетчатки с ее объединенными в нервную сеть элементами приняла участие в опознании объекта. Таким образом, периферия сетчатки представляет собой аппарат для раннего обнаружения объекта, он вызывает поворот глаз для того, чтобы цель попала на объекторазличительную часть системы, оценивающую объект как полезный, вредный или Такие глаза, как наши собственные, подвижные относительно головы, могут давать информацию о движении двумя различными способами. Когда глаз остается неподвижным, образ движущегося объекта перемещается по рецепторам сетчатки и вызывает в них быстро сменяющиеся сигналы; но когда сам глаз следует за движущимся объектом, его изображение остается более или менее неподвижным относительно сетчатки, так что оно не может быть сигналом движения, однако мы все же видим движение объекта. Если объект воспринимается на неподвижном фоне, быстро сменяющиеся сигналы могут возникать теперь от фона, который передвигается по сетчатке во время слежения глаз за движущимся объектом; однако, мы продолжаем видеть движение даже при отсутствии фона. Это можно показать на простом опыте. Попросите кого-нибудь медленно помахивать зажженной сигаретой в темной комнате и последите за ней глазами. Движение сигареты видно, хотя в данном случае нет сигналов фона, двигающихся по сетчатке. Очевидно, повороты глаз относительно головы могут дать восприятие движения и довольно точную оценку скорости движения и при отсутствии сигналов, передвигающихся по сетчатке.

Следовательно, существуют две системы восприятия движения; мы назовем одну из них (а) система изображение/сетчатка; другую (b) система глаз/голова (рис. 7, 2). (Эти названия заимствованы из артиллерийского дела, где возникают сходные ситуации, когда орудие нацеливается на объект с движущёйся палубы корабля. Орудийная башня может быть неподвижна или следовать за целью, но движение цели в каждом случае может быть обнаружено.)

Рассмотрим теперь систему изображение/сетчатка, а затем обратимся к тому, как эти две системы работают совместно.

Рис. 7, 1. Герман фон Гельмгольц (1821–1894), выдающийся ученый в области экспериментального изучения зрения. Его «Физиологическая оптика» до сих пор остается самой значительной работой в этой отрасли знания. К сожалению, с тех пор мало что прибавилось к тому, что изложено в этой работе.

Рис. 7, 2. а — система восприятия движения изображение/сетчатка: изображение движущегося объекта пробегает по сетчатке в то время, когда сами глаза остаются неподвижными; таким образом, информация о движении возникает путем последовательной стимуляции рецепторов в соответствии с траекторией движения объекта; b — система восприятия движения глаз/голова: когда глаз следует за движущимся объектом, изображение остается стационарным на сетчатке, но мы продолжаем видеть движение. Эти две системы иногда могут давать противоречивые показания, что приводит к любопытным иллюзиям.

СИСТЕМА ВОСПРИЯТИЯ ДВИЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЕ/СЕТЧАТКА

С помощью регистрации электрической активности сетчатки глаз животных было обнаружено, что существуют различного рода рецепторы, подавляющее большинство которых сигнализирует только об изменении освещенности, и только немногие отвечают длительным возбуждением на постоянный свет. Некоторые рецепторы возбуждаются при включении света, другие — при его выключении, третьи — как при включении, так и при выключении. Эти различного рода рецепторы сетчатки названы соответственно рецепторами «включения», рецепторами «выключения» и рецепторами «включения — выключения». По-видимому, эти рецепторы, чувствительные только к изменениям освещения, и ответственны за сигнализацию движения; таким образом, все глаза являются прежде всего детекторами движения. Эти рецепторы, сигнализирующие только об изменении освещенности, будут отвечать на движущиеся края изображения, но не будут реагировать на неподвижные изображения до тех пор, пока сами глаза не начнут двигаться.

С помощью тонких проволочных электродов, помещенных на сетчатку изолированного глаза лягушки, было обнаружено, что анализ рецепторной активности происходит в сетчатке задолго до того, как сигналы достигнут мозга. В статье с интригующим названием «Что глаз лягушки сообщает мозгу лягушки», написанной Летвином, Матураной, Мак-Келлоком и Питсом из лаборатории электроники Массачузетского технологического института, сетчатка описывается как «детектор насекомых»; авторы обнаружили три класса волокон, посылающих в мозг различного рода информацию. «Детектор насекомых» вызывает рефлекс движения языком, когда на сетчатку падает маленькая тень, отбрасываемая, например, мухой; таким образом, сетчатка в данном случае функционирует как мозг. Кроме этой системы, которая отвечает, по существу, на кривые линии, они обнаружили:

1. волокна, реагирующие только на отчетливые границы между объектами;

2. волокна, реагирующие только на изменения в распределении света;

3. волокна, реагирующие только на общее уменьшение освещения, подобное тому, какое возникает, когда на сетчатку падает тень от хищной птицы.

Глаз лягушки сигнализирует только об изменении освещенности и движении изогнутых краев объектов; все остальное игнорируется и никогда не доходит до мозга. Зрительный мир лягушки, таким образом, ограничен лишь движением некоторых видов объектов.

Физиологи Хьюбел и Визел провели важное исследование, регистрируя электрическую активность зрительной области мозга кошки. Они обнаружили, что в ней существуют отдельные клетки, которые отвечают только на движение изображения по сетчатке, причем на движение, осуществляемое только в одном определенном направлении. Рис. 5, 7 показывает подлинные записи активности отдельных клеток мозга кошки во время стимуляции глаза различного рода движениями; можно видеть, что некоторые клетки чувствительны только к движениям, которые осуществляются в определенном направлении.

Тот факт, что движение перекодируется в нервную активность сетчатки или в активность зрительных проекционных областей мозга, находящихся непосредственно за сетчаткой, представляет собой физиологическое открытие, важное со многих точек зрения, и прежде всего потому, что оно показывает, что скорость движения может восприниматься независимо от оценки времени. Однако часто считают, что нервная система, ответственная за восприятие скорости движения, должна представлять собою своего рода «внутренние часы». Скорость в физике определяется как время, необходимое для того, чтобы объект переместился на определенное расстояние (v = d/t). Следовательно, предполагается, что для оценки скорости движения всегда необходима оценка времени. Но ведь спидометр автомобиля не имеет в своем устройстве часов. Часы нужны для калибровки этого прибора после его изготовления, но однажды откалиброванный, он будет измерять скорость движения без часов; то же самое справедливо, вероятно, и по отношению к глазу. Изображение, пробегающее по сетчатке, последовательно возбуждает рецепторы, и чем быстрее это изображение движется, тем — до известных пределов — более интенсивные сигналы скорости оно вызывает. Аналогия с другими измерителями скорости (спидометром и т. п.) показывает, что скорость может быть оценена безотносительно к «часам», но эта аналогия еще не говорит нам точно, как работает при этом нервная система. Когда-нибудь будет возможно изобразить полную круговую схему сетчатки и создать ее действующую электронную модель; однако пока мы не можем сделать это с полной уверенностью в отношении человеческого глаза. Такая модель была предложена для фасеточного глаза жука. Эта модель была изготовлена, и теперь она иногда используется в воздушном флоте, чтобы определять отклонение самолета от курса под влиянием ветра. Глаз как детектор движения сформировался в процессе биологической эволюции несколько сот миллионов лет тому назад, принцип его действия раскрыт с помощью электроники, а затем был построен его электронный эквивалент, который теперь используется при полетах человека.

СИСТЕМА ВОСПРИЯТИЯ ДВИЖЕНИЯ ГЛАЗ/ГОЛОВА

Нервные аппараты, обеспечивающие восприятие движения посредством перемещения изображения по сетчатке, существенно отличаются от другого способа сигнализации движений с помощью поворота глаза. Каждый глаз имеет шесть внешних мышц, управляющих его движениями; любое движение глаз сигнализируется в мозг и используется в качестве индикатора движения внешних объектов. То, что это действительно так, показывает опыт с сигаретой, который мы уже описывали; в этом случае нет никакого систематического движения изображения по сетчатке, и тем не менее движение сигареты, прослеживаемое глазами, видно (рис. 7, 2, б).

Самым вероятным типом сигналов, возникающих при этом, были бы обратные сигналы от мускулатуры глаза, так что, когда происходит растяжение мышц глаза, в мозг посылаются обратные сигналы, указывающие на движение глаз, а также объектов, прослеживаемых взором. Таково было бы инженерное решение этой проблемы, но так ли решает ее природа? Мы можем получить ответ, если займемся, казалось бы, совсем иным вопросом.

ПОЧЕМУ МИР ОСТАЕТСЯ СТАБИЛЬНЫМ, КОГДА НАШИ ГЛАЗА ДВИГАЮТСЯ?

Сетчаточные изображения перемещаются по рецепторам сетчатки всякий раз, когда наши глаза двигаются, — и все же мы не воспринимаем движения, мир не вращается, как бы наши глаза ни двигались. Почему это так?

Как мы знаем, существуют две нервные системы сигнализации движений: система изображение/сетчатка и система глаз/голова. Очевидно, во время нормальных движений гл!аз эти системы тормозят друг друга, в результате чего и возникает стабильность зрительного мира. Идея взаимного торможения этих систем как средства стабилизации зрительного восприятия рассматривалась Чарлзом Шеррингтоном — физиологом, внесшим значительный вклад в анализ спинальных рефлексов, а также Гельмгольцем; однако они объясняли это явление с различных позиций и особенно расходились в оценке деятельности той системы, которую мы называем системой восприятия скорости движения глаз/голова. Теория Шеррингтона известна под названием афферентной теории, а Гельмгольца — под названием эфферентной теории (рис. 7, 3).

Рис. 7, 3. Почему мир остается стабильным, когда наши глаза двигаются? Согласно афферентной теории, сигналы движения, поступающие от сетчатки (от системы изображение/сетчатка), тормозятся сигналами, идущими от глазных мышц (афферентными). Согласно эфферентной теории, сетчаточные сигналы движения тормозятся сигналами команды, управляющими самими движениями глаз, сигналами (эфферентными), которые, в свою очередь, регулируются внутренней замкнутой системой мозга. Факты свидетельствуют в пользу эфферентной теории.

Шеррингтон думал, что сигналы от глазных мышц составляют систему обратных афферентаций, поступающих в мозг, когда глаза двигаются, и что они тормозят сигналы движения, возникающие в сетчатке. Это представление известно в технике как обратная связь; однако для нервных сигналов, поступающих от глазных мышц, требуется довольно длительное время, чтобы дойти до мозга, и, если принять эту точку зрения, следовало бы ожидать появления неприятных ощущений неустойчивости всех видимых предметов каждый раз, когда мы двигаем глазами, до тех пор пока афферентные сигналы от глазных мышц не достигнут мозга и не затормозят сетчаточных сигналов движения. Гельмгольц высказал совершенно иное предположение. Он считал, что сетчаточные сигналы движения тормозятся не сигналами от глазных мышц, а центральными сигналами, исходящими от мозга и управляющими самими движениями глаз.

Решение этого вопроса может быть получено с помощью очень простых экспериментов, которые читатель может проделать на себе самом. Попробуйте осторожно двигать глаз пальцем, закрыв другой глаз рукой. Когда глаз смещается пассивно, мир будет казаться вращающимся в направлении, противоположном движению глаза. Очевидно, стабильность видимого мира поддерживается не пассивными, а нормальными произвольными движениями глаз. Так как мир движется в направлении, обратном направлению пассивного движения глаза, очевидно, что система восприятия движения изображение/сетчатка продолжает работать; здесь выключена только система глаз/голова. Можно было бы спросить, почему система глаз/голова связана только с произвольными, но не с пассивными движениями глаз? Шеррингтон полагал, что эта система работает с помощью сигналов, идущих от рецепторов растяжения, находящихся в глазных мышцах. Такие рецепторы растяжения мышц хорошо известны, они посылают обратные сигналы от мускулатуры при движении конечностей. Однако создается впечатление, что система восприятия движения глаз/голова работает иным образом, так как рецепторы растяжения продолжают посылать сигналы и при пассивном состоянии глазных мышц.

Мы можем прекратить все сетчаточные сигналы движения и посмотреть, что произойдет при пассивном перемещении глаза. Это можно легко сделать с помощью засвета ярким светом (или фотографической вспышкой), чтобы получить последовательный образ. Это вызовет утомление одного определенного места сетчатки, соответствующего фотографической вспышке, и этот образ будет передвигаться точно вместе с глазом, так что, хотя глаз и будет двигаться, сигналы от перемещения изображений по сетчатке не смогут возникнуть. Если мы будем наблюдать за последовательным образом в темноте (чтобы избежать фона), мы обнаружим, что, когда глаза пассивно приводятся в движение пальцем, последовательный образ не перемещается. Это очень убедительный довод против афферентной теории, так как активность рецепторов растяжения должна была бы вызвать перемещение последовательного образа вместе с глазом, если бы эта активность в обычных условиях тормозила сетчаточные сигналы движения.

Теперь, если глаз будет двигаться произвольно, мы обнаружим, что последовательный образ перемещается вместе с глазом. Куда бы глаз ни переместился, последовательный образ будет следовать за ним. Гельмгольц при объяснении этого факта исходил из предположения, что здесь мы имеем дело не с афферентной активностью, идущей от глазных мышц, вовлеченных в движение, а с эфферентными сигналами команды, управляющими движением глаз. Эта эфферентная теория, как мы уже видели, утверждает, что сигналы команды регулируются внутренней замкнутой системой мозга и подавляются сетчаточными сигналами движения. Когда этих сетчаточных сигналов нет, как в случае с последовательным образом, видимым в темноте, мир вращается вместе с глазом, потому что сигналы команды не тормозятся сетчаткой. Пассивные движения глаза не вызывают движения последовательного образа, так как в этом случае нет системы, которая давала бы сигналы движения.

В клинических случаях, при каких-либо нарушениях глазных мышц или их нервного аппарата, у пациентов появляется ощущение вращения окружающих предметов, когда они пытаются двигать глазами. Их мир движется в том же направлении, в котором они намеревались двигать глазами. Это происходит также и тогда, когда мышцы глаза парализуются с помощью кураре — южноамериканского яда для стрел, Немецкий ученый Эрнст Мах фиксировал свои глаза мастикой так, что они не могли двигаться, и он получил те же результаты.

Система глаз/голова, таким образом, приводится в действие не фактическими движениями глаз, а командой двигать глазами. Она работает даже в тех случаях, когда глаза не повинуются команде. Удивительно, что сигналы команды могут вызывать восприятие движения: принято думать, что восприятие движения исходит от глаз, а не от находящихся в глубине мозга аппаратов, контролирующих движения глаз.

Почему же возникла такая странная система? Это тем более удивительно, что в глазных мышцах действительно были обнаружены рецепторы растяжения. Афферентная система, или система обратных связей, по-видимому, действовала бы слишком медленно: пока сигнал обратной связи достиг бы мозга, чтобы затормозить сетчаточные сигналы движения, было бы слишком поздно.

Тормозящий сигнал мог бы начаться в тот же самый момент, что и команда к движению глаз, и тогда он мог бы затормозить сетчаточный сигнал без опоздания. Действительно, для того чтобы сигнал сетчатки достиг мозга, требуется немного времени («время сетчаточной реакции»), но тогда сигнал команды пришел бы в мозг для затормаживания сетчаточного сигнала слишком рано, однако этот сигнал команды задерживается, чтобы совпасть по времени с сигналом сетчатки. В этом мы можем убедиться при тщательном исследовании движения последовательного образа при произвольных движениях глаз. Всякий раз, когда глаз двигается, требуется некоторое время, чтобы возникло движение последовательного образа, и, очевидно, эта отсрочка и приводит к тому, что управляющий командный сигнал достигает мозга не раньше, чем сигнал от сетчатки. Можно ли представить себе более совершенную систему?

ИЛЛЮЗИИ ДВИЖЕНИЯ

Теперь мы обратимся к некоторым иллюзиям движения. Подобно другим иллюзиям, они имеют практическое значение и могут приблизить нас к пониманию закономерностей процессов восприятия.

СЛУЧАЙ С БЛУЖДАЮЩИМ СВЕТОМ

Читатель, может быть, захочет провести следующий опыт. Для этого нужна одна зажженная папироса, положенная на пепельницу в дальнем конце полностью затемненной комнаты. Если наблюдать за тлеющим концом папиросы в течение нескольких секунд, можно обнаружить, что свет беспорядочно блуждает по комнате, то устремляясь в каком-то одном направлении, то слегка колеблясь из стороны в сторону. Это движение может быть парадоксальным, огонек будет казаться в одно и тс* же время движущимся и, однако, не меняющим своего положения. Этот парадокс восприятия важен для понимания не только этого феномена движущегося света, но и для понимания самой основы того, каким образом движение представлено и закодировано в нервной системе.

Этот эффект света, движущегося в темноте, известен как аутокинетический феномен. Ему посвящено множество дискуссий и экспериментальных работ. Десятки теорий выдвигались для его объяснения, он использовался даже в качестве показателя внушаемости и группового взаимодействия: одни люди в большей мере обнаруживали тенденцию видеть движение света в одном и том же направлении, чем другие, хотя на самом деле он, разумеется, был неподвижен.

Для объяснения этого эффекта привлекались самые различные теории. Утверждалось, что небольшие частицы, плавающие в глазной жидкости, которая находится в передней камере глаза, могут дрейфовать, становясь смутно видимыми в этих условиях. Предполагалось далее, что кажутся движущимися не частички, а пятно света, подобно тому как луна может казаться проносящейся по небу ночью, когда ветер быстро гонит облака. Этот эффект, известный под названием «индуцированное движение», будет рассмотрен ниже. Имеется, однако, достаточно фактов, говорящих о том, что это явление не имеет отношения к аутокинетическому феномену, так как движение возникает в направлении, не связанном с направлением дрейфа частичек в глазу (они становятся более ясно видимыми при наклонном освещении глаза); то же имеет место и во всех других случаях, когда частицы обычно вообще не видны. Другая теория, которая в общем, несмотря на ее несостоятельность, принимается офтальмологами, состоит в том, что глаза не могут сохранять фиксацию точно на источнике света, видимого в темноте, и что отклонение глаз является причиной блуждания изображения светового пятна по сетчатке, что и вызывает впечатление кажущегося движения света. Эта теория была полностью опровергнута в 1928 году Гилфордом и Далленбахом, которые фотографировали глаза в то время, когда субъект наблюдал за световым пятном и сообщал, видит ли он движение и в каком направлении. Движение светового пятна, о котором сообщал испытуемый, сопоставлялось с фотографией реальных движений глаз; при этом не было обнаружено никакого соответствия между этими двумя группами данных. Более того, движения глаз в этих условиях были исключительно малы. Этот эксперимент, по-видимому, прошел в значительной мере мимо внимания исследователей.

Все попытки, кроме одной, объяснить блуждание света в темноте, исходили из предположения, что нечто двигается: или частицы в глазной жидкости, или глаза, или своего рода внутренние схемы. Последнее предположение составляло важную часть теории восприятия гештальтпсихологов. Они придавали большое значение эффекту движущегося света. Коффка в своей знаменитой «Гештальтпсихологии» в 1935 году писал:

«Эти «аутокинетические движения», следовательно, доказывают, что наблюдаемое явление не фиксировано ни в одном из участков сетчатки; оно локализуется внутри некой схемы и исчезает, когда схема устраняется… Аутокинетические движения представляют собой наиболее впечатляющий пример существования и функциональной эффективности общей пространственной схемы, но действие этих внутренних схем распространяется на весь наш опыт».

Это утверждение не так ясно выражено, как хотелось бы, но доказано ли оно? Мне кажется, что оно содержит существенное заблуждение.

То, что правильно для мира вещей и его наблюдения, не обязательно справедливо для ошибок наблюдения, или иллюзий. Важно уяснить это различие. Любой орган чувств может давать ложную информацию: давление на глаз может вызвать в темноте ощущение света, электрическая стимуляция окончаний чувствительных нервов вызовет ощущения, которые в обычных условиях возникают при адекватном раздражении органов чувств. Точно так же, если определенные нервные аппараты ответственны за восприятие движения, мы вправе ожидать появления иллюзий движения, если работа этих аппаратов нарушается. Это похоже на то, что происходит в искусственном детекторе движения; стрелка спидометра автомобиля может застрять, скажем, на делении 20 км/час и будет показывать эту скорость, хотя машину уже заперли в гараже.

Путаница, и довольно серьезная, возникла, я думаю, из-за неумения различать условия, необходимые для действительной оценки скорости объектов, и условия, при которых возникает ложная оценка.

Верно, что всякое реальное движение объектов в мире относительно, и мы можем только говорить о движении одного объекта по отношению к другому (или измерять эти движения). Это положение фактически составляет основу специальной теории относительности Эйнштейна. Оно было сформулировано еще в XVII столетии Беркли, когда он оспаривал одно из положений «Начал» Ньютона.

«Если каждое место пространства относительно, следовательно, и каждое движение — относительно… Движение нельзя понять без определения его направления, а направление, в свою очередь, не может быть понято вне отношения движения к нашему телу или другим телам. Вверх, Вниз, Направо, Налево — все эти направления и места базируются на определенных отношениях; всегда необходимо представить себе другое тело, независимое от движущегося; так что движение относительно по своей природе…

Следовательно, если мы допустим, что все, кроме земного шара, уничтожено, то будет невозможно представить себе любое движение этой планеты».

Авторы работ по восприятию предполагали, однако, что если ничто не движется — ни глаз, ни частицы в глазу, ни что-либо еще, — то невозможно будет испытать даже иллюзию движения, например, воспринять движение светового пятна в темноте. Блуждание света считалось проявлением такой же ситуации, как в примере Беркли с земным шаром, где все, кроме Земли, уничтожено; однако этот феномен не имеет ничего общего с упомянутыми выше рассуждениями.

Неверно думать, что ошибочная оценка движения, или иллюзия движения, предполагает наличие какого-то объекта, движущегося относительно другого. Ведь эти иллюзии могут появиться просто из-за нарушения или потери калибровали в измеряющем приборе — будь то спидометр или глаз. Нам следует теперь попытаться определить род нарушения или потери калибровки зрительной системой, в результате которого могла бы возникнуть иллюзия блуждания света. Для того чтобы сделать это, мы попробуем вызывать систематические кажущиеся движения светового пятна посредством преднамеренного нарушения работы системы.

Если устойчиво фиксировать глаза в течение нескольких секунд в любом направлении, ia затем вернуть их к нормальному центральному положению и смотреть на маленькое слабое световое пятно в темноте, как и прежде, возникает впечатление, что свет быстро движется в направлении положения, в котором глаза были до этого фиксированы, или, возможно, в другом направлении, но в пределах той же самой плоскости. Движение может продолжаться в течение нескольких минут, если глазные мышцы значительно утомлены такой процедурой (рис. 7, 4). В этом случае утомленным глазным мышцам требуются необычные командные сигналы, чтобы удержать фиксацию глаз на световом пятне, но это те же самые командные сигналы, которые в обычных условиях управляют движениями глаз, когда они следят за движущимся объектом.

Рис. 7, 4. Эта гистограмма, изображенная в виде часов, показывает, в каком направлении происходит кажущееся движение небольшого слабого светового пятна, видимого в темноте, после фиксации взгляда в одном из четырех направлений (каждый раз в течение 30 сек.). Стрелки показывают направление фиксации взора; области, закрашенные черным цветом, обозначают направление кажущегося движения в течение 30 сек. после прекращения фиксации; заштрихованные участки показывают направление кажущегося движения в последующие 30 сек. Цифры означают продолжительность (в секундах) кажущегося движения в пределах двух минут после фиксации.

Таким образом, мы видим движение, когда мышцы утомлены, хотя ни глаз, ни изображение на сетчатке не двигаются. Иллюзорные блуждающие движения при аутокинетическом эффекте, видимо, возникают и результате командных сигналов, поддерживающих фиксацию, несмотря на легкие спонтанные флуктуации в работе мышц, приводящих глаза в движение. Не движение глаз, а корректирующие сигналы, которые предотвращают это движение, являются причиной иллюзорного блуждания светового пятна в темноте.

Мы можем теперь задать вопрос: если корригирующие сигналы вызывают кажущееся движение светового пятна в темноте, то почему они не вызывают нарушения стабильности вещей в обычных условиях? Почему внешний мир обычно стабилен? На этот вопрос еще нет окончательного ответа. Возможно, что при наличии большого поля зрения сигналы нестабильности игнорируются, потому что мозг полагает, что большие объекты стабильны, пока нет явных доказательств противного. Это предположение подтверждается эффектом «индуцированного движения», к которому мы еще обратимся. Но прежде всего мы должны вспомнить, что иногда и привычный мир начинает колебаться.

ПРИМЕР КОЛЕБАНИЯ ОКРУЖАЮЩИХ ПРЕДМЕТОВ

Внешний мир кружится, когда мы утомлены или страдаем от малоприятных последствий алкоголя. Об этом остроумно сказал Шеридан. Два приятеля подвели его к входной двери его дома на Беркли Сквер, а сами пошли по домам. Оглянувшись, они увидели, что он вое еще стоит в том же положении. «Почему ты не входишь?» — закричали они. «Я жду, пока моя дверь снова приблизится ко мне, тогда я проскочу в нее», — ответил Шеридан. Как это связано с явлением блуждающего светового пятна, еще не совсем ясно. Возможно, что в данном случае нарушается система команд, управляющих движениями глаз, или алкоголь уменьшает значимость внешнего мира, так что те ошибочные сигналы, которые в обычных условиях игнорируются, теперь воспринимаются как верные. Подобно тому, как нами в состоянии усталости или опьянения могут овладеть различные видения и необоснованные страхи, мы можем в этом состоянии попасть под власть небольших ошибок в нервной системе, которые в обычных условиях отвергаются как несущественные. (Если это так, то можно предположить, что шизофреники страдают от нестабильности своего зрительного мира, однако я не знаю доказательств в пользу этого предположения.)

ЭФФЕКТ ВОДОПАДА

Как было сказано выше, перемещения света, наблюдаемые в темноте, являются, очевидно, результатом небольших нарушений в системе восприятия движения глаз/голова. Можно было бы ожидать, что сходные иллюзии движения обнаружатся и вследствие дефектов системы изображение/сетчатка, и действительно, такие иллюзии существуют. Они не ограничиваются ощущением движения всего поля: различные части поля могут казаться движущимися в различных направлениях и с различной скоростью; эти явления странны и иногда логически парадоксальны. Наиболее существенное нарушение системы изображение/сетчатка известно под названием «эффект водопада».

Об «эффекте водопада» знал еще Аристотель. Это наглядный пример иллюзорного движения, возникающего вследствие адаптации системы изображение/сетчатка. Эта иллюзия легко возникает, если долго, примерно полминуты, смотреть на центральный стержень вращающейся граммофонной пластинки. Если вращение затем внезапно прекращается, будет казаться в течение нескольких секунд, что пластинка движется в обратном направлении… Тот же самый эффект возникает, если долго смотреть на движущуюся воду: если затем перевести глаза на отмель или какой-либо неподвижный объект, он будет казаться плывущим в направлении, противоположном течению воды. Самый яркий эффект наблюдается в опыте с вращающейся спиралью (рис. 7, 5).

Рис. 7, 5. Когда эта спираль вращается, она кажется сжимающейся или расширяющейся в зависимости от направления вращения. Однако, когда она останавливается, она продолжает казаться сужающейся или расширяющейся в противоположном направлении. Этот эффект не может быть результатом движений глаз, поскольку кажущееся сужение или расширение происходит во всех направлениях одновременно. Этот эффект парадоксален, так как возникает ощущение движения спирали, но без изменения ее положения или величины.

Она кажется расширяющейся во время вращения и суживающейся — как эффект последействия, — после того, как спираль останавливается (или наоборот, если направление вращения меняется). Это иллюзорное сужение или расширение спирали после ее внезапной остановки не может быть связано с движением глаз, так как глаза могут двигаться в один и тот же момент только в одном направлении, в то время как эффект состоит в радиальном сужении или расширении спирали, происходящем в любом направлении от центра в одно и то же время. Один этот факт показывает, что «эффект стирали» следует относить скорое за счет системы восприятия движения изображение/сетчатка, чем за счет системы глаз/голова. Очень легко в итоге доказать, что этот эффект обусловлен исключительно нарушениями в системе изображение/сетчатка. Вы можете убедиться в этом, быстро пробегая глазами из конца в конец движущуюся ленту c поперечными полосами, причем проделывая это несколько раз подряд. В этом случае непрерывное движение воспринимается с помощью системы глаз/голова, а не с помощью системы изображение/сетчатка. Когда движущаяся лента останавливается, последействия не возникает, следовательно, этот эффект не связан с работой системы восприятия движения глаз/голова (рис. 7, 6).

Рис. 7, 6. «Эффект водопада». Он сходен с кажущимся движением, которое вызывается вращающейся спиралью. После наблюдения за движущейся лентой с поперечными полосками при остановке ленты последние кажутся быстро движущимися в обратном направлении. Этот эффект возникает только тогда, когда наблюдатель смотрит на движение ленты неподвижным взглядом, не прослеживая полоски. Это, должно быть, приводит к адаптации лишь одной системы изображение/сетчатка.

Вопрос о том, где происходит адаптация — в сетчатке или в мозгу, остается открытым». Сетчатка кажется слишком простым устройством, чтобы быть способной на такое сложное последействие, однако очень трудно исключить процесс адаптации в сетчатке из числа три чаш, вызывающих этот эффект. Можно думать (и так думают отдельные психологи, которым следовало бы знать предмет лучше), что проблему можно решить, если смотреть на движущийся объект одним глазом, закрыв другой, и затем наблюдать, возникнет ли последействие при взгляде на неподвижный объект тем глазом, который был раньше закрыт. В таком случае эффект возникает, но в половинную силу. Этот опыт, однако, не доказывает с убедительностью, что адаптация происходит в мозгу, так как возможно, что стимулированный глаз продолжает посылать сигналы движения к мозгу и после того, как он закрывается, и что эти сигналы, так сказать, «проецируются» в поле нестимулированного глаза. Это вполне вероятно, потому что трудно или даже невозможно сказать, какой глаз активен; принято думать, что активен открытый смотрящий глаз. Требуются, однако, новые эксперименты, чтобы решить этот вопрос.

Мы не знаем точно, почему система восприятия движения изображение/сетчатка нарушается при продолжительном взгляде на движущийся объект, поскольку мы не знаем точно, как она работает. Как мы уже видели из работы Хьюбела и Виз ела, сигналы движения передаются по отдельным нервным капталам, и по различным каналам передается информация о различных направлениях движения (рис. 5, 7). Есть основания предполагать, что при продолжительной стимуляции эти каналы могут адаптироваться или утомляться (как это происходит почти со всеми другими! нервными каналами) и что это приводит к разбалансированию системы и вызывает иллюзию движения в противоположном направлении.

Если тщательно наследовать явление последействия, возникающее, когда смотрят на вращающуюся спираль, обнаружатся две любопытные особенности. Иллюзорною движение может быть парадоксальным; оно может вызывать ощущение расширения или сокращения опирали, или даже спираль не будет казаться больше или меньше, но она будет сохранять тот же самый размер и все же увеличиваться. Это кажется невозможным, и это действительно невозможно с реальными объектами, но мы должны всегда помнить, что то, что справедливо в отношении реальных объектов, может быть неверным применительно к восприятию в тех случаях, когда оно иллюзорно. Если у нас возникают иллюзии, мы можем испытывать такие ощущения, которые логически невозможны. В том случае, когда эффект последействия движения состоит в иллюзорном расширении спирали при сохранении ее размера, мы можем предположить, что это происходит потому, что скорость движения и расположение объекта кодируются с помощью различных нервных механизмов, и в этом случае, при продолжительном наблюдении за вращающейся спиралью, только один из них, а именно система восприятия скорости движения, выходит из строя. Аналогично тому, как судья во время ведения процесса, выслушав несовместимые показания двух свидетелей, принимает обе версии только на время — прежде чем решить, которая из них верна, и отклонить другую как ложную, которую следует игнорировать, — точно так же перцептивная система глаза и мозга имеет много каналов, много источников информации, и когда — по тем или иным причинам — сини доставляют противоречивые сведения, мозг должен быть судьей. Иногда различные источники противоречивой информации — по крайней мере, на короткий срок — одновременно принимаются мозгом за истинные. Тогда мы испытываем ощущение парадокса: происходит сочетание невероятных событий. Мы не должны слишком удивляться тому, что иногда невозможно описать содержание галлюцинаций, вызванных лекарствами.

После довольно продолжительного наблюдения за вращающейся спиралью витки спирали на короткое время кажутся слившимися в круг и в то же время состоящими из ряда коротких прямых отрезков. Эти отрезки сохраняются и в последействии, так что круг, видимый после наблюдения за вращающейся спиралью, будет казаться многоугольником. Этот своеобразный эффект говорит, по-видимому, о том, что направление движения кодируется сравнительно небольшим числом систем движения, расположенных в виде векторов, и что адаптация выявляет разрывы между ними. Сосчитывая прямые линии в эффекте последействия, можно, видимо, установить число векторов, вовлеченных в это явление; однако существует, как ни странно, трудность при точной оценке этого числа, несмотря на то, что описываемый эффект у большинства людей проявляется довольно отчетливо. Этих линий — около пятидесяти, следовательно, направление движения представлено в нервной системе приблизительно пятьюдесятью векторными системами. Когда происходит разбалансирование этих систем при адаптации к длительному движению, мы испытываем «иллюзию водопада». Эти рассуждения гипотетичны, однако, вероятно, они наилучшим образом объясняют данный феномен.

Своеобразная особенность «эффекта водопада» заключается в том, что он вовсе не возникает, если движущийся объект закрывает целиком всю сетчатку и движется в виде сплошного поля. Эффект возникает лишь при относительном движении, то есть при движении изображения лишь в одних частях сетчатки относительно других. Причина этого явления еще полностью не изучена, но, по-видимому, система восприятия движения изображение сетчатка связана главным образом с относительным движением. Мы сравнительно плохо определяем движение объектов, когда видим их без фона и когда, следовательно, нет движения изображения объекта в одних частях сетчатки относительно других. Очевидно, при этом адаптируется система восприятия относительного движения, и именно эта адаптация и является в нервной системе непосредственным индикатором скорости движения, а не изменение положения объекта во времени. Тот факт, что стимуляция всей сетчатки дает очень небольшой эффект последействия — или даже не дает его совсем, — является счастливым обстоятельством, благодаря которому шоферы редко испытывают эту иллюзию, даже если машина неожиданно останавливается после длительного пути.

КАЖУЩЕЕСЯ ДВИЖЕНИЕ

Как мы уже знаем, вое сенсорные системы могут быть обмануты, однако наиболее устойчивый обман чувств возникает во время просмотра кинофильма. Хотя в кино нам предъявляется серия неподвижных картин (24 в секунду в звуковом фильме и 16 или 18 в немых), мы (видим непрерывное действие. Это связано c двумя довольно различными зрительными явлениями. Первое состоит в инерции зрения, второе — в так называемом фи-феномене.

Инерция зрения представляет собою просто неспособность сетчатки отвечать на частые колебания яркости света и сигнализировать о них. Если свет включается и выключается сначала медленно, а затем все чаще, мы будем видеть мелькание света до тех пор, пока его частота не достигнет приблизительно 30 вспышек в секунду, после чего он будет казаться непрерывным. Если свет яркий, критическая частота слияния изображений, или критическая частота мельканий (как называется это явление), значительно выше и может достигнуть порядка 50 вспышек в секунду. (Это связано с некоторыми неудобствами, так как мелькания концов флюоресцирующих ламп могут вызывать неприятные ощущения, особенно если свет попадает на периферию сетчатки.)

Как мы уже сказали, в кино отдельные картины проецируются с частотой 24 кадра в секунду, однако, это значительно ниже критической частоты слияния изображений; можно спросить, почему же мы не видим мелькающих картин. В ранних фильмах это было действительно так, но современные кинопроекторы снабжены специальным перекрывающим устройством, благодаря которому каждое изображение показывается трижды в быстрой последовательности, так что, хотя показывается всего 24 изображения в секунду, частота мельканий составляет 72 вспышки света в секунду. Эта величина превышает критическую частоту мельканий для всех, кроме ярких участков изображений, попадающих на периферию сетчатки. Здесь могут быть видны отдельные мелькания.

В телевидении проблема мельканий решается совершенно иначе. Изображение не предъявляется целиком, как (в кино, а построено из строк (известных под названием растр), которые сводят на нет мелькания, хотя они существуют в действительности и могут быть помехой, и даже представлять опасность для людей с тенденцией к эпилепсии, на которых мелькания могут оказать серьезною воздействие. Это явление используется в диагностических целях. Мелькания могут представлять опасность также при некоторых довольно неожиданных обстоятельствах, как, например, при езде на машине мимо ряда деревьев, чьи тени падают на дорогу, освещенную косыми лучами заходящего солнца, или при посадке вертолета. Лопасти ротора вертолета вызывают мелькание света, что может быть весьма пагубным и опасным.

Низкая частота мельканий вызывает очень странное ощущение и у здорового человека и у людей с тенденцией к эпилепсии. При частоте вспышек порядка 5-10 (в секунду могут появляться яркие цветовые пятна, а также движущиеся и неподвижные фигуры, причем эффект может быть исключительно отчетлив. Их происхождение непонятно, возможно, что они возникают вследствие непосредственного нарушения зрительных систем мозга как результат массивных повторных разрядов активности сетчатки, перегружающих эту систему. Узоры, которые видны при этом эффекте, настолько разнообразны, что трудно по их виду (сделать какое-либо заключение о природе мозговых систем, которые при этом выходят из строя. Стимуляция сетчатки яркими вспышкам света может вызвать неприятное ощущение, часто приводящее к головной боли и тошноте.

Другое важное зрительное явление, на котором основано кино, — это кажущееся движение, известное как фи-феномен. Имеется обширная литература, посвященная экспериментальному исследованию этого явления. Обычно оно изучается в лабораторных условиях с помощью очень простого приспособления — двух источников света, выключение одного из которых автоматически вызывает включение другого. При точном соблюдении определенного расстояния между источниками света и определенного временного интервала между включением одного и другого можно видеть, как единое световое пятно движется от места первого источника света к месту второго. Гештальтпсихологи считали, что это кажущееся движение света, пробегающего через промежуток, разделяющий два источника света, возникает (вследствие электрического (разряда (пли электрического поля) (В мозгу, проносящегося через зрительную проекционную область и заполняющего этот промежуток. Фи-феномен интенсивно изучался в те времена, когда считалось, что он (выявляет процессы, происходящие непосредственно в самом мозге. В настоящее (время большинство авторш считают точку зрения гештальтпсихологов ошибочной. Рассмотрим еще (раз пример передвижения изображения по сетчатке, вызывающего иллюзорное восприятие движения в результате последовательной стимуляции рецепторов сетчатки. Если мы оставим пока в стороне рецепторы, работающие в момент между двумя вспышками света или между отдельными изображениями движущихся объектов в кино, в то время когда мы продолжаем видеть движение, то должны ли мы предполагать существование некоторых специально заполняющих брешь процессов, как основы того, что мы продолжаем видеть движение? Не объясняется ли это просто тем, что данные стимулы адекватно действуют на сетчаточную систему движения, что и приводит к (заполнению промежутков в пространстве или во времени, если только они не слишком велики? Проведем аналогию с ключом и замком. Чтобы открыть замок, ключ не должен иметь абсолютно точную форму отверстия в замке. Всегда имеется некоторая степень погрешности. В самом деле, некоторая погрешность должна быть, в противном случае очень небольшое изменение в форме отверстия замка или ключа мешало бы его работе. Очень вероятно, что система восприятия движения изображение/сетчатка отвечает на стимулы, в известной мере сходные c теми, которые приходят в мозг при обычном движении изображения по сетчатке; весьма вероятно также то, что эта система допускает прерывистые изображения, если только разрывы пространства и времени не слишком велики. Фи-феномен дает нам некоторые (сведения о работе системы изображение/сетчатка, а именно то, что она допускает известную неточность в своей работе, чему обязаны своим развитием современные кино и телевидение.

ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ

До сих пор мы рассматривали основные механизмы восприятия движения — гари стимуляции сетчатки движущимся изображением или при слежении глазами за объектом. Существуют, однако, иные механизмы, также имеющие отношение к восприятию движения. Всякий раз, когда мы видим движение, мозг должен решить, что именно движется и что неподвижно относительно некоторой системы отсчета. Хотя, как мы уже видели, ошибочно думать, что иллюзорное движение обязательно предполагает какое-либо реальное движение, по-прежнему справедливо положение, что любое реальное движение относительно и всякий раз требует решения. Наглядные примеры тому возникают всякий раз, когда мы изменяем свое положение — при ходьбе, езде на машине, в полете. Как правило, мы знаем, что это движение обусловлено нашим собственным перемещением среди окружающих объектов, а не является результатом движения этих объектов, однако это требуется решить. Как и следовало ожидать, иногда это решение ложно, и тогда у нас возникают ошибки восприятия и иллюзии, которые могут быть очень серьезны, потому что восприятие движения биологически важно для сохранения жизни. Это верно применительно к человеку, живущему как в условиях современной цивилизации, так и в первобытном обществе. Нельзя игнорировать ошибки восприятия движения при полете или вождении машины.

Большинство исследований, посвященных зрительному восприятию, было проведено с неподвижным наблюдателем; ему часто предлагалось смотреть в ящик, в котором находилась аппаратура, демонстрирующая перед ним мелькающий свет или различного рода картины. Однако реальное восприятие осуществляется во время свободного передвижения наблюдателя в мире, где некоторые из окружающих объектов также находятся в движении. Исследование восприятия в реальной ситуации сопряжено с серьезными техническими трудностями, однако попытки такого рода весьма ценны, даже если они связаны с использованием сравнительно сложной аппаратуры. Результаты таких исследований могут иметь большое значение не только для вождения машины или самолета, но и для космических полетов. Весьма важный вопрос заключается в том, насколько можно доверять наблюдениям человека, (совершившего посадку на Луну, если весь его предварительный опыт зрительного восприятия ограничен земными условиями. В необычных условиях космоса предметы могут быть освещены странным образом, что может привести к нарушению восприятия величины и расстояния. Как мы еще увидим, восприятие величины, расстояния и скорости не отделимо друг от друга, а сложным образом (связано одно с другим, так что ошибки в восприятии одного из них могут быть причиной неожиданных ошибок в восприятии другого.

Как мы уже знаем, всегда требуется решить, что же именно движется. Если наблюдатель идет пешком или бежит, вопросов на этот счет не возникает, так как он получает большое количество информации от своих ног, сообщающих ему о его движении относительно земли. Однако, если он едет на машине или летит в самолете, ситуация значительно усложняется. Когда его ноги отрываются от земли, основным источником информации остаются глаза, исключая моменты ускорения или замедления движения, когда органы равновесия, расположенные в среднем ухе, дают некоторую, хотя часто и ошибочную, информацию.

Феномен, известный под названием «индуцированное движение», очень основательно изучался гештальтпсихологом Дункером. Он является автором нескольких красивых опытов, которые показывают, что в тех случаях, когда мы судим о движении только на основании зрительной информации, мы склонны воспринимать большие предметы как неподвижные, а (мшыпие — как движущиеся. Яркая демонстрация этого факта может быть получена с помощью /светового пятна, расположенного на экране. Если экран перемещается (рис. 7, 7), то наблюдателю кажется, что движется не экран, а световое пятно внутри него, хотя в действительности оно неподвижно.

Рис. 7, 7. Индуцированное движение. Световое пятно проецируется на экран, который затем приводится в движение. Кажется движущимся как раз неподвижное пятно. Этот эффект возникает, если движущаяся часть объекта больше неподвижной или если более вероятно, что именно эта часть должна быть неподвижной (из экспериментов Дункера).

Следует отметить, что в данном случае фактически имеется лишь зрительная информация — поскольку по сетчатке движется изображение экрана, а не световое пятно, — однако эта информация не всегда достаточна, чтобы решить вопрос, что же движется. (Этот факт имеет отношение к обсуждавшемуся выше вопросу о том, почему мир не кажется всегда нестабильным подобно блуждающему свету.)

Очевидно, поскольку обычно движутся более мелкие предметы, мозг всегда делает наилучший выбор и склонен считать, что движутся именно маленькие, а не большие предметы, если на этот счет возникает сомнение. (При вождении машины может возникнуть ложное представление о том, что же движется: свой ли тормоз перестал работать или же машина впереди (движется назад?)

КАЖУЩЕЕСЯ ДВИЖЕНИЕ И РАССТОЯНИЕ

Когда мы смотрим на Луну или звезды во время езды на машине, нам кажется, что они движутся вместе с нами, но несколько медленнее. При скорости около 100 км в час кажется, что Луна движется со скоростью 8— 16 км в час. Мы видим, что она движется медленнее нас, однако она продолжает находиться рядом с нами, никогда не оказываясь позади. Это удивительное явление.

Луна находится так далеко, что мы можем считать это расстояние бесконечным. Когда машина движется, угол, под которым видна Луна из машины, остается практически неизменным, он не изменяется, хотя мы движемся относительно Луны. Однако нам кажется, что Луна находится на расстоянии всего нескольких сот метров. Мы заключаем об этом на основании ее видимой величины. Она видна под углом 1/2°, но, как нам кажется, по размерам соответствует объекту, который виден под таким же углом и находится в нескольких сотнях метров от нас. Теперь представим себе для сравнения, что некий объект находится в нескольких сотнях метров от нас и он кажется точно такой же величины, как и Луна. Если мы поедем мимо него, мы быстро его обгоним. Но Луну нельзя обогнать, потому что она фактически очень отдалена от нас; и единственный способ для перцептивной системы совместить эти факты — это интерпретировать Луну как некий объект, движущийся параллельно с машиной. Видимая скорость движения Луны определяется кажущейся удаленностью ее от нас. (Если рассматривать Луны через специальные призмы, вызывающие конвергенцию глаз, вследствие чего расстояние до Луны будет казаться то большим, то меньшим, видимая скорость движения Луны также будет изменяться.)

Сходный эффект будет наблюдаться при стереоскопической проекции диапозитивов волшебного фонаря. Если проецируемое изображение обладает глубиной, что достигается с помощью перекрестных проекторов, то кажется, что оно поворачивается, следуя за движением наблюдателя. Так, стереоскопическое изображение коридора поворачивается таким образом, что передний план изображения движется вместе с наблюдателем, изображение как будто преследует его. Этот эффект вызывает неприятное ощущение и даже тошноту. Если конвергенция глаз увеличивается, то все изображение и его передний и задний план перемещаются по экрану каждый раз, когда наблюдатель движется. Этот эффект прямо связан с явлениями конвергенции и диспаратности изображений, однако, он еще не ясен во всех деталях, и, видимо, следует продолжить его изучение.

Стереопроекция представляет в этом отношении особый интерес, потому что наблюдаемые объекты в действительности расположены на плоскости экрана в двух измерениях, хотя и воспринимаются нами как трехмерные; таким образом, мы имеем здесь сходную ситуацию с движением наблюдателя при неизменном параллаксе. В обычных условиях, когда мы двигаемся в какую-нибудь сторону, скажем, направо, ближайшие к нам предметы перемещаются налево. Действительно, мир поворачивается вокруг точки фиксации глаз в направлении, противоположном нашему движению. Но когда мы смотрим на изображения при стереопроекции, происходит прямо противоположное; нам кажется, что, когда мы движемся, оно поворачивается в том же направлении, причем точка поворота определяется конвергенцией глаз. Это происходит помимо воли наблюдателя и связано с разделением двух стереоизображений на экране. (Сделайте стереопроектор, этот эффект стоит того, чтобы его увидеть.)

Когда наблюдатель перемещается, не чувствуя ногами земли, он переключается на зрение, чтобы узнать, движется ли он, и оценить свою скорость. Когда летишь высоко на самолете, то движение почти или совсем не ощущается, но при посадке и взлете мы не знаем, то ли мы движемся, то ли это земля мчится нам навстречу. Иллюзии и ошибки в этой ситуации часты и драматичны. Их так много, что пилот должен научиться в значительной мере обходиться без показаний своих органов чувств и переключиться на показания аппаратуры.

Эта ситуация аналогична той, при которой возникает индуцированное движение. Мы делаем лучший выбор на основании очень небольшой /информации. В обычных условиях основной информацией о движении является информация, поступающая от сетчатки, — в особенности от ее периферии — при упорядоченном движении по ней изображения объекта. Если, например, вращающаяся спираль, подобная той, которая изображена на рис. 7, 5, снята на пленку и показывается крупным планом на экране кино, то нам кажется, что мы приближаемся или отдаляемся от нее, а не видим ее расширяющейся или сокращающейся, как это происходит, если изображение этой спирали занимает только часть сетчатки. Однако не так часто изображение упорядоченного движения занимает всю сетчатку, за исключением тех случаев, когда это происходит за счет движения глаз. Именно в таких случаях и требуется принять правильное решение. Благодаря этому механизму и возникает эффект кино».

8. Восприятие цвета

Исследование цветового зрения является одним из направлений основного русла изучения зрительного восприятия. Почти полностью доказано, что ни одно млекопитающее, включая приматов, не обладает цветовым зрением, и если некоторые из его представителей и имеют цветовое зрение, то лишь в весьма рудиментарной форме. Еще более странно то, что многие низшие животные обладают прекрасным цветовым зрением: оно в высокой степени развито у птиц, рыб, пресмыкающихся и насекомых, таких, как пчелы и стрекозы. Мы придаем такое большое значение нашему восприятию цвета — главному фактору в зрительной эстетике, глубоко влияющему на наше эмоциональное состояние, что нам трудно представить себе серый зрительный мир других млекопитающих, включая наших домашних кошек и собак.

Изучение цветового зрения имеет бурную историю. Вокруг проблем разгорались страсти. Выдвигались самые различные теории, которые никогда полностью не забывались; однако, когда все будет сказано, весьма вероятно, что, по существу, правильными окажутся самые первоначальные теории.

Начало исследованию цветового зрения положила известная работа Ньютона «Оптика». Название этой книги полностью соответствует ее содержанию; возможно, поэтому данный научный труд того времени стоит прочесть и в наши дни. «Оптика» написана в Тринити-Колледже в Кембридже, в комнатах, которые существуют и поныне и в которых все еще живут. В этих комнатах проводились классические эксперименты, так же как и менее успешные ньютоновские опыты по превращению простых металлов в золото. В феврале 1692 года, после того как его эксперименты со светом были завершены и книга почти полностью написана, рукопись и все его заметки сгорели от пламени свечи в то время, когда он был в церкви. Ньютон, как писали его современники, был, разумеется, очень расстроен. Только в 1704 году он восстановил и опубликовал эту работу — она была его последней книгой, вместо того чтобы быть первой. При жизни Ньютона книга выходила еще в трех изданиях (в 1717, 1721 и 1730 годах), каждое из которых содержало добавления, особенно знаменитые «Вопросы», в (которых излагаются некоторые из его выдающихся гипотез о природе физического мира.

Ньютон показал, что белый свет состоит из всех цветов спектра; по мере развития волновой теории света стало ясно, что каждому цвету соответствует определенная частота световой волны. Весьма важным является вопрос о том, каким образом возникают различные нервные ответы, соответствующие различной частоте света. Острота проблемы состоит в том, что частота излучения в видимой части спектра весьма велика — значительно больше, чем та частота, которую могут непосредственно воспроизвести нервные элементы. Фактически наивысшее число импульсов, которое (могут передавать не, рвы, значительно ниже 1000 в секунду, в то время как частота света составляет миллион миллионов колебаний в секунду. Проблема состоит в том, каким образом частота света кодируется медленно действующей нервной системой.

Первый, кто пытался разрешить эту проблему, был Томас Юнг (1773–1829); он выдвинул теорию, развитую в дальнейшем Гельмгольцем, чьи работы в этом направлении остаются лучшими из всех, которые мы знаем. Вклад Юнга в разрешение этой проблемы был оценен Клерком Максвеллом следующим образом:

«По-видимому, почти банально заявление, что цвет — это ощущение, и все же Юнг, самым искренним образом признающий эту элементарную истину, разработал первую содержательную теорию цвета. Насколько мне известно, Томас Юнг был первым, кто, исходя из хорошо известного факта существования трех первичных цветов, искал объяснение этому факту не в природе света, а в конституции человека».

Рис. 8, 1. Томас Юнг (1773–1829). Копия портрета работы Лоуренса. Вместе с Гельмгольцем Юнг положил начало современным исследованиям цветового зрения. Будучи всесторонне одаренным человеком, Юнг внес важный вклад в науку о зрении, а также в Египтологию, оказав помощь в переводе «Rosetta Stone».

Если существуют рецепторы, чувствительные к каждому отдельному цвету, тогда их было бы, по крайней море, 200 различных типов. Однако это невозможно по той простой причине, что мы видим почти так же хорошо в окрашенном свете, как и в белом. Число действующих рецепторов не может, таким образом, очень сильно сокращаться при монохроматическом свете, следовательно, не может существовать более чем несколько типов светочувствительных рецепторов. Юнг ясно выразил это. В 1801 году он писал:

«В настоящее время, когда почти невозможно представить себе, что каждая чувствительная точка сетчатки содержит бесчисленное множество составных частиц, способных вибрировать в унисон с каждым возможным световым колебанием, мы приходим с необходимостью к предположению о существовании ограниченного числа рецепторов сетчатки, воспринимающих, например, такие основные цвета, как красный, желтый и синий…»

В работах, написанных позже, он настаивал, что число «основных цветов» равно трем, однако, заменил (Красный, желтый и синий на (красный, зеленый и фиолетовый.

Теперь мы переходим к существу проблемы: каким образом воспринимаются все цвета с помощью небольшого числа рецепторов? Был ли Юнг прав, предполагая, что их только три? Можно ли определить, какие именно цвета шляются «основными»?

Возможность того, что вся гамма цветов может быть получена из нескольких «основных» цветов, доказывается единственным важным наблюдением — цвета можно смешивать. Это может показаться очевидным, однако фактически в глазу эти процессы смешения происходят совсем иначе, чем в ухе. Два звука нельзя смешать так, чтобы получить отличный от них третий звук, но два цвета дают третий, в котором эти составные части уже не видны. Составные звуки слышны как аккорд и могут быть выделены порознь, во всяком случае, музыкантом, чего нельзя сделать в отношении света.

Употребляя термин «смешение цветов», мы должны иметь ясное представление о том, что имеется в виду. Чтобы получить зеленый цвет, художник смешивает желтый и синий, но он смешивает не отдельные световые лучи определенной частоты, а весь спектр цветов, минус те цвета, которые поглощаются пигментом его глаз. Это так сложно, что мы не будем касаться вопроса о пигменте и рассмотрим только те световые лучи, которые остаются после прохождения через цветовой фильтр или создаются с помощью призмы (или интерференционной решетки).

Желтый цвет мы видим три комбинации (красных и зеленых световых лучей. Юнг предполагал, что желтый цвет мы видам всегда при смешивании в определенных пропорциях красного и зеленого и что не существует специального типа рецепторов, чувствительных к желтым световым лучам, а имеется скорее два типа рецепторов, чувствительных соответственно к красным и зеленым лучам, совместная работа которых и дает ощущение желтого цвета.

Фактически понимание сущности желтого цвета представляет собой основной пункт разногласий между представителями различных теорий цвета. Является ли восприятие желтого цвета результатом совместной деятельности красно/зеленой систем рецепторов или оно первично, в пользу чего оговорит простота ощущения, которое он вызывает? Хотя довод о том, что желтый цвет кажется простым по ощущению — он не похож на смесь, — и был выдвинут против Юнга, он не обоснован. Дело в том, что, если смешать красные и зеленые световые лучи (при проекции этих лучей на экран), мы видим желтый цвет, и это ощущение не отличимо от того, которое возникает при монохроматическом свете желтой части спектра. Безусловно, что в этом примере простота ощущения не дает нам основания заключить о простоте нервных процессов, лежащих в основе этого ощущения; очевидно, это справедливо вообще применительно ко всем видам ощущений и восприятий.

Юнг остановился на трех «основных» цветах по очень простой причине. Он обнаружил, что можно создать любой цвет, видимый в спектре (в том числе и белый) путем смешивания трех, но не менее чем трех световых лучей, подбирая соответствующую интенсивность света. Он установил также, что диапазон пригодных для этого длин волн довольно широк, и это и составляет ту трудность, с которой мы сталкиваемся при решении вопроса, каковы же первичные цвета. Если бы только три определенных цвета давали при смешивании всю гамму оттенков спектра, мы могли бы сказать с некоторой уверенностью, что именно они-то и соответствуют основным цветовым системам глаза, однако нет единого набора из световых лучей трех длин волн, который бы удовлетворял этим условиям.

Опыт Юнга очень красив. На рис. 8, 2 изображена схема этого опыта.

Рис. 8, 2. Эксперимент Юнга по смешению цветов. Смешивая три световых луча (а не краски), довольно далеко отстоящие друг от друга в спектре, Юнг показал, что можно получить любой цвет спектра, подбирая соответствующие интенсивности. Он смог также получить белый цвет, но не получил черного цвета и такие неспектральные цвета, как коричневый. Он считал, что глаз эффективно смешивает три цвета, которые воспринимаются тремя основными чувствительными системами. Эта идея остается центральной в объяснении цветового зрения.

Итак, согласно теории Юнга — Гельмгольца, существует три типа цветочувствительных рецепторов (колбочек), которые отвечают соответственно на красный, зеленый, синий (или фиолетовый) цвета, а ощущения всех остальных цветов спектра возникают при смешении сигналов этих трех рецепторных систем. Чтобы построить основные кривые чувствительности, надо было проделать большое количество экспериментов, и это оказалось неожиданно трудным делом. Наилучшие из полученных кривых показаны на рис. 8, 3.

Рис. 8, 3. Основные кривые цветовой чувствительности глаза согласно В. Д. Райту. Они представляют собой предполагаемые кривые поглощения света тремя типами цветочувствительных пигментных элементов. Все цвета возникают при соответствующем смешении этих трех.

Посмотрим теперь на следующий график, на решающую для понимания цветового зрения так называемую кривую различения оттенков (рис. 8, 4).

Рис. 8, 4. Кривая различения оттенков. Она показывает, что минимальные воспринимаемые нами различия в длине волн (Δλ,) изменяются в зависимости от длины световой волны (λ). Эта величина меньше всего (то есть цветовое различие — наилучшее) там, где основные кривые реактивности (рис. 8, 3) имеют самые крутые изгибы. В общих чертах это верно.

Здесь сравнивается длина световой волны с наименьшим различием в восприятии оттенка цвета. Теперь если мы посмотрим на предыдущий график (рис. 8, 3), то увидим, что оттенок цвета будет изменяться очень мало по мере изменения длины световой волны на концах спектра, так как единственное, что происходит при этом, — это постепенное увеличение активности систем, воспринимающих красный и синий цвета, без включения в работу других систем. Иначе говоря, на концах спектра мы увидим — при изменении длины световой волны — изменения в яркости, но не в цвете. Вот и все, что при этом происходит. С другой стороны, в середине спектра мы должны ожидать существенных изменений цвета, когда чувствительность системы, ответственной за восприятие красного цвета, быстро падает, а чувствительность системы восприятия зеленого цвета быстро возрастает. Малейший сдвиг в длине световой волны будет вызывать большие изменения в соотношении активности систем, ответственных за восприятие красного и зеленого цвета, что приводит к заметным изменениям оттенка цвета. Таким образом, следует предположить, что вблизи желтого цвета оттенки различаются исключительно хорошо — и так оно и есть на самом деле.

Мы опустим здесь изложение бурных дебатов нашего времени по вопросу о том, существует три, четыре или семь цветовых систем, и примем концепцию Юнга, считавшего, что все цвета являются результатом «смешения трех основных цветов. В цветовом зрении существует, однако, гораздо больше проблем, чем это обнаружено в экспериментах — с простыми окрашенными пятнами света. В последнее время имели большой успех работы гениального американского изобретателя Эдвина Лэнда. Помимо изобретения поляроида (сделанного им еще в бытность его студентом), превратившегося позже в камеру Лэнда, он показал о помощью изящных опытов, что то, что верно в отношении цвета, получаемого путем смешения простых световых пятен, не исчерпывает всей проблемы восприятия цвета. Когда смешиваемые цветовые пятна более сложны по конфигурации и изображают предметы, происходит нечто странное. То, что показал Лэнд, было известно в общем уже давно, но ему принадлежит заслуга обнаружения дополнительных явлений в цветовом зрении, возникающих в более сложных ситуациях при накладывании друг на друга фотографий и изображений (реальных объектов. В самом деле, его работа напоминает нам об опасности упустить само явление из-за упрощения ситуации, которое производится с целью получить чистые эксперименты.

Лэнд, в сущности, повторил опыты Юнга по смешению цветов, используя, однако, не простые цветовые пятна, а прозрачные фотографические пластинки. Теперь мы можем считать что все эти опыты с проекцией окрашенных фотографий являются, по существу, продолжением работ Юнга, так как во всех цветных фильмах практически используется только три цвета. Лэнд уменьшил их число до двух и обнаружил, что с помощью только двух цветов получается неожиданное богатство красок. Техника опыта состоит в том, что фотографические негативы с одними и теми же изображениями проецируются через различные цветовые фильтры. Негативные пленки превращаются в позитивные и проецируются через те же фильтры, что и дает на экране наложенные друг на друга изображения. Довольно хорошие результаты получаются, если взять один проектор с красным фильтром, а другой — без всякого фильтра. Исходя из опыта Юнга, мы не должны были бы ожидать чего-либо от оттенков розового цвета различной насыщенности (полученных с помощью добавления белого цвета); однако в действительности мы получаем зеленый и другие цвета, которых фактически нет. Эти результаты можно было бы предвосхитить, если учесть два хорошо известных факта. Во-первых, вначале в цветных фильмах использовались только два цвета, но все возможности этого метода не были в достаточной мере реализованы. Во-вторых, как мы уже знаем, хотя Юнг и обнаружил, что цвета спектра, включая белый, могут быть получены при смешении трех окрашенных световых лучей, таким способом невозможно получить любой цвет, который доступен нашему восприятию. Например, таким образом нельзя получить коричневый цвет, а также цвета металлов, таких, как серебро или золото. Следовательно, существует нечто сверх трех цветов, не говоря уже о двух.

Рассмотрим обычные цветные фотопластинки, проецируемые на экран. Этот способ дает нам все цвета, которые способен воспринять наш глаз, но он основан только на трех цветовых лучах, открытых Юнгом. Цветное кино — не более чем устройство, состоящее из трех цветных фильтров, расположенных на определенном расстоянии друг от друга, но оно дает нам даже коричневый и другие цвета. Юнг не мог их получить с помощью своих трех цветовых лучей. По-видимому, когда три цветовых потока объединяются в сложные структуры и особенно когда они изображают предметы, мы видим большее разнообразие цветов, чем в тех случаях, когда те же самые цветовые потоки предъявляются в виде простых структур, как, например, на рис. 8, 2.

Все это означает, что нельзя представлять себе цветовое зрение в виде простой системы: восприятие цвета обусловлено не только стимуляцией глаза определенной длиной волн и интенсивностью света, но и тем, изображает ли совокупность цветовых пятен предметы; тогда вступают в действие высшие корковые уровни мозговых процессов, исследование которых сопряжено с исключительными трудностями. Коричневый цвет — это сверхнасыщенный желтый (его можно получить путем адаптации глаза к цвету, дополнительному к желтому, с последующей стимуляцией желтым светом); однако в обычных условиях, чтобы воспринять коричневый цвет, требуется контраст, определенная совокупность линий и преимущественная интерпретация освещенной области как поверхности предметов; и все же в обычной жизни коричневый цвет — один из наиболее распространенных. Для глаза белый цвет — это не специальное смешение цветов, а скорее общее освещение, каким бы оно ни было. Так, мы видим свет фар автомобиля белым, когда ведем машину за городом, но в городе, где есть яркий белый свет для сравнения, свет фар кажется нам совсем желтым; то же происходит и со светом свечи или лампы. Это — значит, что наем: трудно оценить белый цвет, если нет критерия того, что такое белое. Ожидание или предварительное знание обычного цвета предмета очень важно. Вероятно, такие предметы, как апельсины и лимоны, имеют более богатый и естественный цвет, если они узнаются как таковые, однако они, разумеется, не исчерпывают проблему. Лэнд с осторожностью использовал предметы, цвет которых не был известен наблюдателям, как, например, катушки с намотанной пластмассовой проволокой, ткани с рисунком из окрашенной пряжи, — и все же он получил удивившие его результаты.

Каким бы ни было наше окончательное мнение, — по этому вопросу существуют различные точки зрения, — ясно, что работа Лэнда выявила существование сложных добавочных мозговых процессов, связанных с обработкой сенсорной информации при организации ощущений в восприятие предметов. Было бы упрощением представлять себе зрение прежде всего как работу глаза и забывать о мозге.

ЦВЕТОВАЯ СЛЕПОТА

Весьма примечательно, что даже распространенная форма нарушения цветового зрения — смешение красного цвета с зеленым — была открыта лишь в XIX столетии, когда химик Джон Дальтон обнаружил, что он не может четко различать некоторые вещества по их цвету, хотя другие люди могли это делать без труда. Причина этого отчасти заключается в том, что мы называем предметы, пользуясь разными критериями. Мы называем траву зеленой, хотя не знаем, одинаково дли ощущение, возникающее при взгляде на траву у разных людей. Трава — определенный вид растений, растущих на лужайках; ощущение цвета, которое она вызывает, мы все называем «зеленый», но мы узнаем траву не только по цвету, но и по другим признакам — форме листьев, густоте и т. д., и если мы склонны путать цвета, существуют обычно дополнительные признаки, достаточные для того, чтобы определить это растение как траву. Мы знаем, что она должна быть зеленой, и называем ее зеленой, даже если это вызывает сомнение.

Однако когда химик определяет вещества, случается, что вещество, в бутылке может быть определен© только по цвету, и тогда сама способность химика определять и (называть цвета должна подвергнуться испытанию. В тестах на цветовое зрение всегда используются изолированные цвета в качестве единственного определяющего предмет признака, и тогда легко обнаружить, обладает ли испытуемый нормальной способностью различать цвета, или он видит единый цвет там, где другие люди видят разные цвета.

Как уже говорилось выше, наиболее распространенным нарушением цветового зрения является неумение различать красное и зеленое. Существует, однако, (много других видов нарушений. Смешение красного и зеленого встречается, как ни странно, весьма часто. Приблизительно 10 % мужчин имеют этот дефект в довольно яркой форме; у женщин он встречается крайне редко. Менее распространенным является смешение зеленого и синего. Исходя из трех предполагаемых цветовых рецепторных систем, цветовую слепоту подразделяют на три главных вида; раньше их называли просто слепотой на красный, зеленый и синий цвета, но теперь избегают этих названий. У некоторых людей обнаруживаются полное отсутствие одного из трех видов колбочковых цветовых систем, их называют теперь протанопы, дейтеранопы и тританопы (что соответствует дефектам первой, второй и третьей цветочувствительных систем), однако это не внесло большей ясности. Для этих людей достаточно смешать только два окрашенных световых потока, чтобы получить все спектральные цвета, доступные их восприятию. Таким образом, результаты работы Юнга по смешению цветов применимы к большинству людей, но не к исключительным случаям цветовой слепоты. Чаще встречается не полное выпадение цветового зрения, а уменьшение чувствительности к некоторым цветам. Эти нарушения обозначают как протанопия, дейтеранопия и тританопия. Последняя форма, тританопия, встречается чрезвычайно редко. Людей, страдающих этими дефектами, характеризуют как имеющих аномальное цветовое зрение. Это означает, что, хотя им требуется три окрашенных световых потока, чтобы получить доступные их восприятию цвета спектра, им нужны иные пропорции этих трех составляющих, чем остальным людям.

Те пропорции, в которых надо сметать красный и зеленый цвета, чтобы получить монохроматичный желтый, являются самым важным показателем аномалии цветового зрения. Лорд Рэлей в 1881 году обнаружил, что людям, которые путают красный цвет с зеленым, требуется большая интенсивность красного или зеленого, чтобы они увидели желтый цвет. Для исследования цветового зрения изготовлены специальные инструменты, которые создают монохроматически окрашенное поле, близкое по цвету к полю смешанного красно-зеленого цвета. Соотношение интенсивностей красного и зеленого цвета в смеси можно изменять до тех пор, пока смешанный цвет не будет восприниматься наблюдателем точно таким же, как и монохроматический желтый. Деления шкалы отражают эти пропорции, они-то и служат показателем степени нарушения цветового зрения — степени протанопии или дейтеранопии. Этот инструмент называется аномалоскопом.

Желтый цвет кажется чистым цветом, поэтому принято «считать, что существует специальный набор рецепторов, чувствительных к желтому цвету. Однако с помощью аномалоскопа можно довольно просто показать, что желтый цвет фактически всегда возникает при смешении в определенных пропорциях красного и зеленого цветов.

Наблюдатель настраивает аномалоскюп таким образом, чтобы монохроматический и получаемый путем смешивания желтый цвета были идентичны. Затем он смотрит на ярко-красный свет, чтобы глаз адаптировался к красному. После адаптации сетчатки к красному цвету он вновь смотрит в аномалоскоп, и его просят оценить, продолжают ли совпадать те же два поля по цвету. Он будет видеть оба поля зелеными, и они будут одного и того же зеленого цвета. Совпадение полей не нарушается при адаптации к красному цвету, так что наблюдателю не потребуются иные пропорции красного и зеленого цвета в смеси, чтобы получаемый цвет совпал с монохроматическим желтым. Нельзя, следовательно, на основании показаний аномалоскопа сказать, что наблюдатель адаптировался к красному цвету, хотя сам наблюдатель воспринимает совершенно иной цвет после адаптации — ярко-зеленый вместо желтого. То же самое происходит и при адаптации к зеленому цвету — оба поля будут казаться наблюдателю одного и того же красного цвета. Совпадение грето® продолжает сохраняться (рис. 8, 5).

Рис. 8, 5. Существует ли специальный рецептор, чувствительный к желтому цвету? Данный эксперимент дает ответ на этот вопрос. Он проводится с помощью аномалоскопа — аппарата, дающего поле смешанного красно зеленого цвета (видимого желтым), которое кажется идентичным соседнему полю монохроматического желтого цвета. Адаптация к красному или зеленому цвету не нарушает совпадения двух полей по цвету для наблюдателя; из этого опыта следует, что не существует отдельного механизма, ответственного за восприятие желтого цвета, — желтый цвет всегда виден при совместной работе рецепторных систем, чувствительных к красному и зеленому цвету.

Если бы, однако, существовал специальный вид рецепторов, чувствительных к желтому цвету, это бы не произошло. Специальные, чувствительные к желтому цвету рецепторы, давали бы при монохроматическом поле ощущение желтого цвета, несмотря на адаптацию к красному или зеленому цвету, приводящую к изменению цвета смешанного поля. Простые рецепторы не могли бы давать при (адаптации сдвиги цветов на спектральной шкале. Но желтый цвет, видимый при совместной работе рецепторных систем, воспринимающих красный и зеленый цвета, должен был бы измениться после того, как изменится чувствительность той или другой системы под влиянием адаптирующего цвета. Таким образом, не могут существовать две различные системы, ответственные за восприятие цвета двух полей, или на эти две системы по-разному воздействует адаптация к окрашенному свету. Следовательно, не существует специальных рецепторов, чувствительных к желтому цвету.

Этот эксперимент можно повторить и с другими цветами со сходным результатом, показывающим, что ни один цвет не воспринимается специальной системой рецепторов. Те же самые результаты получены также и у аномальных наблюдателей: их первоначальное восприятие цвета было иным, но раз установленные соотношения компонентов после адаптации сохранялись неизменными.

Теперь мы приходам к любопытному заключению. Если с помощью аномаласкопа нельзя отличить нормальные глаза без цветовой адаптации и после нее, из этого следует, что аномалии цветового зрения не могут быть похожи на цветовую адаптацию. Но всегда как раз считалось, что цветовая аномалия в общем сходна с цветовой адаптацией, то есть цветовая аномалия рассматривалась как уменьшение чувствительности одной или более цветовых систем сетчатки вследствие частичной утраты фотопигмента. Это, по — видимому, неверно. Причина цветовой аномалии не ясна; может быть, существует много причин, но несомненно, что это нарушение возникает не вследствие простой недостаточности фотопигмента, иначе аномалоскоп ничего бы не показал.

9. Иллюзии

Восприятие может нарушаться различным образом. Наиболее драматичны случаи, когда у больного создается не реальное, а ошибочное представление обо всем мире. Это может быть вызвано некоторыми лекарствами шеи психическим заболеванием. Не только при галлюцинациях, {когда переживания полностью отключаются от реальной действительности, но и у нормальных людей может быть искаженное восприятие окружающих предметов. В этой главе мы коротко остановимся на галлюцинациях и уделим внимание расстройствам, приводящим к возникновению различного рода иллюзий.

ГАЛЛЮЦИНАЦИИ И СНЫ

Галлюцинации близки к сновидениям. Они могут быть зрительными или слуховыми или включать в себя другие ощущения, такие, как обоняние или осязание. Иногда жри галлюцинациях возникает одновременно несколько ощущений, так что больной испытывает полное впечатление их реальности. Галлюцинации могут быть социально детерминированы, и случается, что много людей рассказывают, что они были «очевидцами» (событий, которые в действительности никогда не происходили.

Существуют два подхода к галлюцинациям, и оба они уходят корнями глубоко в историю мышления. Сны и галлюцинации всегда вызывали удивление, иногда — страх, вследствие чего они оказывали влияние на поступки людей, что приводило порой к странным и даже ужасным последствиям.

Для мистика сны и галлюцинации — ото проникновение в иной мир реальности и истины. Некоторые современные (мыслители рассматривают мозг как обо его рода препятствие на пути понимания реальности, фильтр, находящийся между нами и потусторонним миром, из-за которого мы можем ясно видеть этот мир только тогда, тогда нормальное функционирование мозга нарушается под влиянием лекарств или болезни. Однако, с точки зрения более «земных» мыслителей, в том числе философов-эмпириков, мозг работает надежно только в здоровом состоянии, галлюцинации же, хотя и представляют интерес, и, возможно, наводят на размышления, — не более чем патологическая продукция мозга, которой не следует доверять и которой надо бояться.

Олдос Хаксли в своей работе «Врата восприятия» очень ярко представляет и излагает идеалистическую позицию, однако большинство неврологов и философов настаивают на том, что истина познается только посредством органов чувств, в то время как больной мозг порождает иллюзии и ему не следует доверять как поставщику истины.

Для эмпириков галлюцинации и сновидения отражают — спонтанную активность нервной системы, когда эта активность не контролируется (сенсорной информацией. Развернутые галлюцинации возникают в тех случаях, когда спонтанная активность переходит определенные границы.

Нейрохирург Уайлдер Пенфилд вызывает галлюцинации, раздражая области мозга слабым электрическим током; опухоли мозга могут быть причиной устойчивых зрительных или слуховых образов и «аура», предшествующая эпилептическим припадкам, также может быть связана с различного рода галлюцинациями. В этих случаях перцептивные системы активизируются не под влиянием обычных сигналов, идущих от рецепторов, а вследствие более центральных стимуляций. По-видимому, мозг всегда спонтанно активен, но эта активность в нормальном состоянии находится под контролем сенсорных сигналов. Когда эти сенсорные сигналы отключаются (как в изолированной камере), активность мозга может стать бесконтрольной, и вместо восприятия мира мы попадаем под власть галлюцинаций, которые могут быть устрашающими и вызывать чувство опасности или только раздражать или забавлять.

Существует много так называемых галлюциногенных лекарств, вызывающих яркие и фантастические образы, часто сопровождающиеся экстермальными эмоциональными состояниями. Представляет огромный интерес вопрос о том, каким образом воздействует на мозг даже небольшая концентрация определенных веществ. Почти столь же яркие (гипнотические) образы могут возникать и в просоночном состоянии, когда они могут быть похожими на кадры цветового фильма, а наиболее яркие сцены как живые проходят перед глазами, хотя глаза и закрыты.

Было обнаружено, что галлюцинации появляются также у людей, заключенных в одиночных тюремных камерах или помещенных с целью эксперимента в изолированные камеры с ослабленным или диффузным освещением — что достигается с помощью специальных темных очков, — где ничего не происходит на протяжении многих часов или дней. По~видимому, при отсутствии сенсорной стимуляции деятельность мозга может стать бесконтрольной и продуцировать фантастические образы, которые смогут доминировать над реальными впечатлениями. Возможно, что это отчасти происходит и при шизофрении, когда больной в малой степени контактирует с окружающем миром и, по существу, оказывается изолированным. Подобные последствия изоляции интересны не только с клинической точки зрения, они могут представлять некоторую опасность и в обычной жизни. Люда могут быть практически изолированы на протяжении нескольких часов в промышленных условиях, где мало что приходится делать и где контроль перешел от оператора к автоматам, требующим внимания только в редких случаях неисправности; в космических полетах люди также могут быть изолированы на длительное время. Эта опасность фактически и является причиной посылки в космос не одного, а группы людей.

С моей точки прения, нет оснований относиться к галлюцинациям как к таинственным явлениям, так как, хотя при этом переживания и бывают исключительно^ яркими, они, вероятно, никогда не передают информацию, достоверность которой может быть проверена. Однако бесконтрольная активность мозга может в известной мере указывать на скрытые мотивы и страхи.

РИСУНКИ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ НЕПРИЯТНЫЕ ОЩУЩЕНИЯ (ДИСКОМФОРТ)

Существуют рисунки, которые вызывают исключительно неприятные ощущения. Они могут быть довольно простыми, состоящими обычно из повторяющихся линий. Расходящиеся лучи, как на рис. 9, 2, или параллельные линии, как на рис. 9, 3, недавно исследовались Д. М. Мак-Кеем; автор считает, что зрительная система выходит из строя из-за перенасыщенности подобных структур. Дело в том, что здесь воспроизводится небольшая часть такого рисунка, про другие можно просто сказать: «остальное такое же».

Рис. 9, 1. Рене Декарт (1596–1650), философ, оказавший, пожалуй, наибольшее влияние на современных философов. Теперь трудно уйти от его дуалистического понимания духа и материи, которое пронизывает всю современную психологическую мысль. Он описал механизмы константности величины и формы в восприятии задолго до того, как они были изучены экспериментально.

Рис. 9, 2. Рисунок с лучами, исследованный Мак-Кеем. Не вызывает ли нарушение работы мозга перенасыщенность этого рисунка? Или близко расположенные линии стимулируют систему восприятия движения изображение/сетчатка вследствие небольших движений глаз, смещающих изображение на сетчатке? Если после рассматривания этого рисунка перевести взгляд на пустую стену, возникнет эффект последействия, похожий на движущиеся зерна риса. Подобное явление возникает после наблюдения за движущимся объектом при «эффекте водопада». Узоры из изогнутых линий могут переливаться на фоне последовательных образов.

Рис. 9, 3. Близко расположенные параллельные линии производят почти такое же впечатление, как и рисунок с лучами Мак-Кея.

Мак-Кей утверждает, что зрительная система обычно использует перенасыщенность объектов, чтобы сэкономить свою работу по анализу информации. Рисунок с расходящимися лучами представляет собой крайний вариант «перенасыщенных рисунков», которые вызывают нарушение в работе зрительной системы. Еще не ясно до конца, почему это происходит, можно представить себе другие рисунки, по-видимому, такие же перенасыщенные, которые не оказывают подобного действия на зрительную систему, — это весьма интересная мысль, заслуживающая внимания. Рисунок с расходящимися лучами вызывает любопытное последействие; если смотреть на него в течение нескольких секунд, появляются волнистые линии. Они видны в течение некоторого времени и после того, как взор переводится на однородное поле, например, на простую стену. Остается неясным, являются ли причиной подобного явления мелкие движения глаз, смещающие повторяющиеся линии по сетчатке и таким образом посылающие массовые сигналы рецепторов «включения» и «выключения». Если это так, то описанный эффект сходен с нарушением зрительной системы, возникающим при мелькающем свете. Как бы там ни было, вполне возможно, что работа зрительной системы определенным образом нарушается, и этот эффект следовало бы учитывать в тех случаях, когда повторяющиеся структуры используются для декорации.

ЗРИТЕЛЬНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ

Некоторые простые рисунки мы видим искаженными. Эти искажения могут быть довольно большими. Часть рисунка может казаться на 20 % длиннее или короче; прямая линия может настолько искривляться, что трудно поверить, что она действительно прямая. В сущности, все мы видим эти искажения, причем в одном и том же направлении в каждом подобном рисунке. Обнаружено, что то же явление наблюдается и у животных. Это показано в экспериментах, в которых животные обучались выбирать, скажем, более длинную из двух линий. Затем под влиянием иллюзии животные будут выбирать линию, кажущуюся длиннее и нам, хотя фактически она той же самой длины, что и сравниваемая с ней линия. Этот результат был получен у голубей и у рыб. Все это говорит о том, что существует какой-то общий фактор, лежащий в основе этих иллюзий. Это достойный предмет для исследования.

Для объяснения этого явления выдвигалось много теорий, однако большинство из них легко можно опровергнуть экспериментально или отвергнуть как малопродуманные и потому бесполезные. Прежде всего мы коротко остановимся на различных теориях, от которых можно с уверенностью отказаться, после чего попытаемся изложить более адекватные теории. Но сначала нам следует испытать на себе некоторые иллюзии. Рисунки 9,4–9,6 демонстрируют многие из наиболее известных иллюзий. Они носят имена открывших их исследователей, главным образом, психологов, работавших в Германии в прошлом столетии, — однако удобнее было бы дать некоторым из них описательные названия.

Наиболее известным из рисунков такого рода являются стрелы Мюллер-Лайера, изображенные на рис. 9, 4. Это просто пара стрел, древки которых одинаковой длины, но одна стрела имеет наконечники — с расходящимися, а другая со сходящимися к древку концами. Стрела с расходящимися наконечниками кажется длиннее, хотя фактически обе стрелы одинаковой длины. Мы будем называть этот рисунок просто иллюзией стрелы.

Рис. 9, 4. Иллюзия Мюллер-Лайера, или иллюзия стрелы. Стрела с расходящимися вверх и вниз концами кажется длиннее, чем стрела с наконечниками, обращенными внутрь. Почему?

Второй пример также хорошо известен, и специалисты называют его фигурой Понцо. Он состоит всего из четырех линий: двух одной и той же длины, идущих рядом, но сходящихся, и между ними двух других, равных по длине и параллельных (см. рис. 9, 5). Одна из линий, расположенная в узкой части пространства, заключенного между двумя сходящимися линиями, кажется длиннее, хотя фактически обе параллельные линии одинаковой длины. Мы будем называть этот рисунок иллюзией железнодорожных путей.

Рис. 9, 5. Иллюзия Понцо, или иллюзия железнодорожных путей. Верхняя горизонтальная линия кажется длиннее. Эта линия продолжает восприниматься как более длинная, в каком бы положении мы ни рассматривали рисунок. (Попробуйте поворачивать книгу.)

Рис. 9, 6 показывает два варианта рисунка Геринга. Я буду называть его иллюзией веера.

Рис. 9, 6. Рисунок Геринга, или иллюзия веера. Расходящиеся в в виде лучей часть рисунка влияет на другую, в то время как стрелы Мюллер-Лайера и линии изгибают наложенные на них прямые. (Это пример иллюзии, где…???… одна неверно воспринимаются сами по себе.)

Наконец, мы имеем рисунки, на которых квадрат и круг искривляются на фоне круговых или скрещивающихся линий (рис. 9, 7). Нет необходимости давать этим рисунками специальные названия, поскольку мы не часто будем обращаться к ним, и они лишь усложненные варианты геринговской иллюзии веера.

Рис. 9, 7. Поразительное влияние фона, вызывающее искажение фигуры, сходное с иллюзией веера Геринга.

Иллюзии можно подразделить на две группы: одни — это искажения, вызываемые фоном определенного рода (например, иллюзия веера), другие — это искажения самой фигуры (например, иллюзия стрелы), без фона. Эти самостоятельные искажения наиболее ясно показаны на рис. 9, 8, на котором изображены наконечники стрел без древков: наконечники смещаются сами по себе, хотя на рисунке нет иных линий. С другой стороны, при иллюзии веера расходящиеся лучи сами по себе воспринимаются без искажения, однако любая фигура, наложенная на них, искажается определенным образом. Эти рисунки вызывают искажения, но сами не искажаются.

Рис. 9, 8. Наконечники стрел Мюллер-Лайера без древков. Иллюзия сохраняется, хотя и становится более лабильной.

На протяжении последних ста лет психологи пытались объяснить эти иллюзии, однако только в настоящее время мы приходим к пониманию того, почему подобные рисунки нарушают работу зрительной системы.

ТЕОРИИ, КОТОРЫЕ МЫ МОЖЕМ ОТВЕРГНУТЬ

1. Глазодвигательная теория. Эта теория предполагает, что те детали рисунка, которые вызывают иллюзию, заставляют глаза смотреть в «неправильное» место. При иллюзии стрелы считается, что глаза посредством наконечников уводятся от линии в сторону, благодаря чему длина линий воспринимается неверно; или — альтернативная теория, — что глаза отвлекаются на внутреннюю часть рисунка. Однако это неверно. Изображение стрел можно зафиксировать на сетчатке с помощью специального оптического стабилизирующего устройства (или еще проще — при рассматривании последовательного образа рисунка, который остается после яркой вспышки фотографической лампы), тогда движения глаз не могут перемещать изображение по сетчатке, тем не менее иллюзия сохраняется и не слабеет.

Глазодвигательная теория иногда формулируется в несколько иной форме, может быть, с целью преодолеть эти трудности. В этом варианте теории предполагается, что искажения вызывают не действительные движения глаз, а тенденция совершать глазные движения. Мы можем с уверенностью отказаться от этих объяснений по следующим соображениям. Глаза могут двигаться или иметь тенденцию к движению в данный момент лишь в одном направлении, между тем как искажения рисунка могут происходить в одно и то же время в любом числе направлений. Рассмотрим пару стрел на рис. 9, 4. Первая стрела удлиняется, а вторая укорачивается в одно и то же время. Каким образом движения глаз — или тенденция к движениям — могли бы быть причиной этого явления, если они могут происходить лишь в одном направлении в данный отрезок времени? Доказательства в пользу глазодвигательной теории отсутствуют.

2. Теория ограниченной остроты зрения. Иллюзия стрелы анализируется следующим образом. Если бы острота зрения была так низка, что при рассматривании стрел мы не могли бы ясно видеть углы наконечников, то следовало бы ожидать, что стрела с расходящимися концами наконечников будет восприниматься как более длинная, а со сходящимися концами — как более короткая, чем они есть в действительности. Этот эффект можно продемонстрировать при помощи куска кальки, наложенного на рисунок, чтобы затруднить его рассматривание, но тогда мы увидим лишь небольшое изменение длины стрел. Однако эта теория может быть отвергнута, поскольку влияние этого фактора слишком незначительно. Кроме того, эта теория не применима к другим рисункам.

3. Теория нарушения работы зрительной системы. Эта теория утверждает, что определенные формы вызывают нарушение перцептивной системы. Она принадлежит к числу тех, увы, слишком распространенных в психологии «теорий», которые представляют собой не более чем довольно необоснованное утверждение того, что мы хотели бы объяснить. Эта теория не дает и намека на то, почему перцептивная система должна приходить в расстройство под влиянием именно таких, а не иных форм, или почему это нарушение должно приводить к искажению рисунков только в определенных направлениях. Чтобы быть полезным, объяснение должно соотнести исследуемые явления с другими явлениями, однако данная теория иллюзий ни с чем их не соотносит и таким образом ничего не дает нам для их понимания. Мы можем отбросить эту теорию просто потому, что она даже и не приступает к объяснению иллюзий.

4. Теория сопереживания. Эту теорию предложил Теодор Липпе. Она исходит из идеи американского психолога P. X. Вудвортса. Идея заключается в том, что наблюдатель отождествляет себя с частью рисунка (или, скажем, с колонной строения) и эмоционально включает себя в ситуацию, так что его зрительное восприятие искажается, поскольку эмоции могут нарушать интеллектуальную оценку. В случае иллюзии стрелы следует предположить, что стрела с расходящимися концами наконечников эмоционально вызывает ощущение растяжения, и мы воспринимаем ее удлиненной.

Безусловно, очень толстая колонна, поддерживающая узкий карниз здания, кажется некрасивой; возможно, наблюдатель в воображении ставит себя на место этой колонны подобно тому, как Геркулес снял тяжесть неба с плеч Атласа, прежде чем превратить его в камень. Кариатиды греческих храмов (рис. 9, 9) являются воплощением (и довольно буквальным) этой идеи в архитектуре. Однако, несмотря на непосредственное отношение к эстетике, эти рассуждения вряд ли можно всерьез принять за теорию иллюзий. Рисунок стрелы, например, вызывает искажение восприятия при любом настроении и продолжает вызывать ту же иллюзию и тогда, когда всякие эмоциональные переживания исчезают из-за однообразия впечатлений. Возможно, что сильные эмоции влияют на восприятие, но все, кроме тех, кто защищает эту теорию, считают, что эти рисунки лишены какого-либо эмоционального содержания. Более серьезное возражение состоит в том, что искажения зрительного восприятия в сущности одни и те же у всех наблюдателей, хотя их эмоциональные состояния весьма различны

Рис. 9, 9. Может ли человек выдержать такую тяжесть? Возможно, что мы отождествляем себя с колоннами, так что в человеческом представлении существует какой-то правильный размер, пригодный для ношения этой тяжести. Это основная идея теории «сопереживания», центральная идея в эстетике. Предполагается также, что она лежит в основе зрительных иллюзий.

5. Теория структурности или «хороших форм». Идея «структурности» является центральной в работах немецких гештальтпсихологов по восприятию. «Структурный» рисунок — это такой рисунок, который создает образ несколькими выразительными линиями, хотя многого в нем и недостает. Предполагается, что иллюзии существуют благодаря «структурности», увеличивающей расстояние между теми деталями рисунка, которые кажутся не связанными друг с другом, и сокращающей расстояние между другими деталями, которые воспринимаются как принадлежащие одному и тому же объекту.

Сама по себе идея «структурности» сомнительна. Конечно, случайное или упорядоченное расположение точек создает тенденцию группировать их различным образом, так что одни воспринимаются как принадлежащие одной структуре, а остальные отвергаются или организуются в другие структуры (рис. 1, 1); однако в этом случае, по-видимому, мы не склонны видеть изменения местоположения точек в результате подобной группировки, что с неизбежностью вытекает из данной теории пространственных искажений.

6. Теория перспективы. Эта теория имеет длинную историю, на которой нам нет необходимости останавливаться; главная идея этой теории состоит в том, что рисунки, вызывающие иллюзии, создают впечатление глубины благодаря перспективе и что это впечатление глубины и вызывает изменение воспринимаемой величины.

Вполне вероятно, что рисунки, вызывающие иллюзии, можно себе представить как плоскую проекцию обычных объектов, имеющих три измерения. Это очень важная мысль, так как она ведет к вполне законченному пониманию иллюзий. Рассмотрим три рисунка такого рода, с которых мы начали эту главу (рис. 9, 4, 9,5 и 9,6). Каждый из них можно, естественно, представить себе в виде изображения объектов, расположенных в трех измерениях. Эти рисунки могут быть поняты как плоская проекция трехмерного пространства — попросту как рисунки с перспективой. Исходя из этого, можно сделать следующее обобщение: те части рисунков, которые изображают отдаленные предметы, при восприятии рисунка увеличиваются, а части, изображающие близкие предметы, уменьшаются.

Действие этого правила можно отчетливо видеть на примере иллюзии стрелы. Расходящиеся концы наконечника одной стрелы можно было бы представить в виде внутренних углов комнаты (рис. 9, 10). Сходящиеся концы наконечника другой — в виде внешних углов здания (рис. 9, 11). Рисунок, вызывающий иллюзию железнодорожных путей, воспринимается как сходящиеся в перспективе линии, причем верхняя горизонтальная линия кажется расположенной дальше, чем нижняя (рис. 9, 12).

Рис. 9, 10. Внутренний угол. Границы между потолком и стенами и полом и стенами образуют то же самое сетчаточное изображение, что и стрела Мюллер-Лайера с расходящимися наконечниками, которая вызывает иллюзию. (Обратите внимание, что в настоящей комнате угол находился бы значительно дальше.)

Рис. 9, 11. Внешний угол. Линии крыши и фундамента дома образуют стрелу со сходящимися наконечниками. (Обратите внимание, что угол дома был бы значительно ближе к наблюдателю.)

Рис. 9, 12. Железнодорожные пути, образующие то же самое изображение на сетчатке, что и рисунок, вызывающий иллюзию Понцо. (Заметьте, что равные в действительности белые прямоугольники изменяются по величине так же, как и линии в рисунке Понцо.)

Однако следует сразу же пояснить, что хотя такого рода рисунки и кажутся обычной плоской проекцией трехмерных объектов, каждый из них можно понять как изображение чего-то совершенно иного. Рисунок со стрелами можно понять как вид крыши, воспринимаемый верхолазом; сходящиеся линии на рисунке, вызывающем иллюзию железнодорожных путей, могут попросту восприниматься как пара сближающихся, а не параллельных линий, которые только кажутся сходящимися из-за расстояния. Рисунки, вызывающие иллюзии, являются типичными рисунками с перспективой, но во всех случаях они могут изображать что-то совершенно другие.

Традиционная теория перспективы попросту утверждает, что эти рисунки вызывают впечатление глубины и что, если наблюдатель попадает под власть этого впечатления, более отдаленные детали кажутся объективно большими. Однако почему впечатление расстояния должно вызывать изменение видимой величины? Почему впечатление большего расстояния должно приводить к увеличению размера, в то время как отдаленные объекты обычно кажутся меньшими по мере увеличения расстояния? Согласно этой теории, должно происходить не увеличение, а уменьшение размеров деталей, расположенных дальше, как это обусловлено перспективой, но в действительности же это совершенно не так.

НА ПУТИ К РЕШЕНИЮ ВОПРОСА

Хотя теория перспективы ведет нас по ложному пути, она значительно ценнее тех теоретических представлений, которые вообще не связаны с фактами. Нам кажется, что в идее перспективы есть все же нечто важное. Теперь мы попытаемся развить теорию иллюзий, которая учитывает положение о перспективе, но приводит к правильным предсказаниям, а также связывает иллюзии с другими явлениями восприятия. Имеет смысл уделить некоторое внимание этим соображениям, чтобы путем установления связей между явлениями прийти к пониманию иллюзий. Иллюзии тогда становятся не очевидным результатом воздействия на зрительную систему определенных структур, а скорее одним из возможных путей исследования основных процессов, участвующих в зрительном восприятии мира.

Существуют процессы восприятия, которые могут быть полностью ответственны за возникновение искажений, — это константность величины. Это явление состоит в тенденции перцептивной системы компенсировать изменения сетчаточного образа, происходящие вместе с изменением расстояния до видимого объекта. Это удивительный процесс, действие которого в определенных условиях мы можем наблюдать на самих себе. Он может нарушаться, и, когда это случается, этот процесс вместо того, чтобы сохранять зрительный мир относительно стабильным, может вызвать нестабильность и искажения образа. Эта связь явлений константности зрительного восприятия и иллюзий — довольно новая мысль. Мы опишем эксперименты, посвященные исследованию этой связи, после того как мы рассмотрим явления константности более подробно.

Изображение предмета удваивается по величине, когда расстояние до него сокращается вдвое. Это простой факт из геометрической оптики который используется при фотографировании, когда наводят объектив. Почему это происходит, должно быть ясно из рис. 9.13. Но здесь наблюдается странное явление — и оно, конечно, требует какого-то объяснения; оно состоит в том, что, хотя изображение объекта увеличивается при сокращении расстояния, его воспринимаемая величина остается почти неизменной.

Рис. 9, 13. Константность величины. Изображение объекта уменьшается по величине наполовину с увеличением расстояния до этого объекта вдвое. Но он не кажется нам уменьшившимся так сильно. Мозг компенсирует сокращение изображения при увеличении расстояния посредством механизма, который мы называем шкалирующим механизмом константности. (Именно здесь-то и кроется секрет искажающих иллюзий.)

Посмотрим на зрителей в театре — все лица кажутся нам почти одинаковыми по величине, несмотря на то что изображения лиц, находящихся вдали, значительно меньше, чем более близких к нам. Посмотрите на кисти ваших рук — одну на расстоянии вытянутой руки, а другую — вдвое ближе; они будут казаться совершенно одинакового размера, в то время как изображение на сетчатке дальней кисти руки будет составлять только половину величины (линейной) ближней. Но если ближнюю кисть расположить так, чтобы она закрывала дальнюю, тогда они будут восприниматься как совершенно различные по величине. Этот маленький эксперимент стоит стоит провести. То, что теперь известно как константность величины, было описано Декартом в 1637 году в его работе «Диоптрика»:

«В заключение, — пишет Декарт, — мне нет необходимости говорить что-либо специальное о нашем способе видеть величину или форму предметов, он полностью детерминируется нашим способом видеть расстояние и расположение частей этих предметов. Таким образом, их величина — оценивается в соответствии с нашими знаниями или нашим мнением об их удаленности в сочетании с величиной изображения, которое отпечатывается на задней стенке глаза. Абсолютная величина изображений не имеет значения. Ясно, что эти изображения в сто раз больше, когда объекты очень близко от нас, чем когда они находятся на расстоянии в десять раз большем, однако нам не кажется при этом, что объекты увеличиваются в сто раз (по площади, а не по линейным размерам); напротив, они кажутся почти той же величины, во всяком случае, до тех пор, пока мы не ошибаемся (слишком сильно) в оценке расстояния».

Здесь мы имеем такое ясное изложение явления константности величины, какого не находим у психологов более позднего времени. Декарт описал также и то явление, которое теперь называется константностью формы.

«Кроме того, наша оценка формы явно исходит из нашего знания или мнения о расположении различных частей предметов и не согласуется с изображением в глазу, так как в этих изображениях обычно овалы и ромбы там, где мы видим круги и квадраты».

Способность перцептивной системы компенсировать изменения расстояния была очень детально исследована, особенно английским психологом Робертом Таулессом в 30-х годах. Таулесс измерял величину константности в различных условиях у различных людей. Он пользовался очень простой аппаратурой: только линейкой и кусками картона. Для измерения величины константности он помещал квадрат из картона на определенном расстоянии от наблюдателя и несколько квадратов различной величины — вблизи. Испытуемый выбирал из числа лежащих перед ним квадратов тот, который казался ему такой же величины, что и дальний образец. Сопоставляя эти квадраты, легко можно количественно оценить меру константности. Таулесс обнаружил, что &го испытуемые обычно выбирают квадраты почти той же самой величины, что и настоящая величина удаленного образца, хотя изображение этого квадрата на сетчатке было меньше, чем изображение ближних квадратов. Как правило, константность была почти абсолютной по отношению к довольно близким предметам, однако она нарушалась при оценке очень отдаленных предметов, которые кажутся совсем игрушечными. Константность не сохранялась, если предметы имели мало признаков глубины. Критически настроенные испытуемые, так же как и художники с большим опытом, проявляли меньшую константность. Как и предполагал Декарт 300 лет назад, существует перцептивная шкалирующая система, благодаря которой одинаковые по размерам объекты, расположенные на различных расстояниях от наблюдателя, кажутся ему «почти равными по величине, по крайней мере если он не ошибается в оценке расстояния». Таулесс измерял также константность формы; с этой целью он нарезал серию картонных ромбов или эллипсов различной кривизны, помещал их перед испытуемым и предлагал ему выбрать те из них, которые соответствуют по форме образцам — вырезанным из картона квадратам или кругам, расположенными под определенным углом к линии взора испытуемого. Автор снова обнаружил, что константность формы довольно высока, но не абсолютна, и вновь испытуемые очень сильно различались по величине константности: у критически настроенных субъектов и художников опять наблюдалась тенденция к меньшей константности по сравнению с остальными испытуемыми, причем некоторые испытуемые в этих экспериментальных условиях могли более или менее произвольно изменять величину своей константности.

Можно увидеть действие своего собственного шкалирующего механизма константности. Это займет всего несколько секунд и будет очень наглядно.

Сначала надо получить четкий последовательный образ, пристально посмотрев на яркий свет (лучше всего — на фотографическую вспышку), а затем — посмотреть на стену или экран. Последовательный образ появится на экране, и размеры его изменятся в соответствии с расстоянием до экрана. Эксперимент попросту состоит в следующем: после того как вы получили четкий последовательный образ вспышки, посмотрите на расположенную вблизи ровную поверхность, скажем, книгу или ладонь руки, а затем взгляните на дальнюю стену комнаты. Вы обнаружите, что последовательный образ очень заметно изменяется по величине. Он будет уменьшаться при взгляде на ближнюю поверхность и увеличиваться, когда вы посмотрите на дальнюю стену. Известно, что при увеличении расстояния до экрана, на который проецируется последовательный образ, в два раза размеры этого образа увеличиваются вдвое. Это обратное соотношение между величиной и расстоянием известно под названием закона Эммерта.

Увеличение зрительного последовательного образа с увеличением расстояния происходит благодаря действию шкалирующего механизма константности, который в обычных условиях компенсирует сокращение изображений предметов на сетчатке при увеличении расстояния до них. В описанном выше эксперименте изображение вспышки не сокращается, поскольку оно фиксировано на сетчатке, и таким образом мы видим действие нашего собственного шкалирующего механизма константности.

Теперь можно вернуться к иллюзиям. Если бы шкалирующий механизм константности, имеющий тенденцию компенсировать изменения расстояния, приводился бы в действие теми деталями перспективного рисунка, которые указывают на глубину, то мы должны были бы ожидать появления наблюдаемых искажений восприятия в рисунках, вызывающих иллюзии. Это очень разумная теория. Ее большим достоинством является то, что она не постулирует ничего такого, что было бы нам еще неизвестно. Она объединяет два общеизвестных явления, предполагая, что иллюзорные нарушения — это результат действия шкалирующего механизма константности при его неправильном использовании. Так как рисунки, вызывающие иллюзии, по существу плоские, легко понять, что если все же детали рисунка, отражающие перспективу, вводят в действие механизм константности, то включение этого механизма должно расцениваться как неуместное. Части рисунков, воспринимаемые как более отдаленные, будут увеличиваться. В этом и состоит сущность явления.

Но одно дело — выдвинуть теорию, другое — доказать ее справедливость. Фактически принятие этой теории создало известные трудности, к рассмотрению которых мы сейчас и перейдем. Рисунки, вызывающие иллюзии, как правило, выглядят плоскими, двухмерными. Мы должны объяснить: 1) почему эти рисунки кажутся плоскими, несмотря на наличие деталей, указывающих на перспективу; 2) каким образом может включаться в действие механизм константности, если эти рисунки выглядят плоскими, когда, согласно закону Эммерта, механизм константности функционирует лишь в соответствии с видимым расстоянием. Я полагаю, что именно эти трудности и препятствовали серьезному обсуждению данной теории до настоящего времени. Теперь посмотрим, не можем ли мы преодолеть эти трудности.

Первое затруднение объяснить сравнительно просто. Когда мы (смотрим на рисунки, вызывающие иллюзии, мы видим не только сами рисунки, но и бумагу, на которой они изображены. Рисунки выглядят плоскими, потому что они расположены на плоской поверхности. Что произойдет, если мы сохраним рисунки, но удалим поверхность, на которой они изображены? Это легко сделать, если изготовить проволочные модели этих рисунков и раскрасить их светящейся краской, чтобы они светились в темноте. Если подобные светящиеся модели рисунков рассматривать в темноте, глядя на них одним глазом, — чтобы исключить стереоскопическую информацию о их действительной глубине или ограничить эту информацию, — мы обнаружим, что модели кажутся трехмерными. Модель стрелы, например, больше не будет казаться плоской: она похожа на угол. Модель стрелы с расходящимися концами наконечников похожа на внутренний угол, а со сходящимися концами — на внешний угол здания, как это соответствует законам перспективы, и они неотличимы от настоящих трехмерных моделей углов. Это наблюдение раскрывает причину того, почему подобные рисунки в обычных условиях кажутся плоскими: фактура бумаги является источником информации, противоречащей той, которая поступает от деталей рисунка, указывающих на перспективу, что и мешает появлению ощущения глубины. Это очень важно учитывать художнику, так как фактура его бумаги или холста всегда будет конкурировать с теми деталями его рисунка, которые передают глубину, и мешать видеть его в трех измерениях. Удалим фактуру, и удивительным образом появится ощущение глубины. В этом и заключается причина, почему цветные фотографические пленки при простом просматривании могут казаться более убедительными по глубине, чем когда они проецируются на экран, особенно, если свет довольно тусклый, так что легкие недостатки поверхности пленки не выявляются.

Второе утверждение — то, что механизм константности работает в соответствии с видимым расстоянием, как это гласит закон Эммерта, — оспорить труднее, и оно поддерживается крупными специалистами. Так, Ительсон, цитируя для подкрепления своей точки зрения пятерых выдающихся психологов, которые работали над этой проблемой, говорит следующее: «Константность, по общему мнению, зависит от нашей собственной оценки расстояния». Тем не менее я буду оспаривать это утверждение, так как уверен, что оно не только ошибочно, но и задерживает развитие адекватной теории.

Рисунки, вызывающие иллюзии, как правило, кажутся плоскими; верно также и то, что механизм константности работает в соответствии с видимым расстоянием, как это утверждает закон Эммерта, однако из этого не следует, что константность непременно связана с видимым расстоянием. Есть все основания думать, что константность регулируется признаками глубины, даже если им противоречат другие детали рисунка, как это, например, происходит, когда рисунок с перспективой или рисунки, вызывающие иллюзии, изображены на грубой бумаге. Если бы мы могли показать, что это именно так, тогда мы объяснили бы иллюзии и узнали бы нечто новое относительно механизма константности.

Теперь мы должны рассмотреть еще одну группу фактов, доказывающих, что (неадекватное действие механизма константности может вызывать искажения восприятия рисунка. Это заставит нас заняться техническими и довольно сложными вопросами, но вот эти факты.

1. Мы можем взять рисунки с двойственным восприятием глубины. Эти рисунки (например, куб Неккера, рис. 1, 4) вызывают попеременно то одно, то другое восприятие глубины и даже то один, то другой сетчаточный образ, хотя входная информация остается неизменной. Теперь, если мы внимательно посмотрим на куб Неккера, мы обнаружим, что хотя поверхности куба меняют свое расположение по глубине, они не изменяются по величине. Этот факт прямо говорит нам о том, что механизм константности здесь не вовлекается, не приводится в действие признаками глубины, изображенными линейным образом на бумаге. Если мы сделаем светящийся куб (проволочную модель, покрытую светящейся краской, чтобы она была видна в темноте, благодаря чему мы исключаем влияние структурного фона бумаги на восприятие), мы получим совершенно иные результаты. Когда наш светящийся куб изменяется по глубине, он сразу же изменяется и по форме. Та поверхность куба, которая воспринимается как дальняя, кажется больше, хотя обе поверхности куба фактически одинаковой величины. Таким образом, мы видим на этом примере, что закон Эммерта применим и к двойственным изображениям. Если мы сделаем настоящий трехмерный куб, мы обнаружим, что, когда он переворачивается в нашем восприятии, мы видим вместо куба усеченную пирамиду, поскольку та поверхность куба, которая кажется ближе, выглядит меньше, чем та, которая воспринимается как более удаленная; здесь константность действует в обратном порядке, в соответствии с видимой, а не истинной глубиной, что и приводит к искажениям величины при изменении восприятия глубины. Этот факт может убедить в том, что восприятие глубины, по существу, связано с константностью; однако рассмотрим следующие факты. Возьмем рисунок куба, изображенный на бумаге, но с добавочной линией, как показано на рис. 9, 14. Эта линия, несмотря на то что она фактически прямая, кажется изогнутой в том месте, где она пересекает угол куба.

Рис. 9, 14. Линия, пересекающая угол куба Неккера, кажется слегка изогнутой, хотя фактически она прямая. Она кажется такой же изогнутой и тогда, когда куб переворачивается по глубине. Из этого следует, что иллюзорный изгиб линии не является результатом воспринимаемой глубины. Но если сделать светящуюся модель куба, направление изгиба линии будет меняться с каждым изменением ориентации куба.

Теперь тщательно проследите за этой линией, когда куб изменяется (неожиданно) по параметру глубины. Вы увидите, что линия продолжает казаться изогнутой точно таким же образом. Здесь мы видим нечто совершенно иное по сравнению с тем, что происходит, когда подобная линия добавляется к настоящему трехмерному светящемуся кубу: тогда линия будет также казаться изогнутой (вследствие константности), но направление изгиба меняется, когда восприятие куба изменяется по глубине.

Изгиб линии, пересекающий угол нарисованного куба, определяется не тем, кажется ли этот угол внутренним шеи внешним, а просто тем, является ли этот угол внутренним или внешним в обычных условиях трехмерного восприятия. Это важное обстоятельство, так как оно подтверждает, что иллюзорное искажение линии возникает не вследствие механизма константности, действующего в соответствии с видимой глубиной, а прямо согласуется с признаками глубины, хотя бы им и противоречила фактура бумаги, из-за которой куб кажется плотским. Если мы поместим линию, подобную этой, поперек светящегося куба, то направление изгиба этой линии будет изменяться по мере изменения ориентации куба в нашем восприятии — здесь закон Эммерта перестает действовать.

Можно измерить видимую глубину, восприятие которой возникает благодаря перспективе или другим признакам глубины; это можно сделать с помощью ряда технических приемов, обеспечивающих объективное измерение видимой глубины. С помощью этих приемов (предложенных автором) можно прямо соотнести видимую глубину с иллюзиями.

Довольно легко вычислить меру иллюзии типа искажений величины или формы, о которых идет речь в этой главе. Это можно сделать с помощью набора различных линий или форм, предложенных наблюдателю с тем, чтобы он выбрал среди них ту, которая больше всего похожа на рисунок, вызывающий иллюзию, как видит ее сам наблюдатель. Разумеется, важно показывать наблюдателю сравниваемую с образцом линию так, чтобы она не искажалась! В опыте иногда лучше использовать такое приспособление, которое дает возможность наблюдателю или экспериментатору производить непрерывное подравнивание сравниваемой линии или набора линий с образцом. Такое приспособление для сравнения линий показано на рис. 9, 15.

Рис. 9, 15. Как измерить иллюзию. Наблюдатель смотрит на стрелу и сравниваемую с ней линию, которую он устанавливает так, чтобы она казалась той же длины, что и искаженная стрела. Таким образом можно непосредственно измерять степень иллюзии. (Измерение, однако, возможно только тогда, когда иллюзия не является логически парадоксальной.) На рисунке показано, как выглядит аппаратура сзади, со стороны экспериментатора.

Труднее измерить видимую глубину. Это может показаться даже невозможным. Но рассмотрим рис. 9, 16.

Рис. 9, 16. Как измерить кажущуюся глубину изображения. Рисунок (плоский) освещается сзади, чтобы избежать влияния структуры фона, что создает парадоксальное впечатление глубины. Свет от рисунка проходит через поляроид, закрывающий один глаз. Регулируемое испытуемым световое пятно посылается на рисунок путем отражения от стекла, покрытого с одной стороны тонким слоем амальгамы. Это пятно рассматривается обоими глазами и устанавливается испытуемым на видимое расстояние от любой избранной части рисунка. Таким образом с помощью бинокулярного зрения измеряется монокулярно видимая глубина.

Рисунок освещается сзади, чтобы избежать влияния фактуры фона на восприятие, и виден через экран поляроида. Другой экран поляроида помещается над одним глазом под углом к первому так, чтобы свет от рисунка не достигал этого глаза. Между глазами и рисунком находится стекло, покрытое с одной стороны тонким слоем амальгамы, через которое виден рисунок и которое также отражает одно или несколько небольших источников света, вмонтированных в оптическую линейку. Эти источники света кажутся расположенными на рисунке. Конечно, с точки зрения оптических законов они действительно находятся на рисунке, но только в том случае, когда расстояние от источников света до глаз равно расстоянию от рисунка до глаз. Однако маленький источник виден обоими глазами, в то время как рисунок виден только одним глазом, потому что другой закрыт поляроидом. Передвигая источники света по оптической линейке, мы можем поместить их таким образом, что они будут казаться расположенными на том же самом расстоянии от наблюдателя, что и любая часть рисунка. Если рисунок имеет перспективу или другие признаки глубины, тогда наблюдатель помещает источники света не на истинном расстоянии, которое отделяет его от рисунка, а на том, которое, как ему кажется, отделяет его от той части рисунка, на которую он наводит световое пятно. Для людей с нормальным бинокулярным восприятием глубины это довольно простая задача, и таким способом можно измерить кажущуюся глубину.

Эти опыты показывают, что рисунки, вызывающи© иллюзии, действительно воспринимаются как обладающие глубиной в соответствии с теми деталями, которые указывают на перспективу, и что иллюзия усиливается, когда признаки, по которым судят о глубине, (становятся более выразительными. Таким образом, мы видам, что иллюзии связаны с восприятием глубины.

ИСКАЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВА

В западном мире комнаты почти всегда прямоугольные, и у многих предметов, как, например, у ящиков, углы прямые. Кроме того, многие объекты, например, шоссейные и железные дороги представляют собой длинные параллельные линии, сходящиеся в перспективе. Люди в западном мире живут в зрительной среде, богатой признаками перспективы, указывающими на расстояние. Мы можем задать вопрос, будут ли возникать иллюзии, которые, как мы полагаем, связаны с перспективой, у людей, живущих в другом окружении, где мало прямых углов и длинных параллельных линий? К счастью, были проведены некоторые исследования восприятия людей, живущих в подобной среде, и сделаны измерения их восприимчивости по отношению к такого рода рисункам.

Представителями людей, живущих в «неперспективном» мире, являются (зулусы. Их мир можно охарактеризовать как «культуру крута»: их жилища круглые, двери тоже круглые, они распахивают свою землю не прямыми, а закругленными бороздами, и лишь немногие предметы их обихода обладают углами или прямыми линиями. Таким образом, зулусы идеальные испытуемые для наших целей. Было обнаружено, что они испытывают иллюзию стрелы лишь в небольшой степени, в то время как другие иллюзии у них почти совсем не возникают.

Было проведено исследование людей, живущих в густом лесу. Восприятие этих людей представляет интерес, поскольку они не видят предметов на большом расстоянии, так как у них в лесу имеются лишь небольшие свободные пространства. Когда их вывезли из леса и показали им объекты, расположенные на большом расстоянии, они воспринимали их не как удаленные, а как маленькие. У людей, живущих в условиях западной культуры, подобные искажения восприятия возникают, когда они смотрят вниз с высоты. Из окна верхнего этажа объекты кажутся слишком маленькими с точки «зрения наблюдателя, хотя кровельщики и люди, работающие на лесах и перекрытиях небоскребов, сообщают, что они видят объекты внизу без искажений. По-видимому, непосредственный опыт — важный фактор в установлении зрительной оценки объектов.

Рис. 9, 17. «Культура круга» зулусов. Зулусы живут в в среде, где мало прямых линий или углов, и они не испытывают иллюзий в той степени, как люди, воспитанные в условиях «прямоугольной» культуры Запада.

Этот вывод следует также и из наблюдений над ослепшим в детстве человеком, у которого зрение было восстановлено операционным путем в зрелые годы (см. главу 11). Вскоре после операции он думал, что может выпрыгнуть из окна больницы на землю, не причинив себе вреда, хотя окно находилось на высоте 10–12 метров. Хотя он ошибался при оценке высоты (расстояния до земли), в оценке знакомых ему горизонтальных расстояний он был довольно точен. Подобно зулусам, у него не возникали никакие обычные иллюзии, кроме иллюзии стрелы, да и то в небольшой мере.

Иллюзия стрелы была измерена у некоторых животных, особенно у голубей и рыб. Методика опыта заключалась в том, что у экспериментальных животных вырабатывалась реакция выбора более длинной из двух линий, и, после того как эта реакция закреплялась, им предъявлялся рисунок со стрелами, древки которых были объективно одинаковой длины. Выберут ли они стрелу, которая кажется нам длиннее? И голуби и рыбы выбирали именно эту стрелу. Таким образом, очевидно, что и животные также испытывают иллюзии.

(Фактически этот эксперимент не так прост, как это может показаться, поскольку важно установить, что животные реагируют именно на длину древка стрелы, а не на длину всей фигуры. Для этого приходилось вырабатывать у животных дифференцировки на линии, имеющие различную форму наконечников на обоих концах для того, чтобы быть уверенным, что именно длина самих линий, а не общая длина фигуры вызывает реакцию животных. В этот период тренировки следовало быть осторожным и не использовать в качестве наконечников такие, которые могли бы вызвать иллюзии.)

Свидетельства представителей тех культур, в которых мало символов перспективы (хотя им все же свойственны некоторые признаки перспективы, например те, которые возникают при движении, то есть признаки «динамической перспективы»), показывают, что они испытывают лишь слабые иллюзии или же полностью лишены их, если признаки перспективы в рисунке едва намечены. Наблюдение над человеком, ослепшим в детстве, также обнаруживает, что иллюзии частично зависят от предварительного зрительного опыта. Факты, полученные в экспериментах над животными, свидетельствуют, что иллюзии свойственны не только перцептивной системе человека, но возникают также и при менее развитых глазах и мозге. Было бы интересно поместить животных в среду, лишенную признаков перспективы, а затем исследовать их иллюзии. Вполне вероятно, что иллюзий у них не будет. Фактически попытка провести такой эксперимент на рыбах была сделана в лаборатории автора. Но, к сожалению, эти рыбы погибли, хотя, вероятно, не из-за нарушений восприятия.

В связи с тем, что мы сказали о представителях иных культур, следует добавить, что эти люди мало или совсем не рисовали и не фотографировали знакомых предметов, так же как и слепой в прошлом человек, после того как он прозрел. Вероятно, признаки перспективы используются только после накопленного опыта, после того как зрительные ощущения связываются с тактильными, и только тогда соответствующие признаки перспективы вызывают искажения величины при восприятии плоских изображений. Имеются некоторые доказательства того, что модели рисунков, о которых шла речь выше, вызывают нарушения восприятия величины и при оценке их на ощупь. Так, по-видимому, происходит и у слепых людей, ощупывающих подобные модели. Факты такого рода прежде всего относятся к иллюзии стрелы, хотя, возможно, это не лучшее подтверждение гипотезы, поскольку ошибки в оценке длины подобных моделей могут быть обусловлены ограниченными возможностями тактильной системы в оценке пространственных соотношений, вследствие чего возникает тенденция помещать конец линии за углом — при ощупывании расходящихся концов наконечника — и перед вершиной угла — при ощупывании сходящихся концов наконечника стрелы. Таким образом и возникает ощущение удлинения первой и укорочения второй стрелы. Как уже было сказано (в связи с обсуждением теории ограниченной остроты зрения), это самое неубедительное объяснение иллюзий, касающихся зрения, потому что зрительная система обладает высокой чувствительностью; однако, возможно, это служит объяснением для осязания, где чувствительность настолько низка, что эта причина может привести к искажению углов моделей стрел. Все это звучит довольно тривиально: серьезный разговор о тактильных иллюзиях может состояться лишь после того, когда мы узнаем о них значительно больше. Но если будет доказано, что искажения в осязании возникают не только вследствие ограниченных сенсорных возможностей этой системы, тогда иллюзорные искажения будут отнесены к числу более общих и фундаментальных фактов, чем это предполагается сейчас.

10. Искусство и реальность

Как известно, перспектива в западном искусстве появилась совсем недавно. Во всем дошедшем до нас первобытном искусстве и в искусстве всех предшествующих цивилизаций вплоть до эпохи итальянского Возрождения перспектива отсутствовала. Характерным для высокоразвитой формалистической живописи древних египтян было изображение головы и ног в профиль, без тех сокращений, которые диктуются перспективой, что придает этим рисункам определенное сходство с рисунками детей. Китайская живопись и рисунки чрезвычайно интересны в этом отношении, так как расстояния изображаются на них условно, согласно определенным правилам, которые противоречат геометрии, в результате чего часто создается впечатление перевернутой перспективы: при увеличении расстояния линии скорее расходятся, чем сходятся. То, что для открытия геометрической перспективы потребовалось гораздо больше времени, чем для открытия огня или изобретения колеса, — поразительный факт, тем более что перспектива всегда у нас перед глазами. Но существует ли перспектива в природе? Является ли перспектива открытием или изобретением художников эпохи Возрождения?

Законы и принципы перспективы впервые были четко сформулированы Леонардо да Винчи (1452–1519) в «Записных книжках», где изложена целая программа обучения художников, включая учение о перспективе, описание расположения мышц, строения глаза человека и животных, элементы ботаники. Он называет перспективу «уздечкой и рулем рисования», говоря о ней так:

«Перспектива — не что иное, как способность видеть пространство, находящееся за воображаемым куском стекла, гладким и совершенно прозрачным, на поверхности которого все предметы приближаются к нашему глазу в виде пирамид, и эти пирамиды пересекаются на плоскости стекла».

Рис. 10, 1. Этот рисунок Каналетто — прекрасный npib мер перспективного рисунка. Стоит поразмыслить над тем, рисовал ли он геометрическую перспективу, как она отражалась в его глазах, или он рисовал сцену так, как он ее видел, то есть после того, как его шкалирующий механизм константности скомпенсировал сокращение сетчаточного изображения, связанное с отдаленностью объектов? На этот вопрос можно было бы ответить, если можно было бы сфотографировать ту же сцену и сравнить этот рисунок с геометрической перспективой, запечатленной на фотографии.

Рис. 10, 2.

Леонардо рассматривал перспективу в рисовании как раздел геометрии. Он писал о том, как перспектива может...

… текст по краям сильно обрезан…

Рис. 10, 3. Эскиз Леонардо, изображающий, каким образом трехмерный объект виден на плоской поверхности.

Проекция изображений определяется целиком законами геометрии и представляет собой так называемую геометрическую перспективу, однако Леонардо представлял себе более отчетливо, чем многие поздние исследователи, что существует нечто большее, чем чистая геометрия ситуации. Леонардо включал в свое понимание перспективы такой эффект, как увеличение туманности и синевы с увеличением расстояния; он придавал значение теням и оттенкам в изображении ориентации предметов. Эти соображения выходят за пределы чистой геометрии. Однако, как станет ясно из дальнейшего, они имеют самое непосредственное отношение к использованию перспективы, помогая, по существу, избежать многозначности рисунка.

Любая перспектива многозначна: правильно изображенная перспектива — необходимое, но не достаточное условие для того, чтобы отразить глубину предметов. Рассмотрим простой эллипс, такой, как на рис. 10, 6.

Он может изображать какой-либо предмет эллиптической формы, на который мы смотрим прямо, или круглый предмет, видимый под определенным углом. Этот рисунок не может быть однозначно понят как изображение какого-либо одного рода предметов; он может изображать проекцию любого из бесчисленного множества предметов, которые видны под определенным углом зрения. Искусство чертежника и художника состоит в значительной мере в том, чтобы заставить нас принять лишь одну из бесконечного числа возможных интерпретаций изображения, то есть заставить нас видеть определенную форму под определенным углом зрения. Здесь мы уже покидаем область геометрии и оказываемся в области восприятия. Чтобы ограничить многозначность перспективы, художник должен использовать перцептивные признаки расстояния, воспринимаемые одним глазом. Для него неприемлемы бинокулярные признаки расстояния — конвергенция и диспаратность, а также параллакс движения. Фактически эти признаки будут действовать против него. Рисунки, как правило, более выразительны по глубине, когда на них смотрят одним глазом, не двигая головой.

Мы вынуждены считаться с двойной реальностью. Картина сама по себе представляет физический объект, и наши глаза воспринимают ее плоской, висящей на стене; однако при взгляде на картину мы видим также другие предметы — людей, корабли, здания, — находящиеся в пространстве. Задача художника заключается в том, чтобы заставить нас игнорировать первую реальность и переключиться на вторую так, чтобы мы видели мир художника, а не цветовые пятна на плоской поверхности.

Рис. 10, 4. Китайская «перспектива». Она производит довольно странное впечатление, так как это и не геометрическая перспектива, и не тот мир, который мы видам благодаря шкалирующему механизму константности. Китайцы приняли в высшей степени условную символическую манеру изображения.

Рис. 10, 5. Ранний пример перспективы в картине. «Благовещение», картина Кривелли.

Как мы видели на примере эллипса, рисунок может изображать данный предмет, видимый под одним определенным углом зрения, или любой из бесконечного числа каких-то иных предметов, различным образом ориентированных в пространстве. Это означает, что для того, чтобы рисунок изображал что-нибудь однозначно, мы должны знать, что это за предмет, какова его форма и как он расположен в пространстве. Вот почему значительно легче изображать знакомые, чем незнакомые, предметы. Когда мы знаем, что это за предмет, мы понимаем, каким образом он должен располагаться в пространстве, чтобы совпасть с проекцией, использованной художником. Например, если мы знаем, что эллипс изображает круглый предмет, нам ясно, что он должен находиться к нам под определенным углом — этот угол и создает искажение, изображенное художником на плоской поверхности. Все мы знаем, что колеса, обеденные тарелки, зрачок человеческого глаза и т. п. имеют круглую форму, и изображение подобных знакомых предметов — простая задача для художника. Когда мы знаем, что это за предмет, мы видим больше, чем изображено: простые линии рисунка выразительно указывают на форму, расположение предмета и его расстояние от нас. Посмотрим на изображение мальчика с обручем (рис. 10, 7). Совершенно ясно, что эллипс изображает круг, видимый под определенным углом, потому что мы знаем, что это — обруч, и знаем также, что обручи круглые. Обруч на этом рисунке фактически тот же «самый эллипс, который изображен на рис. 10, 6 но на пустом поле. Однако теперь мы знаем, что это такое, мы знаем, как на него смотреть. Намного труднее для художника было бы изобразить изогнутый обруч.

Рис. 10, 6 и 10,7. Изображена ли на данном рисунке перспектива? Мы можем ответить на этот вопрос только в том случае, если знаем, что это такое. На рисунке 10,7 эти очертания ясно изображают наклоненный круглый предмет.

Посмотрите на неправильные очертания пролитого вина на рис. 10, 8.

Рис. 10, 8 и 10,9. Это лужа, конечно, и она разлита на плоской земле, как это свойственно лужам. На рис. 10, 9 те же самые очертания, что и у лужи на соседнем рисунке, но как эта форма расположена в пространстве? Может быть, она поставлена вертикально?

Вино разлилось на плоской поверхности (на дороге), хотя сами по себе эти очертания с равным успехом могут изображать бесконечное множество форм, различным образом ориентированных в пространстве. Предположим, что мы удалили всю остальную часть рисунка; тогда мы уже не можем сказать, что изображают эти очертания. На рис. 10, 9 — та же лужа. Но это может быть в равной степени изображением чего-то другого, имеющего довольно неопределенную форму и расположенного в вертикальной плоскости по отношению к нам. (Не правда ли, эти очертания воспринимаются как несколько более выпуклые на том рисунке, где ясно, что это — лужа на земле, чем на другом? Разве содержание не является фактором, определяющим константность восприятия?) Хотя этот рисунок очень прост, он вызывает у нас множество воспоминаний об объекте — особенно в тех случаях, когда мы роняли бутылки, — это знание и определяет восприятие таких неправильных очертаний.

Обратимся теперь к другому примеру, опять эллипсу, но теперь он будет иллюстрацией совсем иного положении. Рассмотрим эллипс на рис. 10, 10. Он представляет некоторый интерес, так как изображен без всякой перспективы, и все-таки ясно, что он лежит на полу. Он воспринимается как круг. Вполне вероятно, ребенок, находящийся внизу, вырезал в полу дыру эллиптической формы, но мы считаем, что это круг; эта гипотеза создает впечатление, что уровень пола внутри круга несколько ниже, чем вне его, хотя об этом не говорят никакие другие детали рисунка, а только наша интерпретация смысла этих очертаний, основанная на нашем знании повадок маленьких мальчишек.

Рис. 10, 10. Другой эллипс. Сейчас мы воспринимаем его как круг, и он кажется нам плоским, потому что мы знаем, что мальчик под полом выпилил круглую дыру (это и видно).

Когда художник использует геометрическую перспективу, он рисует не то, что он видит, а изображает свой сетчаточный образ. Как мы знаем, эти образы весьма различны, и то, что мы видим, является результатом действия механизма константности. Фотограф запечатлевает сетчаточный образ, а не то, как он воспринимает данную сцену. Сравнивая рисунок и фотографию, снятую точно с той же самой позиции, мы можем видеть, в какой мере художник применяет правила перспективы и в какой мере он изображает мир таким, каким он его воспринимает после того, как механизм константности вносит поправки в его сетчаточные образы. Как правило, объекты, расположенные на большом расстоянии, выглядят на фотографии слишком маленькими с точки зрения нашего восприятия. Это и является причиной хорошо известного досадного факта, когда цепь высоких гор выходит на фотографии похожей на ряд холмиков.

Здесь мы имеем дело с очень любопытной ситуацией. Фотоаппарат точно воспроизводит геометрическую перспективу, но, поскольку мы видим мир не таким, каким он отображается на сетчатке или в камере фотоаппарата, фотография кажется неверной. Мы не должны удивляться тому, что народы, стоящие на более низкой ступени цивилизации, мало занимаются фотографией или не фотографируют совсем. Счастливым обстоятельством является то, что законы перспективы были открыты до изобретения фотографии, иначе нам пришлось бы испытывать большие затруднения в понимании фотографий, которые казались бы нам странным искажением действительности. Иногда фотографии могут казаться совершенно неправильными, особенно если камера поставлена не горизонтально. Если мы направим камеру вверх, чтобы снять высокое здание, возникнет впечатление, что здание отклоняется назад. А ведь это настоящая перспектива. Башни выглядят слегка суживающимися, хотя и не так сильно, как на фотографии, сделанной с того же самого положения с помощью камеры, наклоненной под тем же самым углом, что и угол зрения. Некоторые архитекторы знали, что зрительная компенсация расстояния менее эффективна, если смотреть на здание снизу вверх, и строили башни слегка расширяющимися от основания к вершине. Самая знаменитая из таких башен — великолепная колокольня во Флоренции, сконструированная Джотто. Здесь художник, выступивший в роли архитектора, применял обратную перспективу, чтобы компенсировать недостаточные возможности глаза в коррекции перспективы. Существуют примеры такого рода также и в горизонтальном плане. Это прежде всего площадь Святого Марка в Венеции, которая не является настоящим прямоугольником, так как стороны ее расходятся по направлению к собору, но благодаря этому она как раз и воспринимается в виде правильного прямоугольника, если смотреть на собор через всю площадь. Мы находим подобные «искажения» объектов с целью приспособить их к работе глаза и мозга и в некоторых храмах древней Греции. Есть они и в Парфеноне.

Мы начинаем понимать, почему потребовалось столь долгое время для того, чтобы художники овладели законами перспективы. По существу, перспективное изображение трехмерного пространства неверно, так как оно отражает мир не таким, каким мы его реально видим, а скорее представляет собой идеализированный сетчаточный образ. Но мы не видим наших сетчаточных образов и не воспринимаем мир соответственно размерам и формам сетчаточных образов, так как последние значительно модифицируются благодаря механизму константности. Не следует ли художнику игнорировать перспективу и рисовать мир таким, каким он его видит?

Когда художник совершенно игнорирует перспективу, его картины или рисунки будут казаться плоскими, если только он с достаточным умением не использует другие признаки расстояния. Но это, видимо, почти невозможно. Если ему удастся изобразить глубину другими средствами, картина все равно будет восприниматься как неправильная, так как эти признаки вводят в действие систему константности зрителя, что ведет к увеличению более отдаленных предметов. Это значит, что художник должен соблюдать правила перспективы: рисовать отдаленные объекты меньшими по размеру — при условии, конечно, если у зрителя эти признаки глубины вводят в действие шкалирующий механизм константности. В самом деле, если бы он мог применить все существующие признаки глубины, он должен был бы использовать перспективу с такой полнотой, чтобы наблюдатель увидел размеры и расстояния так, как если бы он сам смотрел на реальную сцену, разыгрывающуюся в трех измерениях. Однако — и это очень важно — в действительности художник не может надеяться применить все реально существующие признаки глубины, и поэтому он вынужден пользоваться модифицированными признаками перспективы.

Возвращаясь к рисункам, создающим иллюзорные искажения (рис. 9, 4, 9,5 и 9,6), интересно отметить, что, хотя все они вводят в действие закономерности перспективы и вызывают увеличение более отдаленных с точки зрения перспективы деталей, в изображениях реальных объектов возникает тенденция к уменьшению искажений, обусловленных перспективой.

ОПЫТЫ ЭЙМСА С ПЕРСПЕКТИВОЙ

Американский психолог А. Эймс, начавший свою карьеру как художник, является автором серии очень остроумных и ярких опытов по восприятию. Наибольшей известностью пользуется его «перекошенная комната». Это неправильной формы ящик, который может быть размером с обычную комнату. Дальняя стена отодвинута в одну сторону таким образом, что она находится в положении, не привычном для наблюдателя, однако благодаря использованию перспективы эта неправильной формы комната дает тот же самый сетчаточный образ, что и обычная прямоугольная комната. Поскольку возможно бесконечное количество пространственных расположений объектов и их ориентаций по отношению к наблюдателю, которые могут давать один и тот же сетчаточный образ, существует также и бесконечное множество перекошенных комнат, которые могут отражаться на сетчатке так же, как и обычная прямоугольная комната.

На что похожа перекошенная комната Эймса? Она похожа на обычную прямоугольную комнату! В сущности в этом нет ничего удивительного; она должна выглядеть как обычная комната, если она сконструирована при строгом соблюдении правил перспективы и если смотреть на нее с правильной позиции, потому что образ, который она создает на сетчатке, — тот же, что и образ, возникающий, когда смотрят на обычную комнату. Но если мы внесем в комнату предметы, то происходят очень странные вещи. Предмет, помещенный в дальний угол комнаты, сокращается в размерах. Он кажется слишком маленьким, потому что изображение этого предмета на сетчатке меньше, чем можно было ожидать на основании видимого расстояния до этой части комнаты. Так, например, взрослый человек может уменьшиться настолько, что будет казаться меньше маленького ребенка (рис. 10, 11). Важно отметить, что этот эффект сохраняется и на фотографии. Фактически нет никакой необходимости в реальной комнате, чтобы получить этот эффект, потому что фотографический снимок дает to же самое изображение на сетчатке, что и сама комната, за исключением лишь того, что в фотографии имеется добавочный фактор в виде плоской бумаги определенной фактуры.

Рис. 10, 11. Невозможно? Мы думаем, что эта комната прямоугольная, хотя фактически это не так, — и видим фигуры измененными по размеру. Именно это и происходит в перекошенной комнате Эймса. Мы настолько привыкли к тому, что комнаты прямоугольны, что уверены, что и эта комната обычная. В данном случае мы ошибаемся.

Рис. 10, 12. Схема перекошенной комнаты Эймса. Дальняя стена фактически удалена от наблюдателя (и от камеры) с левой стороны. Фигура в левом углу находится значительно дальше от наблюдателя, чем фигура в правом, но стены и окна расположены таким образом, что они дают тот же самый сетчаточный образ, что и обычная прямоугольная комната, и наблюдателю кажется, что фигуры находятся на одинаковом расстоянии, но что они разной величины. (Человек в этой комнате приблизительно удваивается по величине.)

По-видимому, мы настолько привыкли к прямоугольным комнатам, что считаем это аксиомой, так что в нашем восприятии искажаются скорее любые помещенные в такой комнате объекты — взрослый или ребенок, — чем сама комната. Однако ведь здесь, по существу, ситуация выбора, и мы можем остановиться либо на одном, либо на другом, либо принимаем и то и другое, что создает странное ощущение. В данном случае мозг принимает неправильное решение, поскольку экспериментатор искусственно создает необычные условия восприятия. Вероятно, самая интересная особенность перекошенной комнаты Эймса и состоит в том, что восприятие в таких условиях возникает как результат процесса выбора лучшего решения, принимаемого на основании имеющихся сенсорных данных. Сообщают, что жены не видят своих мужей измененными в этой комнате — они воспринимают их обычными, а комнату видят искаженной. Вот какова сила веры!

Резюмируем: пустая перекошенная комната Эймса ничего не говорит нам о восприятии. Если она сконструирована по воем правилам, она должна быть похожей на обычную прямоугольную комнату и давать ту же самую проекцию на сетчатку наблюдателя. Она должна выглядеть точно так же и при фотографировании или при запечатлении ее вида любым другим возможным оптическим прибором или другим типом глаз, которые получают информацию о расстоянии аналогичным способом. Однако, когда в комнату помещаются другие объекты (например, люди), создается такая ситуация, когда перцептивная система должна сделать выбор при наличии разноречивой информации. Резкое искажение формы комнаты настолько неправдоподобно (по крайней мере, для представителей западной культуры), что перцептивная система — если истина маловероятна — делает ошибочный вывод. Это свидетельствует о важности предварительного опыта и обучения в восприятии. Эта комната не искажает лишь хорошо знакомые объекты (например, мужей). Знакомство с комнатой, особенно путем ощупывания ее стен, даже если это делается с помощью палки, приводит к постепенному уменьшению эффекта искажения других предметов, пока, наконец, комната не начинает восприниматься более или менее правильно, то есть перекошенной.

Другой известный опыт Эймса — это опыт с вращающимся окном. Это плоский, не прямоугольной формы предмет, похожий на окно, который медленно вращается с помощью маленького мотора. На нем нарисованы тени, так что во время движения окна кажется, что источник света, отбрасывает тени, которые вращаются вместе с окном, но необычным образом; в действительности же «тени» на «окне» никогда не меняют своей длины. При этом возникает сложная серия иллюзий. Направление вращения не ясно наблюдателю, ему кажется, что оно спонтанно изменяется. (Этот эффект похож на эффект «ветряной мельницы», который возникает при длительном наблюдении под углом за вращающимися на фоне неба крыльями. Наблюдателю кажется, что направление вращения меняется само по себе.) Любой небольшой предмет, прикрепленный к вращающемуся окну, неожиданно будет двигаться в другом направлении, чем окно, в действительности же движение этого предмета воспринимается наблюдателем верно, а в оценке движения окна он ошибается. При этом может возникнуть другой замечательный и поразительный эффект— окно неожиданно изменяется по величине и невероятно расширяется. Очевидно, в этом случае нарушается работа механизма константности, однако в подобной сложной ситуации трудно было бы сказать, каким образом это происходит. Этот опыт очень нагляден, но слишком сложен, чтобы быть хорошим инструментом для исследования восприятия.

ГРАДИЕНТЫ ГИБСОНА

Работы Дж. Дж. Гибсона, особенно по восприятию глубины, пользуются широкой известностью. Гибсон исследовал, в частности, значение факторов постепенною изменения структуры фона (рис. 10, 13) и параллакса движения в определении видимого расстояния.

Рис. 10, 13. Такой характер фона указывает на покатую поверхность.

Во всех своих работах он подчеркивал важность оценки реальной внешней ситуации. Он также указывал (в более поздних исследованиях), что для объяснения работы перцептивной системы достаточно точно проанализировать результаты различных типов стимуляции сетчатки: он возражал против неврологических или кибернетических моделей перцептивных процессов, которые, как предполагается, отражают работу мозга.

Гибсон провел много изящных экспериментов, в которых он воспроизводил ситуации, создающие впечатление глубины; в частности, он использовал прием, указанный Гельмгольцем: маскировка дальних объектов ближними; этот прием настолько эффективен, что он может вызвать стереоскопический эффект глубины. Один из наиболее красивых опытов Гибсона заключается в том, чтобы заставить наблюдателя видеть объект, частично перекрытый другим объектом, как более удаленный, а частично загораживающий его, как более близкий, что достигается с помощью игральных карт, у которых вырезаны отдельные участки, как это показано на рис. 10, 14.

Рис. 10, 14. Искусный прием, создающий иллюзию глубины. Два набора квадратов, хотя они и выглядят одинаковыми, находятся на разном расстоянии от наблюдателя. В третьем ряду игральных карт валет фактически ближе шестерки.

Сопоставляя различные признаки глубины (заменяя одни признаки другими, применяя такие приемы, как оптическая замена изображений, возникающих в левом и правом глазах, или используя прием Гибсона с игральными картами), можно установить относительное значение различных признаков в восприятии глубины, в том числе и так называемое явление воздушной перспективы, описанное Леонардо, Гельмгольцем и другими, которое состоит в том, что в воздушном пространстве более отдаленные объекты кажутся более синими и более расплывчатыми.

Рис. 10, 15 Аппаратура для создания эффекта обратного расположения объектов в пространстве. Ближний квадрат и игральная карта вырезаны таким образом, чтобы фактически не закрывать более отдаленные квадрат и карту. Это настолько необычно, что отдаленные и ближние квадраты и карты кажутся расположенными в пространстве в обратном порядке. Этот факт свидетельствует о том, что перекрытие дальних объектов ближними является важным признаком глубины, который предполагает некоторые знания о мире объектов.

По-видимому, применяя новые технические приемы, описанные в предыдущей главе, которые позволяют дать объективную оценку видимой глубине, можно измерить силу воздействия различных признаков глубины.

До сих пор нет полной ясности в вопросе о том, в какой мере художник использует те признаки, которые в обычных условиях создают впечатление глубины при зрительном восприятии мира, и в какой мере он применяет специальные приемы, эффективные лишь для знатоков искусства, но не встречающиеся в природе и не используемые при обычном восприятии. Можно узнать нечто новое о закономерностях нормального восприятия путем изучения профессиональных приемов художников, их успехов и неудач; это поможет нам более детально уяснить себе вопрос о том, каким образом мы видим объекты реального мира.

Если рисунок или фотография предъявляются таким образом, что фактура бумаги, на которой они изображены, не заметна — что можно сделать путем просвечивания их в темной комнате, — тогда перспективные или другие признаки глубины изображения будут выступать с удивительной ясностью, как бы стереоскопически. В обычных условиях художнику в значительной мере мешает фактура холста его картины, но ученому следовало бы помочь ему в его желании устранить этот парадокс и внушить зрителю впечатление глубины, которой он в действительности не видит.

ШТРИХОВКА И ТЕНИ

Когда изображение передается одними линиями, чтобы показать расстояние до объектов и их ориентацию в пространстве, прибегают к штриховке. Она может использоваться также для того, чтобы обозначить, каким образом объект располагается на фоне. Чтобы изобразить ровную поверхность, затенения производят пунктиром или линиями, расположенными на равном расстоянии друг от друга, неравномерная по глубине поверхность передается линиями, расстояния между которыми неодинаковы.

Штриховка может также изображать тень, и это нечто иное по сравнению с однообразием поверхности фона. Тени указывают на направление света, падающего на предмет, а также говорят нам, в каком месте другой предмет загораживает свет. Тень может быть отброшена и выпуклыми деталями объекта — как это происходит, когда фактура предметов выявляется с помощью теней, — и тогда по форме и направлению теней мы судим о фактуре поверхности предмета и направлении освещения. Это весьма важный технический прием. Когда мы смотрим одним глазом, тени являются важной информацией, дающей нам представление о глубине, довольно сходное с тем, которое возникает при бинокулярном зрении. Источник света, показанный с помощью теней, замещает отсутствующий глаз художника.

Рассмотрим обращенное к нам лицо, освещенное сильным боковым светом. Форма носа в профиль фактически показана тенью на щеке (рис. 10, 16).

Рис. 10, 16. Два положения лица, видимые на фотографии, снятой под одним углом зрения; тень показывает профиль носа.

Таким образом, тень дает нам другое представление о форме носа. Тот же самый эффект имеет место, когда мы рассматриваем Луну через телескоп: фактически наши знания рельефа кратеров и лунных гор складываются из наблюдений за тенями, отбрасываемыми ими при косых солнечных лучах. Можно измерить длину этих теней и сделать точные выводы о высоте и форме лунных гор. Наша перцептивная система именно так и поступает в большинстве случаев, ведь мы видим мир плоским, если источник света находится позади нас и теней нет.

Как уже было сказано, восприятие глубины может изменяться, если с помощью оптических приборов подать на левый глаз изображение, получаемое в обычных условиях правым, и наоборот (см. главу 4). Довольно интересно, что извращение восприятия глубины, основанное на тенях, видимых одним глазом, может также возникать в тех случаях, когда источник света, дающий тени, помещается не на обычном месте. Дело в том, что свет, как правило, падает сверху: солнце не освещает предметы снизу, даже когда оно находится за линией горизонта, да и искусственный источник света обычно помещается сверху. Однако, если освещение идет снизу, мы склонны видеть глубину в перевернутом виде точно так же, как это происходит в случае оптической замены изображений левого и правого глаза.

Этот эффект был ранее описан несколькими исследователями. Дэвид Брюстер (1781–1868) указывает на него в своих «Письмах о естественной магии», где он пишет, что, если направление света, падающего на середину монеты, меняется с верхнего на нижнее, углубления начинают восприниматься нами как выпуклости, а выпуклости — как углубления: инталии превращаются в камеи и наоборот. О подобном наблюдении было сообщено и на одном из ранних заседаний Королевского Общества, оно было сделано одним из членов этого общества, который рассматривал монету под микроскопом. Брюстер пишет:

«Эти иллюзии», являются результатом деятельности нашего собственного разума, результатом нашей оценки форм тел на основании тех знаний, которые нам сообщают свет и тень».

Продолжая исследовать этот эффект, Брюстер обнаружил, что он в большей степени выражен у взрослых, чем у детей. Он нашел, что зрительное восприятие глубины может изменяться даже в том случае, когда истинная глубина предмета была сначала воспринята на ощупь. Эти наблюдения должны быть отнесены к числу самых ранних психологических экспериментов. Теперь мы знаем, что тот же эффект наблюдается и у цыплят и что по крайней мере у них он является врожденным.

Этот эффект может возникнуть также при рассматривании Луны в телескоп. Он может представлять даже известную опасность в космических полетах, когда потребуется оценить лунный ландшафт при посадке на Луну (рис. 10, 17).

Рис. 10, 17. (Верхний). Модель Луны с горами и кратерами, на глубину которых указывают их тени. (Нижний). Та же самая модель Луны, но сделанная иначе. Теперь то, что было горой, выглядит как углубление; направление теней указывает на другую глубину.

Хотя тени соединяются с объектами и являются как бы их частью, в обычных условиях они четко выделяются и только изредка смешиваются с объектами. Тени играют столь важную роль в восприятии, что они могут создавать впечатление объектов даже в тех случаях, когда самих объектов в действительности нет. Это ясно видно та примере шрифта, изображенного на рис. 10, 18. Здесь мы видим настоящие большие буквы, хотя на самом деле это только тени воображаемых букв. Может быть, этот эффект и заставляет некоторых людей иногда видеть привидения?

Рис. 10, 18. Буквы? Здесь только тени, но мы видим буквы, которые как бы отбрасывают тени. Посмотрите внимательнее: ведь здесь нет выпуклых букв, отбрасывающих тень, хотя мы «видим» их. Иногда мозг придумывает объекты, пытаясь понять, что именно находится перед глазами.

11. Нужно ли нам учиться видеть?

Как мы познаем мир? Это самый древний вопрос философии, в зависимости от решения этого вопроса философов относили либо к метафизикам, которые считали, что мы рождаемся с некоторыми знаниями о мире, либо к эмпирикам; последние утверждали, что все знания возникают на основе сенсорного опыта. С точки зрения метафизики можно делать мировые открытия — даже такие, как определение числа планет, — не имея дела с реальностью и не глядя на нее, а просто сидя в кресле и сосредоточив свои мысли в нужном направлении. С точки зрения эмпирика это утверждение абсурдно: для того, чтобы знать, мы должны наблюдать.

На протяжении 2000 лет метафизики защищали свои позиции, ссылаясь на математику, особенно на геометрию, где новые факты постоянно обнаруживаются не с помощью эксперимента или наблюдений, а путем размышлений и оперирования символами. Только за последнее столетие стало ясно, что математические открытия — это открытия особого рода: они не содержат конкретные знания об объектах, а представляют собой возможные системы символов. Математические открытия имеют отношение только к математике, а не к внешнему миру[1]. Мы знаем, что существует не одна, а несколько возможных геометрий: могут быть изобретены и другие геометрии; возникает эмпирический вопрос, какая из них в большей степени соответствует нашему восприятию мира. Математика полезна при уточнении всех звеньев аргументации, в выяснении логических этапов, стоящих между формулированием проблемы и выводом, — который может быть сделан лишь при наличии соответствующего метода, — и в представлении данных в удобной форме. Но математика не дает новых знаний о мире в том смысле, в каком они открываются путем наблюдения.

Рис. 11. 1. Зрительно воспринимаемый «обрыв». В этом эксперименте, предложенном Элеонорой Гибсон, маленьким детям и детенышам животных показывается глубина, покрытая куском стекла. Дети отказываются ползти на стекло над «обрывом»: очевидно, они видят глубину и опасность!

Существует, однако, ряд животных, которые, по-видимому, многое знают о мире вещей до приобретения соответствующего опыта. Насекомые успешно скрываются от хищников и охотятся, и им не требуется времени, чтобы выучиться этому. Мигрирующие птицы при перелетах через однообразную гладь океана ориентируются по расположению звезд, даже если они никогда раньше не видели неба. Как же это происходит, если эмпирики правы и все знания являются результатом чувственного опыта?

Экспериментальная психология выросла из философии, и отзвуки былых дискуссий звучат в ней до сих пор. Психологи различают врожденные и приобретенные реакции; первые означают знания без предварительного опыта, вторые — знания, полученные из наблюдений. Однако постановка этого вопроса в психологии иная, чем в философии. Для философа вопрос состоит в следующем: можем ли мы знать что-либо до того, как осуществилось восприятие? Для психолога вопрос ставится иначе: можем ли мы воспринимать прежде, чем мы научимся тому, как воспринимать? Эти вопросы часто смешивались, но в действительности они совершенно различны. В данной главе нас интересует только второй вопрос. Нет сомнения, что насекомые и птицы могут соответствующим образом реагировать на некоторые объекты при первой же встрече с ними, но это не означает, что они метафизики. Они наследуют через механизмы наследственности сумму знаний, полученных их погибшими предками.

То, что приобретается в индивидуальном обучении, не может непосредственно передаваться потомкам по наследству, но генетическое кодирование может модифицироваться естественным отбором, и это создает способность соответствующим образом реагировать на объекты или ситуации, с которыми индивид встречается впервые. Особенности поведения и способность узнавать объекты, например, своих постоянных врагов, так же важны для сохранения жизни любого живого существа, как и его морфологическое строение. В самом деле, конечности и органы чувств бесполезны до тех пор, пока ими не начинают эффективно пользоваться, они так же бесполезны, как и орудия, если нет навыка обращения с ними. Подобно тому как простые рефлексы без обучения защищают молодое животное от опасности падения или удушья, так могут предохранять его от опасности и врожденные перцептивные умения.

Восприятие объектов у животных, стоящих на низких ступенях эволюционного развития, почти полностью состоит из таких врожденных реакций. Диапазон их перцептивных реакций невелик, и они отвечают только стереотипно. Некоторые насекомые способны к перцептивному обучению, но у них доминируют «врожденные» формы знания, в то время как приобретенные знания ограничены и касаются, главным образом, лишь местоположения их улья или других убежищ; благодаря этим знаниям они могут вернуться к гнезду после разыскивания пищи. Пчеле не надо учиться различать цветы. Она ищет нектар там, где находили его ее предки, так как нектар имеет решающе значение для сохранения ее жизни. Узор лепестков, связанных с нектаром, запечатлен в мозгу пчелы, так как иначе пчела погибла бы из-за отсутствия меда.

Если нервные структуры, ответственные за такие реакции, развиваются в процессе естественного отбора, нет ничего удивительного в том, что это справедливо и для восприятия и для всего поведения.

Было бы действительно удивительно с эмпирической точки зрения, если бы искусственные или экологически несущественные формы «узнавались» бы без обучения. Например, если бы оказалось, что ребенок может понимать язык, которому его не учили; это было бы поразительно, так как подобные знания не могут кодироваться генетически. Однако нет доказательств существования такого рода врожденных непосредственных знаний. Это положение теперь не вызывает сомнения, но не так давно метафизики всерьез утверждали, что число планет можно узнать путем чистого размышления, без наблюдений. Это предположение казалось тогда очевидным, а позиция эмпириков — абсурдной и противоречащей фактам.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЗРЕНИЯ ПОСЛЕ ДЕТСКОЙ СЛЕПОТЫ

B своем развитии человек проходит длительный период беспомощного детства. В это время чрезвычайно трудно установить, в каких пределах ребенок воспринимает мир, так как он почти совершенно пассивен и не может соответствующим образом отвечать на внешние раздражения. Вопрос, стоящий перед психологом, сводится к тому, чтобы определить, чему ребенок должен учиться и что является у него врожденным. Известный американский психолог Уильям Джемс описывает мир младенца как («яркий звучащий хаос». Так ли это? Как мы можем установить, на что похож зрительный мир ребенка? Этот вопрос привлекал внимание философов, воодушевлявшихся возможностью раскрыть, каким образом ребенок учится видеть, расспрашивая слепого от рождения человека о том, что он переживал, когда у него восстановилось зрение. Конечно, такие случаи редки, однако они все-таки иногда происходят, и к описанию их мы сейчас и перейдем.

Ощущения слепого человека описывались Декартом в его «Диоптрике». Декарт пишет о том, как слепой познает мир, постукивая палкой. Он говорит:

«Без длительной практики такие ощущения довольно беспорядочны и неясны, но если вы обратитесь к слепорожденным людям, которые на протяжении всей своей жизни пользовались подобными ощущениями, вы обнаружите, что они воспринимают предметы настолько точно, что почти можно сказать, что они видят руками».

Предполагалось, что подобного рода обучение необходимо и нормальному ребенку, чтобы сформировать его зрительное восприятие мира.

Джон Локк (1632–1704) получил известное письмо от Молино, в котором был поставлен следующий вопрос:

«Представим себе человека, слепого от рождения и теперь уже взрослого, научившегося посредством осязания различать куб и шар, сделанные из одного и того же металла. Представим себе далее, что куб и шар лежат на столе и слепой внезапно увидел их; спрашивается, смог ли бы он различить их и сказать, какой из них шар, а какой куб, только глядя на них и не прикасаясь к ним?.. Проницательный и рассудительный оппонент ответил бы — нет. Хотя слепой человек получил через осязание знания о том, что такое шар и что такое куб, и эти знания, казалось бы, должны были в известной мере переноситься на зрение…»

Локк так комментировал это рассуждение Молино:

«Я согласен с тем, как этот мыслитель, которого я с гордостью назвал бы своим другом, отвечает на этот вопрос. Я разделяю мнение, что внезапно прозревший человек был бы не в состоянии с уверенностью отличить шар от куба».

Это весьма интересный психологический эксперимент. Будучи в прошлом объектом философских спекуляций, этот вопрос становится теперь предметом экспериментального исследования.

Джордж Беркли (1685–1753), ирландский философ, также рассматривал эту проблему. Он говорит:

«Для того чтобы облегчить понимание этого вопроса и избавиться от каких бы то ни было предрассудков, нет ничего лучшего, как представить себе случай со слепорожденным человеком, который прозрел, когда стал взрослым. И хотя, видимо, нелегко отвлечься полностью от нашего зрительного опыта и представить себе мысленно в точности состояние этого человека, тем не менее мы должны, насколько это возможно, попытаться составить представление о том, что должно происходить в его сознании».

Продолжая это рассуждение, Беркли говорит, что следует ожидать, что у такого человека не будет никаких знаний о том, что такое

«…высокий или низкий, вертикальный или перевернутый… по отношению к объектам, к которым он до сих пор не применял терминов «вверх» и «вниз», «высокий» и «низкий» и некоторые он воспринимал только посредством осязания; однако те же объекты, воспринимаемые зрительно, вызывают новый комплекс представлений совершенно специфических и отличных от прежних, которые не могут быть получены через осязание».

Беркли приходит затем к мысли, что этому человеку потребуется некоторое время, чтобы научиться связывать осязательные ощущения со зрительными. Таким образом, Беркли говорит о необходимости предшествующего опыта, вырабатываемого в детстве, для формирования восприятия, что обычно подчеркивалось философами-эмпириками.

В литературе описывался ряд действительных случаев такого рода, о существовании которых Молино только предполагал. Наиболее известен случай с тринадцатилетним мальчиком, описанный Чизелдоном в 1728 году. Всего известно около шестидесяти случаев зарегистрированных случаев, начиная с 1020 года и кончая случаем, изученным автором и его сотрудниками несколько лет назад; последний относится к человеку, слепому с десятимесячного возраста до пятидесяти двух лет.

Некоторые из этих описанных случаев подтверждают предположения философов-эмпириков. Сначала эти люди могли видеть лишь немногое, будучи не в состоянии назвать или различить даже простые предметы или формы. Иногда проходил длительный период тренировки, прежде чем они начинали пользоваться своим зрением; многие люди так этого и не достигали. Некоторые из них бросали свои попытки и возвращались к жизни слепого, часто после периода тяжелых эмоциональных переживаний.

Однако другие сразу же после прозрения видели довольно хорошо, к ним относились главным образом интеллектуально развитые и активные люди, которые получили хорошее образование в период слепоты. Те трудности, которые испытывали все эти люди в назывании простейших видимых ими предметов, и медленное развитие их зрительного восприятия произвели такое впечатление на канадского психолога Д. О. Хебба, что он придал этим фактам большое значение, видя в них подтверждение важности перцептивного обучения для младенца.

Важно, однако, отметить, что не во всех подобных случаях наблюдались большие затруднения в становлении зрения и длительное развитие зрительного восприятия. Мы должны также помнить о том, что сама по себе операция связана с нарушением оптических систем глаза, так что в течение определенного времени нельзя ожидать нормального функционирования глаза, пока он не оправится после операции. По-видимому, это особенно важно в случаях удаления катаракты — основной причины слепоты во всех ранее описанных случаях, — в то время как другие виды оперативного восстановления зрения, связанные с помутнением роговицы, менее травмируют глаз в целом. Случаи с пересадкой роговицы были описаны лишь сравнительно недавно; к ним относится и тот, который посчастливилось наблюдать автору.

СЛУЧАЙ С. Б.

Человек 52 лет, которого мы будем называть С. Б., в период слепоты был активным и разумным. Он мог ездить на велосипеде со своим другом, который поддерживал его за плечо и направлял его; он мог обходиться без обычной палки, прогуливаясь иногда между стоящими машинами или фургонами. Он любил делать вещи, пользуясь простыми инструментами, в сарае своего сада. Всю свою жизнь он пытался представить себе зрительно воспринимаемый мир; он мог мыть машину своего зятя, представляя себе ее формы с такой яркостью, на которую он только был способен. Он мечтал о том дне, когда он сможет видеть, хотя состояние его глаз считалось безнадежным, и операция была сопряжена с риском еще более повредить роговицу. В конце концов операция была сделана и оказалась успешной. Но, несмотря на успех операции, эта история окончилась трагически.

Когда повязки были впервые сняты с его глаз, и он больше не был слепым, он услышал голос хирурга. Он повернулся в направлении голоса и не увидел ничего, кроме расплывчатых очертаний. Он сообразил, что, судя по голосу, это должно быть лицо, но не мог его увидеть. Он не увидел вдруг мир таким, каким видим его мы, когда открываем глаза.

Однако спустя несколько дней он уже достаточно эффективно мог пользоваться своим зрением. Он мог ходить по коридорам больницы без помощи осязания; он мог даже узнавать время по стенным часам, хотя всю свою жизнь носил в кармане часы без стекол, чтобы наощупь узнавать время по расположению стрелок. Он вставал на рассвете и следил из окна за проходящими легковыми автомобилями и грузовиками. Он был в восхищении от своих успехов, восстановление зрения шло очень быстро.

Когда он вышел из больницы, мы привезли его в Лондон и показали ему многое из того, о чем он до сих пор не имел никакого представления, пользуясь лишь осязанием, но это его почему-то удручало. B зоопарке он мог правильно назвать большинство животных; он гладил домашних животных и спрашивал, чем другие животные отличаются от кошек и собак, которые были ему известны через осязание. Он был, конечно, знаком с игрушками и моделями. Глядя на предметы и называя их, он, безусловно, привлекал на помощь свой прошлый тактильный опыт и сообщения зрячих людей, отыскивая в предметах, главным образом, характерные признаки. Однако он воспринимал мир темным и расплывчатым, и тусклые краски огорчали его. Ему нравились яркие краски, и он был недоволен, когда наступали сумерки. Его разочарование усиливалось и становилось постоянным. Постепенно он перестал вести активный образ жизни и через три года скончался.

Депрессия, наступавшая у людей при восстановлении зрения после многих лет слепоты, по-видимому, характерная черта всех случаев. Причины ее, вероятно, сложны, но отчасти она, наверное, связана с осознанием этими людьми того, что было им недоступно в годы слепоты, — не только зрительные впечатления, но и те возможности, которых они были лишены. Некоторые из них довольно быстро возвращались к прежнему образу жизни, не пытаясь больше видеть. С. Б, часто вечером не прилагал усилий, чтобы зажечь свет, и оставался в темноте.

Мы пытались понять, на что похож зрительный мир этого человека, задавая ему вопросы и предлагая простые перцептивные тесты. Пока он был в больнице (до того, как началась депрессия), он был более осторожен в своих оценках и ответах. Мы обнаружили, что у него своеобразное восприятие расстояния, что наблюдалось и у других ранее описанных больных. Он думал, что мог бы коснуться ногами земли под окном, если бы спустился на руках, хотя окно находилось на высоте 10–12 метров над землей. С другой стороны, он мог довольно точно оценивать расстояния и размеры, если уже знал эти объекты на ощупь. Хотя его восприятие было очень своеобразным, он редко выражал удивление по поводу того, что он видит. Он нарисовал слона (рис. 11, 2) до того, как увидел его в зоопарке, но, увидев его, сразу же сказал: «это слон».

Рис. 11, 2. Рисунок слона, сделанный испытуемым С. Б. Он нарисовал слона прежде, чем увидел его. Через полчаса мы показали ему в Лондонском зоологическом парке настоящего слона, и он совсем не удивился!

Он сказал также, что слон выглядит именно таким, каким он его себе представлял. Только луна вызвала у него искреннее удивление — ее он никак не мог знать на ощупь. Через несколько дней после операции он (увидел нечто, что он принял за отражение в оконном стекле (в течение всей своей дальнейшей жизни он восхищался отражением в зеркале и мог часами сидеть перед зеркалом в маленьком ресторане, наблюдая за людьми); но на этот раз то, что он видел, не было отражением, это был серп луны. Он спросил сестру, что это такое, и, когда она ему ответила, сказал, что он думал, что это четвертушка торта.

С. Б. так и не научился читать глазами (он читал по методу Брайля, которому был обучен в школе для слепых), но мы обнаружили, что он мог узнавать печатные заглавные буквы и числа зрительно, без какого-либо специального обучения. Это нас очень удивило. Оказалось, что в школе для слепых его учили читать именно большие заглавные буквы, и он не знал, что существуют другие — маленькие. Там давались выпуклые буквы на деревянных дощечках, которые и заучивались на ощупь. Хотя он читал заглавные печатные буквы непосредственно глазами, ему потребовалось длительное время, чтобы узнавать маленькие буквы, и он научился читать только простые слова. То, что он мог сразу же зрительно узнавать те буквы, которые раньше заучил на ощупь, ясно показывает, что он мог использовать свой прошлый тактильный опыт для вновь обретенного зрения. Этот факт интересен для психолога, так как он свидетельствует о том, что мозг не разделен на изолированные отделы, как это иногда думают. Однако любые факты такого рода трудно или даже невозможно применить к нормальному развитию зрительного восприятия у ребенка. Взрослый слепой человек знает очень многое о предметном мире благодаря осязанию и слуху: он может использовать эту информацию, чтобы определять объекты по незначительным признакам. Он должен также сделать над собой усилие и довериться новому органу чувств, что означает отказ от многолетних привычек. А это уже, действительно, совсем не похоже на то, что происходит с детьми.

Использование этим человеком своего прежнего тактильного опыта отчетливо проявлялось в рисунках, которые он делал по нашей просьбе, начиная со времени пребывания в больнице и затем на протяжении года или более. Ряд изображений автобуса (рис. 11, 3) показывает его неспособность нарисовать что-либо, о чем он раньше не знал через осязание. На первом рисунке колеса имеют спицы, а спицы являются деталью колеса, которую можно определить на ощупь. Окна, видимо, также изображены потому, что он знал о них благодаря прикосновению к ним с внутренней стороны.

Рис. 11, 3. Первый рисунок автобуса, сделанный С. Б. (через 48 часов после операции по пересадке роговицы, давшей ему зрение). Все детали автобуса, представленные здесь, были, вероятно, известны ему на ощупь. Передняя часть автобуса, которую он не мог обследовать руками, отсутствует, и он не мог дорисовать ее, когда мы попросили его сделать это (Второй рис.) Шесть месяцев спустя. Теперь он добавил надпись, но спицы на колесах, доступные осязанию, не были нарисованы, однако он опять не мог нарисовать переднюю часть автобуса. (Третий рис.) Через год он добавляет надписи, но передняя часть автобуса по-прежнему отсутствует.

Самое удивительное в рисунке — это полное отсутствие передней части автобуса, которую он не имел возможности исследовать руками и которую он так и не смог нарисовать ни через шесть месяцев, ни даже через год. Постепенное введение надписей в рисунки указывает на зрительное обучение: стилизованные буквы на последнем рисунке ничего не означают для него, хотя этот рисунок был сделан приблизительно через год после операции, и С. Б. мог узнавать заглавные буквы еще в больнице, усвоив их предварительно с помощью осязания. Очевидно, С. Б. непосредственно использовал свой прежний тактильный опыт и в течение длительного времени его зрительное восприятие было, по существу, ограничено тем, что он уже знал.

Мы видели, с каким трудом С. Б. доверялся своему зрению и пользовался им, когда ему приходилось переходить улицу. До операции он не боялся уличного движения. Он переходил улицу один, вытянув руку или палку прямо перед собой, и поток машин расступался перед ним, как вода перед Христом. Но после операции он соглашался пересечь улицу только с двумя сопровождающими, по одному с каждой стороны. Он боялся уличного движения, как никогда раньше.

Когда он уже вышел из больницы и у него временами начиналась депрессия, он предпочитал иногда пользоваться одним осязанием для узнавания предметов. Мы показали ему простой токарный станок (инструмент, о котором он раньше мечтал), и он был очень взволнован. Мы показали ему этот станок сначала в Лондонском научном музее, где он стоял под стеклянным колпаком, а потом мы сняли этот колпак. Когда станок был под колпаком, он ничего не мог сказать о нем, кроме того, что ближайшая к нему часть, вероятно, ручка (это и была ручка поперечного привода), но когда ему позволили ощупать ее, он закрыл глаза и положил на нее свою руку, после чего тут же с уверенностью заявил, что это ручка. Он нетерпеливо ощупывал токарный станок в течение минуты, при этом глаза его были плотно закрыты, затем он отступил немного назад, открыл глаза, посмотрел пристально на станок и сказал: «Теперь, когда я его ощупал, я его вижу».

Хотя многие философы и психологи полагают, что подобные случаи могут приблизить нас к пониманию закономерностей нормального развития восприятия у детей, я склонен думать, что они говорят нам довольно мало. Как мы видели, трудность в основном состоит в том, что взрослый человек с его большим запасом знаний, полученных с помощью других органов чувств и тех сведений, которые сообщают ему зрячие люди, сильно отличается от ребенка, который начинает свой путь познания без всякого опыта. Исключительно трудно, а может быть, и совсем невозможно воспользоваться этими данными для ответа на вопрос Молино. Эти случаи интересны и наглядны, но, — как уже было сказано, — они мало что говорят нам о мире ребенка, так как взрослые люди с восстановленным зрением не сохраняют психику младенцев.

ДАННЫЕ НАБЛЮДЕНИЙ НАД ДЕТЬМИ

Чтобы узнать, в какой мере ребенку нужно учиться видеть, нам следует обратиться к другим фактам. Мы должны либо прямо выяснить, что же может видеть ребенок, либо узнать более подробно о том, как взрослые учатся видеть необычные для них предметы. Обратимся прежде всего к тем фактам, которые были получены в результате экспериментов с детьми.

ДВИЖЕНИЕ ГЛАЗ РЕБЕНКА

Совершенно особый подход к изучению того, как ребенок учится видеть, был недавно разработан Фантцем. Ввиду того что у грудных детей почти отсутствует контроль над своими движениями, Фантц насколько возможно устранил эту трудность исследования зрительного восприятия у детей, используя тот малый набор движений, который они имеют, а именно: их способность направлять глаза на интересующие их предметы. Фантц укладывал очень маленьких детей удобно на спинку так, чтобы они смотрели вверх, и затем помещал пару рисунков на большом картонном экране, находящемся у них над головой таким образом, что ребенок мог на них смотреть (рис. 11, 4). Экспериментатор наблюдал за глазами ребенка, фотографировал их с помощью киносъемочного аппарата и отмечал время, в течение которого глаза останавливались на каждом из двух рисунков. Он обнаружил, что дети более длительное время задерживают свой взор на рисунках, похожих на лицо, чем на случайном наборе тех же деталей лица. По-видимому, лицо представляет для ребенка осмысленный объект без какого-либо специального обучения, и это является новым, простым и важным открытием.

Рис. 11, 4. (Вверху). Аппарат Фантца для наблюдения за движениями глаз младенца в то время, когда ему показывают различные картины или предметы. В данном случае ребенку показывают освещенный мяч, и в это время положение его глаз фотографируется. (Внизу). Незатейливый рисунок лица и случайный набор деталей лица, показанные совсем маленьким детям. Они дольше смотрели на рисунок, правильно изображающий лицо (о чем можно судить по движению глаз).

Фантц обнаружил также, что дети, по-видимому, предпочитают простые круглые предметы плоскому изображению тех же предметов, что наводит на мысль о наличии у них некоторой врожденной оценки глубины.

Эти эксперименты могут служить прямым доказательством существования непосредственных зрительных реакций на биологически важные объекты, однако эти факты еще недостаточно надежны, так как лицо матери не было скрыто от ребенка, и возможно, что раннее предпочтение набора линий, похожих на лицо, является в действительности не врожденной, а исключительно быстро заученной реакцией, которая могла ассоциироваться с удовольствием, получаемым им от груди матери.

Рис. 11, 5. Некоторые результаты экспериментов Фантца, посвященных изучению движений глаз младенцев. Горизонтальные полосы обозначают время, в течение которого они смотрели на различные изображения, представленные слева от диаграммы.

ЗРИТЕЛЬНОЕ ВОСПРИЯТИЕ ОТВЕСНОЙ ПЛОСКОСТИ

Американский психолог Элеонора Гибсон однажды во время пикника на краю Большого Каньона заинтересовалась тем, упадет ли с обрыва маленький ребенок. Эта мысль привела ее к очень красивому эксперименту, в котором она воспроизвела в миниатюре обрыв Большого Каньона. Ситуация опыта показана на рис. 11, 1, на котором изображена модель центрального «настила»: с одной стороны — обычный твердый пол; над пустым пространством положен большой кусок толстого стекла. Ребенок (или в других опытах молодое животное) помещается на этот настил; спрашивается, будет ли он ползти по стеклу, покрывающему «пропасть»? Эксперимент показал, что ребенок не покидает настила и не переходит на стекло. Ребенка не может заманить на эту часть настила даже его мать, потряхивающая погремушкой, хотя он беспечно ползает по обычному полу на другой стороне «моста». По-видимому, из этого опыта следует сделать вывод, что дети-ползунки могут зрительно оценивать глубину. Эта оценка опасной высоты полезна, однако ценность ее несколько снижается тем фактом, что дети иногда забывают о своих ногах и поворачиваются так, что падают навзничь в «обрыв», покрытый прозрачным полом.

СМЕЩЕННЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Это почти все, что непосредственно известно о восприятии маленьких детей. С целью подробнее рассмотреть проблему перцептивного обучения мы должны обратиться к совершенно иным доказательствам, более опосредствованным, а именно: к вопросу о том, насколько хорошо может взрослый человек адаптироваться к причудливым изменениям своего зрительного мира.

До Кеплера было принято думать, что сетчаточные изображения перевернуты, так как лучи света преломляются в хрусталике. Леонардо считал, что свет должен пересекаться внутри глаза в двух местах (в зрачке и стекловидном теле), чтобы получилось правильное перевернутое изображение. (Вероятно, Леонардо предполагал, что из-за перевернутого вверх ногами изображения и мир должен казаться нам перевернутым. Но так ли это?

Эта проблема подробно рассматривалась Гельмгольцем, который доказывал, что несущественно, какого рода изображения дают систематическую информацию о внешнем мире объектов, так как они известны нам благодаря осязанию и другим органам чувств.

Он был убежден в том, что мы должны учиться видеть мир, связывая зрительные ощущения с тактильными, и что у нас нет специального механизма, который бы осуществлял инверсию изображений. Ссылаясь на случаи, когда взрослые люди, родившиеся слепыми, становились после операции зрячими, Гельмгольц утверждал, что раннее обучение важно для восприятия. Гельмгольц не видел в этих фактах непосредственного подтверждения необходимости обучения перцептивной системы «перевертывать» сетчаточные изображения, но он думал, что те трудности, которые испытывают многие такие больные при назывании предметов и оценке расстояний, служат доводом в пользу эмпирической теории, утверждающей, что восприятие зависит от обучения. Мы уже рассмотрели часть тех трудностей, которые возникают при интерпретации подобных случаев.

Мы можем согласиться с утверждением Гельмгольца о том, что для того, чтобы правильно видеть вещи, необходимо обучение; к этому выводу мы приходим, в частности, анализируя эксперименты, в которых сетчаточные изображения были намеренно перевернуты вместо их обычного положения вверх дном.

ПЕРЕВЕРНУТЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Эти эксперименты делятся на две группы: эксперименты, в которых изменялись положения или ориентация изображений на сетчатке, и эксперименты, в которых намеренно искажались изображения. Мы начнем с классической работы английского психолога Дж. М. Стрэттона. Он носил линзы, переворачивающие изображение, и был первым человеком в мире, который имел правильные, а не перевернутые сетчаточные изображения.

Стрэттон изобрел множество оптических приспособлений для смещения pi перевертывания сетчаточного изображения. Он использовал системы линз и зеркал, в том числе специальные телескопы, вмонтированные в оправу очков, так что их можно было носить постоянно. Эти системы линз переворачивали изображение как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Стрэттон обнаружил, что если носить пару таких оптических приспособлений, чтобы обеспечить бинокулярное зрение, то напряжение, которое испытывает человек, слишком велико, так как при этом нарушается механизм нормальной конвергенции. Поэтому он носил приспособление, переворачивающее сетчаточное изображение, только на одном глазу, другой же глаз был закрыт. Когда же он снимал переворачивающие линзы, то закрывал оба глаза. Прежде всего он обнаружил, что, хотя перевернутые изображения были отчетливыми, предметы казались иллюзорными и нереальными. Стрэттон писал:

«…запечатленные в памяти зрительные впечатления, возникшие при нормальном зрительном восприятии, продолжали оставаться стандартом и критерием для оценки реальности. Таким образом, предметы осмысливались совершенно иначе, чем воспринимались. Это относилось также к восприятию моего тела. Я ощущал, где находятся части моего тела, и мне казалось, что я увижу их там, где я их ощущаю, когда же линзы удалялись, я видел их в ином положении. Но и прежняя тактильная и зрительная локализация частей тела продолжала восприниматься как реальная».

Позже, однако, предметы иногда начинали выглядеть почти обычными.

Первый эксперимент Стрэттона продолжался три дня. В течение этого времени он носил оптическое приспособление приблизительно двадцать один час. Он делает следующее заключение:

«Я могу почти с уверенностью сказать, что центральная проблема — вопрос о значении перевертывания обычного сетчаточного изображения для зрительного восприятия вертикального направления — полностью решена этим экспериментом. Если бы перевертывание сетчаточного изображения было абсолютно необходимо для восприятия вертикали… трудно было бы понять, каким образом сцена в целом могла, хотя бы временно, восприниматься как правильно расположенная вертикально, в то время как сетчаточный образ — благодаря линзам — оставался неперевернутым».

Однако предметы лишь иногда выглядели нормальными, и Стрэттон провел второй эксперимент, и на этот раз уже восемь дней носил монокулярное переворачивающее изображения устройство. На третий день он писал:

«При ходьбе в узком промежутке между мебелью мне требовалось значительно меньше внимания, чем до сих пор. Когда я писал, я мог без труда наблюдать за своими руками, не испытывая неприятных ощущений».

На четвертый день он обнаружил, что ему стало легче правильно определять ту руку, которая испытывает особенно большие затруднения при выполнении какой-либо операции,

«Когда я смотрел на свои ноги и руки, даже если я пытался сосредоточиться на их новом виде, я видел их скорее правильно ориентированными по вертикали, чем перевернутыми».

На пятый день Стрэттон легко мог гулять вокруг дома. Когда он бросал быстрый взгляд на предметы, они казались ему почти нормальными, но когда он начинал рассматривать их внимательно, они воспринимались им как перевернутые. Части его собственного тела, казалось, находились не там, где нужно, особенно его плечи, которых он, конечно, не мог видеть. Однако к вечеру седьмого дня он впервые на прогулке получил удовольствие от красоты местности.

На восьмой день он снял переворачивающие изображение очки и обнаружил, что

«…картина была странно знакомой. Зрительные впечатления непосредственно узнавались как старые, относящиеся к доэкспериментальным дням; однако изменение того расположения предметов, к которому я привык в течение последней недели, давало картину, неожиданно сбивающую с толку, и это продолжалось в течение нескольких часов. Почти невозможно было понять, что происходит, хотя предметы были просто перевернуты».

Когда читаешь отчеты Стрэттона и тех исследователей, которые проделывали аналогичные опыты, возникает впечатление, что в их зрительном мире всегда есть нечто странное, хотя они испытывали большие затруднения в описании того, что же именно было неправильно в этом зрительном мире. По-видимому, они переставали замечать эту странность раньше, чем их перевернутые зрительные изображения начинали восприниматься как нормальные, но когда их внимание привлекалось к некоторым специальным деталям, последние казались им совершенно неправильными. Мы читали о таких ситуациях, где написанные слова виделись на правильном месте в зрительном поле и на первый взгляд воспринимались как нормальное письмо, но когда испытуемые пытались прочесть эти слова, они казались им перевернутыми.

Стрэттон продолжил свои исследования, провел эксперименты, которые — хотя они и менее известны — представляют большой интерес. Он сконструировал систему зеркал, вмонтированных в специальное устройство, которое укреплялось на человеке (рис. 11, 6).

Рис. 11, 6. Эксперимент Стрэттона, в котором он видел самого себя (в зеркале), подвешенном в пространстве перед глазами. Стрэттон совершал загородные прогулки с этим приспособлением.

Это приспособление вызывало смещение зрительного изображения своего собственного тела таким образом, что тело казалось человеку расположенным горизонтально впереди него, на уровне его собственных глаз. Стрэттон посил это приспособление в течение трех дней (в целом около двадцати четырех часов). Он сообщает:

«У меня было такое чувство, будто я мысленно нахожусь вне своего собственного тела. Это было, конечно, преходящее впечатление, но оно возникало несколько раз и, пока длилось, было очень ярким… Однако наступил особенно интересный момент, когда исчезла реальность состояния, и мои действия, за которыми я наблюдал, сопровождались своего рода призраками этих действий, называвшихся старыми зрительными терминами».

Стрэттон суммирует результаты своей работы следующим образом:

«Различные чувственные восприятия, на какие бы явления они в конечном итоге ни распространялись, организуются в единую гармоничную пространственную систему. Эта гармония заключается в совпадении наших ощущений с тем, что Мы ожидали… Существенными условиями гармонии являются те, которые необходимы, чтобы создать надежную связь между двумя органами чувств. Эта точка зрения, которая сначала возникла на основе данных, полученных в опытах с перевернутыми изображениями, теперь получила более широкое обоснование: ее, видимо, подтверждают факты, полученные в более поздних экспериментах, которые показывают, что тактильные ощущения локализации частей тела могут коррелировать со зрительными впечатлениями о местоположении тех же частей тела, причем не только в любом направлении, но также и в любом месте зрительного поля».

Вслед за Стрэттоном аналогичные опыты были проведены другими исследователями. Для того чтобы повернуть поле зрения обоих глаз на 75°, Дж. С. Браун использовал особые призмы и обнаружил, что эта процедура ухудшает восприятие глубины, причем по мере тренировки восприятие улучшалось очень незначительно или не улучшалось вовсе, хотя оказалось, что автор и его испытуемые могут ориентироваться в своем наклонном мире. Более поздние исследования такого рода были проведены Эвертом, который повторил эксперимент Стрэттона, но использовал не одну, а две переворачивающие изображение линзы, хотя его испытуемые и чувствовали напряжение в глазах, которое было отмечено еще Стрэттоном. Заслуга работы Эверта состоит в том, что он произвел систематическое и объективное измерение способности испытуемых локализовать предметы. Он сделал вывод, что Стрэттон несколько преувеличивает размеры адаптации, которая наблюдается в подобных условиях, и что это привело к противоречиям, не разрешенным еще до сих пор.

Изучение этой проблемы было продолжено Дж. и Дж. К. Патерсонами, применявшими бинокулярную систему, сходную с системой Эверта. После четырнадцати дней ношения этого приспособления полная адаптация к ситуации так и не произошла. Проведя восемь месяцев спустя повторный эксперимент с этим же испытуемым, авторы нашли, что в то время, когда испытуемый носил линзы, он проявлял те же изменения в поведении, которые были свойственны ему и при первом ношении переворачивающих изображение очков. Таким образом, по-видимому, обучение в подобных условиях представляет собой скорее ряд специфических адаптаций, надстраивающихся над исходными формами восприятия, чем коренную перестройку перцептивной системы.

Наиболее широкое исследование этой проблемы на людях, предпринятое в последнее время, было проведено в Инсбруке Эрисманом и Колером. Колер и его испытуемые носили очки, искажающие изображение, длительное время. Результаты эксперимента Колера, так же, как и Стрэттона, протоколировались в виде словесных отчетов. Соответственно традициям немецкой гештальтпсихологии и более поздним работам Мишотта по восприятию причинных отношений (см. главу 12), Колер делает акцент на «внутренней структуре» восприятия. Этот подход чужд традициям американского бихевиоризма; однако жаль, что во время эксперимента не было достаточно точной регистрации движений испытуемого. На основании словесных отчетов трудно представить себе этот «адаптированный» мир испытуемых, так как их ощущения, по-видимому, были причудливо спутаны и даже противоречили друг другу. Так, например, пешеходов, очевидно, они видели на правильной стороне улицы, хотя их изображения были перевернуты справа налево, но части их одежды казались им перепутанными. Написанные слова были для испытуемых одним из наиболее сложных объектов. Когда они бросали на письмо беглый взгляд, оно казалось им нормальным, но если они пытались его внимательно рассматривать, оно воспринималось как зеркальное.

Осязание оказывало существенное влияние на зрение: на первых стадиях адаптации предметы неожиданно начинали восприниматься как нормальные, когда испытуемый прикасался к ним: они выглядели нормальными и тогда, когда их перевернутое изображение было физически невозможным. Так, например, свеча казалась перевернутой нижней частью вверх, пока ее не зажигали, после чего она вдруг воспринималась как нормальная, а пламя — идущим вверх.

Эти эксперименты положили начало ряду исследований, в которых на животных надевались разного рода очки. Когда очки, перевертывающие изображение, надевались на обезьяну, то это приводило к ее полной неподвижности в течение нескольких дней; она просто отказывалась двигаться. Когда наконец она начинала двигаться, она пятилась назад. Этот факт интересен, так как эти очки как раз нарушают восприятие глубины. Аналогичные опыты были проведены также с цыплятами и курами. Пфистер надевал на глаза кур призмы, переворачивающие изображение справа налево, и изучал их способность клевать зерна. У кур этот навык резко нарушался, и даже после трехмесячного ношения очков никакого реального улучшения не наблюдалось. То же отсутствие адаптации было обнаружено Сперри и у земноводных. Когда изображение, попадающее на сетчатку их глаз, поворачивалось на 180°, оказалось, что язык двигается в поисках пищи в неправильном направлении, и, предоставленные самим себе, эти животные умерли бы от голода. Сходные результаты были получены Хессом на цыплятах, глаза которых закрывались призмами, которые не переворачивали изображения, а смещали их на 7° вправо или влево. Хесс обнаружил, что такие цыплята всегда клюют в стороне от зерна и никогда не адаптируются к смещению изображений, вызываемому клиновидными призмами (рис. 11, 7).

Рис. 11, 7. Курица Пфистера с призмами, отклоняющими свет, попадающий в ее глаза.

На основании своих экспериментов Хесс сделал следующие выводы:

«По-видимому, врожденные зрительные реакции у цыплят, касающиеся расположения предметов в их зрительном мире, не могут изменяться под влиянием обучения, если от цыпленка требуется, чтобы он усвоил реакцию, антагонистичную инстинктивной».

Все эти различные эксперименты довольно ясно показывают, что животные проявляют значительно меньшую адаптацию к смещению или переворачиванию сетчаточных изображений, чем люди, и только у обезьян имеется некоторая способность к такого рода адаптации.

Существуют новые данные, полученные, главным образом, в работах Р. Хелда и его сотрудников, особенно Хейна, показывающие, что для компенсации смещенных сетчаточных изображений очень важно, чтобы субъект осуществлял активные корригирующие движения. Хелд считает, что активные движения жизненно необходимы для подобной компенсации и что они очень существенны для всякого перцептивного обучения. Один из его экспериментов с котятами особенно изобретателен и интересен. Он воспитывал котят в темноте, позволяя им зрительно ориентироваться только в ситуации эксперимента, которая была, мягко выражаясь, необычной. Два котенка помещались в корзинки, прикрепленные к противоположным концам перекладины, которая могла вращаться вокруг центра, при этом корзинки тоже начинали вращаться. Эта «карусель» была устроена так, что вращение одной корзинки вызывало аналогичное вращение другой (это устройство показано на рис. 11, 8), и таким образом оба котенка получали одни и те же зрительные впечатления в одно и то же время.

Рис. 11, 8. Аппарат, предложенный Хелдом и Хейном для того, чтобы выяснить, возникнет ли перцептивное научение у пассивного животного. Активный котенок слева возит по кругу котенка справа. Они получают одинаковые зрительные впечатления. Но только активный котенок может выполнить зрительные задания, имея зрительный опыт, ограниченный лишь этой ситуацией.

Один котенок, находясь в корзинке, перемещался пассивно, в то время как другой был активен, его лапки были свободны, и он сам двигал свою корзинку и корзинку соседа. Хелд обнаружил, что зрительное восприятие сформировалось только у активного котенка, пассивное животное оставалось по существу слепым. Таким образом, на основании опытов Хелда можно допустить, что активное осязание — существенный фактор, необходимый для развития зрительного восприятия.

ИСКАЖЕННЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Исследования влияния на зрительное восприятие перевернутых и смещенных сетчаточных изображений показывает, что животные, стоящие на эволюционной лестнице ниже человека и обезьяны, не обнаруживают никакой адаптации. У обезьяны процессы адаптации весьма ограничены; что же касается человека, то не совсем ясно, насколько он может адаптироваться к таким условиям. Словесные отчеты в известной мере противоречивы, в отношении моторной адаптации еще мало данных, однако несомненно, что после нескольких дней ношения очков, переворачивающих сетчаточные изображения, люди довольно успешно справляются с этими нарушениями восприятия. Мы еще не знаем окончательно, происходит ли при этом перестройка восприятия, или новые реакции просто надстраиваются над старыми. Неизвестно даже, насколько фундаментальна реорганизация процессов восприятия, которая требуется в этих условиях, потому что в нашей обычной жизни мы тоже имеем дело со смещениями сетчаточных изображений, например, при наклонах головы и рассматривании чего-либо (главным образом, самих себя) в зеркале.

До сих пор мы анализировали опыты с переворачиванием или смещением сетчаточных изображений, однако экспериментально можно получить и другие нарушения зрительного восприятия. Эти нарушения важны, поскольку они вызывают скорее внутреннюю реорганизацию самой перцептивной системы, чем простое изменение соотношения между осязательными и зрительными впечатлениями. Эти зрительные нарушения можно получить, если носить специальные линзы, искажающие, а не просто смещающие изображение на сетчатке.

Дж. Дж. Гибсон, изучая влияние ношения призм, отклоняющих все поле зрения в сторону (на 15° вправо), на зрительное восприятие, обнаружил, что эти призмы, кроме отклонений, неизбежно вызывают искажения сетчаточных изображений, которые по мере ношения призм постепенно уменьшаются. Он произвел точные измерения адаптации к искривлениям изображений, которые создаются этими призмами, и установил, что эффект адаптации уменьшается, даже если глаза испытуемого двигаются свободно. Практически адаптация проявлялась несколько более отчетливо при свободном прослеживании глазами деталей рисунка, чем в тех случаях, когда испытуемый фиксировал взгляд настолько, насколько это возможно.

Существует другой тип адаптации, на первый взгляд сходный с обнаруженным Гибсоном в его опытах с искажающими изображение призмами, а позже — линзами, но, по существу, совершенно отличный от него как по своему происхождению, так и по тому значению, которое он имеет для теории восприятия. Это явление известно под названием структурное последействие (figural after-effect). На протяжении последних нескольких лет оно привлекало пристальное внимание исследователей.

Структурное последействие возникает в тех случаях, когда испытуемый фиксирует взор на рисунке в течение некоторого времени (скажем, полминуты). Если подобным образом взор фиксирует изогнутую линию, то сразу же после этого в течение нескольких секунд прямая линия кажется изогнутой в противоположном направлении. Этот эффект близок к эффекту Гибсона, однако для структурного последействия существенно то, что глаза должны быть неподвижны, в то время как в опытах Гибсона с искажающими очками глаза могут двигаться свободно.

Эти явления свидетельствуют о том, что в перцептивной системе человека может иметь место особый вид адаптации, которая представляет собой не только простую перегруппировку тактильных и зрительных ощущений, а изменение механизмов зрительного восприятия пространства. Неизвестно, имеются ли подобные коррекции у более низко организованных, чем человек, представителей животного мира.

Иво Колер недавно сделал значительное открытие. Он носил очки, не искажающие сетчаточные изображения, а окрашивающие их наполовину в красный, наполовину в зеленый цвет, так что все выглядело красным, если смотреть налево, и зеленым — если смотреть направо, (рис. 11, 9). Колер открыл новый эффект адаптации, о существовании которого раньше и не подозревали. Влияние красного и зеленого цвета на восприятие постепенно уменьшалось, и, когда очки снимались, вещи казались красными при взгляде направо и зелеными — при взгляде налево. Это явление совершенно не похоже на обычные последовательные образы, возникающие вследствие адаптации сетчатки к окрашенному свету. Эффект Колера связан не с положением изображения на сетчатке, а с положением глаз по отношению к голове, и таким образом он является результатом процессов компенсации, протекающих не в глазах, а в мозге.

Рис. 11, 9. Иво Колер нашел, что после того как глаза при направлении взора в одну сторону видели все через зеленый фильтр, а в другую — через красный, они адаптировались к этим условиям и переставали замечать фильтры в любой позиции. Когда фильтры удалялись, та сторона, которая была зеленой, казалась красной и наоборот. Эта адаптация, должно быть, происходит в мозгу, а не в глазах.

Существует всего несколько типов инверсии изображений, которые могут быть получены с помощью простых оптических приспособлений, однако в настоящее время К. У. Смит предложил для этих целей новые технические приемы. Смит использует телевизионную камеру и монитор[2], смонтированные так, что испытуемый наблюдает за своей собственной рукой на экране монитора, который может быть соединен с камерой таким образом, что можно получить любые желаемые изменения изображений.

Таким путем можно получить изображения, перевернутые слева направо или сверху вниз, в то время как движения глаз и рук испытуемого остаются свободными.

В этом эксперименте рука испытуемого помещается за занавеской так, чтобы он не мог ее видеть (поскольку эта аппаратура далеко не портативна, исследование чаще ограничивается короткими экспериментальными сеансами, а не продолжается в течение нескольких дней). Камера может быть установлена в любом положении и давать помимо переворачивания изображений смещение изображения в пространстве. С помощью различных линз и расстояний от камеры до испытуемого можно менять величину изображений и вызывать искажения (рис. 11, 10).

Рис. 11, 10. Эксперимент Смита, в котором использовались телевизионная камера и монитор, для того чтобы менять видимое положение или величину собственных рук рук испытуемого. Испытуемый мог рисовать или писать при больших изменениях зрительного образа своей руки.

Опыты Смита показали, что в целом переворачивание изображения сверху вниз, как правило, дает большие нарушения, чем слева направо, причем комбинированная инверсия изображений (одновременно и сверху вниз, и справа налево) иногда вызывает меньше затруднений, чем каждая инверсия в отдельности. Изменения величины изображения практически не влияют ни на способность испытуемого рисовать объекты, ни на его почерк.

СМЕЩЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ ВО ВРЕМЕНИ

Развитие телевизионной техники сделало возможным смещение изображения не только в пространстве, но и во времени. Временная задержка изображений — это новый вид смещения, изучение которого обещает дать весьма интересные результаты. Этот вид смещения изображений достигается с помощью описанных выше телевизионной камеры и монитора, а также видеомагнитофона, снабженного бесконечной лентой, благодаря чему возникает временная задержка между регистрацией изображения камерой и подачей его на монитор. Испытуемый таким образом видит свою руку (или другой предмет) в прошлом, с временным отставанием, которое регулируется расстоянием между записывающей и воспроизводящей головками видеомагнитофона (рис. 11, 11).

Рис. 11, 11. Эксперимент Смита с введением временной отсрочки между действием и его зрительным восприятием. Отсрочка задавалась с помощью бесконечной ленты видеомагнитофона.

Эта ситуация представляет не только теоретический интерес, она важна также и в практическом отношении, потому что и в авиации, и при управлении многими другими механизмами, работающими с отсрочкой, необходим контроль со стороны человека, но если подобная отсрочка нарушает навыки оператора, это может стать серьезной проблемой. Установлено, что короткие отсрочки (порядка 0,5 сек.) делают движения резкими, плохо скоординированными, так что рисование становится почти невозможным, а письмо явно затрудняется (рис. 11, 12). Тренировка не дает улучшения, или оно невелико.

Рис. 11, 12. Рисунки и письмо при временной отсрочке. Слева направо: обычные рисунки и письмо; рисунки и письмо при зрительном контроле через телевизионную камеру, но без отсрочки; рисунки и письмо при зрительном контроле через телевизионную камеру с отсрочкой. Отсрочка создает непреодолимые помехи, в то время как смещение зрительного изображения в пространстве может быть скомпенсировано. (Эти результаты имеют практическое значение, так как при многих задачах, связанных с контролем, например, при управлении самолетом, возникает какое-то отставание во времени результатов от действий.)

КАКИЕ ВЫВОДЫ МЫ МОЖЕМ СДЕЛАТЬ?

Мы сделали обзор экспериментов с различного рода смещениями сетчаточных изображений. Во всех случаях смещение было планомерным, то есть производилось согласно определенному принципу; был исследован широкий диапазон смещений: по вертикали и по горизонтали (отдельно по каждому направлению или по обоим одновременно); искажения, наблюдаемые при фиксированном взгляде или при свободном движении глаз; смещения изображения во времени.

Результаты этих опытов не так просто оценить, однако в целом, по-видимому, можно сказать, что при всех возможных смещениях изображений человек проявляет известную адаптацию — исключение составляет только смещение изображения во времени, — в то время как у всех других животных, кроме обезьян, ее нет.

Означает ли это, что дети должны учиться видеть? Конечно, эти опыты еще не дают оснований для такого вывода, но если у взрослых людей действительно наблюдаются существенные изменения в перцептивной системе для компенсации упорядоченных изменений сетчаточных изображений, то предположение о важной роли обучения в восприятии кажется вполне правдоподобным. К сожалению, мы еще не знаем, насколько фундаментальна та реорганизация перцептивной системы, которая происходит при адаптации, и в какой мере при этом над старыми перцептивными связями надстраиваются новые. Во всяком случае, очевидно, что перцептивная система человека обладает большой гибкостью и способна адаптироваться к новым условиям. А это очень важно для приспособления к изменяющемуся миру.

Там, где имеет место адаптация — в экспериментах Стрэттона и Гибсона с человеком, в которых производилось переворачивание или искажение сетчаточного изображения, — еще не вполне ясно, каким образом мир начинает восприниматься испытуемым как нормально ориентированный. По-видимому, странность этого мира просто перестает замечаться, а это уже совсем иной вывод, чем тот, который делается исследователями. В опытах Хелда, где пара котят воспитывалась в темноте и только активный котенок из каждой пары научался видеть, — а также в ранних, самых первых аналогичных исследованиях Ризена, который воспитывал шимпанзе в полной темноте и после помещения их на свет обнаружил у них медленное развитие зрения, — остается неясной та интерпретация фактов, которая дается исследователями.

Животные, выросшие в темноте, как правило, пассивны и научаются очень немногому. В некоторых аналогичных случаях отключения зрения у человека также были отмечены существенные трудности в развитии; один из таких людей не мог даже на ощупь отличать шар от куба. Эти эксперименты интересны и важны, но в настоящее время мы еще не можем с уверенностью оценить все значение этих наблюдений. Ясно лишь, что восприятие человека легко поддается модификации посредством обучения (студенты медики, впервые пользующиеся микроскопом, знают это по опыту), однако очень трудно установить, что именно дано нам от рождения, а что приобретено в результате обучения.

В добавление к этим трудностям, при рассмотрении данной проблемы мы встречаемся еще с одной своеобразной трудностью логического порядка, которая связана с пониманием самого термина «восприятие», особенно когда речь идет об опытах над животными. Возьмем, например, опыты Хелда с активным и пассивным котятами: представим себе, что пассивный котенок выучился видеть, понимая под этим, что структура его сетчаточных стимуляций организовалась у него в образы отдельных предметов в то время, когда активный котенок крутил его на «карусели». Но как мы узнаем, что котенок научился видеть (то есть что у него сформировались образы отдельных предметов)? Как можно ожидать от него соответствующих поведенческих реакций, если они никогда раньше не связывались с его восприятием предметов? И здесь возникает основная проблема, а именно: должны ли мы понимать под восприятием то, что нам известно из нашего — собственного перцептивного опыта или мы должны ограничиваться изучением поведения, которое регулируется информацией, получаемой от органов чувств? С точки зрения строгого бихевиориста, субъективный опыт не может быть предметом исследований по восприятию, однако мы вынуждены признать, что в концертном зале или в картинной галерее люди проникают во внутренний мир художника, настолько важный для них, что это и побуждает их посещать такие места. Что бы ни утверждали художественные критики, не внешнее поведение деятелей искусства, а скорее их переживания, интересуют слушателей и зрителей. Но можем ли мы судить о перцептивном опыте животных? По-видимому, нет, и в этом-то и заключается трудность. Мы не понимаем этого воспринимаемого мира животных, так же как нам непонятен и мир, воспринимаемый младенцем; каково бы ни было поведение животных, оно не раскрывает нам полностью их внутренний мир. В данном случае особенно важную роль играет язык: он выходит за пределы непосредственной ситуации «стимул — внешняя реакция», однако как у младенца, так и у животных нет языка, хотя в данном случае он более всего необходим, — и в этом и состоит сложность изучения данной проблемы.

12. Зрительное восприятие и знание

Органы чувств возбуждаются специфическими формами энергии, организованной в определенные структуры, но, если речь идет о зрении, мы редко видим структуры, мы видим предметы. Структура — это бессмысленный набор признаков, предметы же имеют множество характеристик, которые выходят за пределы сенсорно воспринимаемых признаков. Они имеют прошлое и будущее, они меняются и воздействуют друг на друга, они имеют скрытые аспекты, проявляющиеся только в особых условиях.

Кирпич и кусок взрывчатки могут выглядеть и восприниматься на ощупь как очень похожие, однако они будут «вести себя» совсем по-разному. Мы обычно определяем предметы не по их виду, а скорее по назначению или по их основным свойствам. Стол может иметь различную форму, но это предмет, на который можно положить другие предметы; он может быть квадратным или круглым или иметь неправильную форму, но при этом оставаться столом. Для того чтобы восприятие соответствовало предмету, то есть было «истинным», надо, чтобы оправдались наши ожидания. Если мы решили, что положили книгу на стол, а этот стол внезапно исчез бы или превратился в слона, мы сказали бы прежде всего, что это был не стол, а также что это не восприятие, а, возможно, сон или галлюцинация. Значение постоянных, закономерных зависимостей в восприятии исследовалось профессором Мишоттом из Лувена, который посвятил много лет изучению восприятия причинных связей.

Мишотт исследовал те скорости перемещения объектов и те временные задержки, которые необходимы для того, чтобы «увидеть» причинную зависимость между ними. Он использовал движущиеся цветовые пятна, которые создавались, как правило, с помощью аппарата, показанного на рис. 12, 1. Опыт состоял в том, что одно окрашенное пятно двигалось по направлению к другому до соприкосновения с ним, затем, обычно после небольшой за данной задержки, начинало двигаться второе пятно. При некоторых комбинациях скоростей и отсрочек у наблюдателя возникает непреодолимое впечатление, что первое пятно ударилось о второе и толкнуло его, как будто это биллиардные шары. Фактически тот же самый эффект возникает в мультипликационных фильмах, где нарисованные фигуры могут быть абстрактными, но последовательность кадров создает впечатление причинных взаимоотношений реальных вещей.

Рис. 12, 1. Аппарат Мишотта для исследования восприятия причинности. На вращающемся диске нанесены линии. Небольшой отрезок каждой линии виден через фиксированную прорезь экрана. Видимые отрезки движутся в прорези по траектории, которая зависит от формы линий, нанесенных на диск. (Таким образом, совпадающие по осям крути будут казаться неподвижными, любая другая форма линий будет двигаться.) Мишотт обнаружил, что, когда одна мишень двигается и соприкасается с другой, которая в свою очередь начинает двигаться, кажется, что это движение вызвано толчком первой мишени.

Мишотт склонен думать, что восприятие причинности является врожденным, и эта точка зрения, по-видимому, основана на том, что различные наблюдатели дают сходные словесные отчеты о своих зрительных впечатлениях. Строить аргументацию на подобных словесных отчетах явно затруднительно, что безусловно признал бы в первую очередь и сам Мишотт. Если мы имеем дело с одинакового рода объектами, мы вправе ожидать, что сходные скорости и задержки во времени будут отражаться на перцептивной оценке причинности, однако подобное совпадение вряд ли является указанием на то, что восприятие причинности дано нам от рождения, а не возникает в результате обучения. Исследования наблюдателей, которые долгое время имели дело с необычными по виду объектами, свидетельствуют о важности фактора обучения.

Хотя восприятия, получаемые посредством зрения, осязания и обоняния, существенно отличаются друг от друга, мы не сомневаемся в том, что во всех этих случаях мы имеем дело лишь с различными образами одного и того же мира предметов. И наши знания об этом мире, конечно, не ограничиваются лишь нашим сенсорным опытом: мы знаем о магнитных свойствах предметов, хотя не можем их воспринять непосредственно, — мы знаем об атомах, хотя они невидимы.

По-видимому, сетчатка лягушки способна сигнализировать лишь о нескольких признаках объекта, главным образом о его движении и наличии в нем углов. Она быстро реагирует на определенный тип объектов, важных для ее существования, — в частности на мух, однако, несомненно, ее зрительный мир должен быть значительно беднее, чем наш. Ограничен ли наш зрительный мир возможностями нашего глаза и мозга?

Существуют рыбы, которые могут воспринимать слабые электрические поля и определять местонахождение предметов, которые искажают поля, созданные ими самими. Эти рыбы имеют органы чувств, совершенно отличные от наших, и тем не менее мы знаем значительно больше об электрических полях, чем они, и научились создавать инструменты, которые определяют местоположение объектов тем же самым способом, но более успешно. Наш мозг значительно превосходит возможности наших сенсорных аппаратов. Так, исходя из весьма скудных сенсорных данных, мы многое узнали о звездах и их строении, пользуясь методом дедукции и строя предположения и гипотезы на основании незначительного числа фактов. Наши глаза являются универсальным инструментом, снабжающим мозг относительно необработанной информацией, в то время как глаза животных, обладающих более простым по организации мозгом, более сложны, поскольку они отфильтровывают информацию, не имеющую существенного биологического значения или не пригодную для их простого мозга. Именно эта способность делать новые выводы, основываясь на сенсорных данных, и позволяет нам совершать открытия и видеть значительно больше, чем другие животные. Благодаря большому мозгу у млекопитающих и особенно человека прошлый опыт и предвидение будущего расширяют сенсорную информацию, так что мы не только воспринимаем мир, исходя из сенсорной информации, доступной нам в данный момент, но и используем эту информацию, чтобы проверять гипотезы относительно того, что находится перед нами. Восприятие становится основой для формулирования и проверки гипотез. Особенно ясно этот процесс проверки гипотез проявляется при рассматривании многозначных рисунков, как, например, куба Неккера (рис. 1, 4). В данном случае сенсорная информация постоянна (изображение может быть даже стабилизировано на сетчатке), и тем не менее восприятие время от времени изменяется, когда подвергается испытанию каждая из возможных гипотез. Каждая из этих гипотез принимается мозгом, но ни одна из них не становится окончательной, так как лучшей среди них нет.

Рис. 12, 2. «Невозможные фигуры». Хотя их можно нарисовать, реально они не существуют и их нельзя воспринять как изображения отдельных объектов. Причина этого состоит в том, что перцептивная система должна создать мир в трех измерениях на основании информации, являющейся, по существу, двумерной. Здесь глазам дана несовместимая информация в трех измерениях, и поэтому нет единственного решения.

Непрерывный поиск наилучшей интерпретации фактов указывает на то, что расширение возможностей наших органов чувств путем включения других знаний носит всеобщий характер; однако многозначные рисунки ставят эту систему в особо неблагоприятные условия, потому что эти рисунки не дают ответа на вопрос, на какой же из гипотез следует остановиться, так как лучший выбор сделать нельзя. Большим преимуществом такого рода активной системы является то, что она часто может функционировать при отсутствии надежной информации, как хороший офицер в ситуации боя. Однако иногда это приводит к неправильному решению. Ведь можно нарисовать нечто, что будет несомненно изображать предметы, но тем не менее не будет соответствовать реальным вещам. Несколько таких фигур было предложено Пенроузом, две из них показаны на рис. 12, 2. На первый взгляд они кажутся правильными, однако такого рода предметы невозможны, глаз блуждает по ним, пытаясь понять, что же это такое, но не находит ответа, так как такие предметы не существуют.

Чрезвычайное эмоциональное напряжение может вывести эту систему из строя, подобно тому как при стрессе может нарушаться интеллектуальная оценка событий, и тогда возникает состояние ужаса и нереальности происходящего, что лучше всего выражено в монологе Макбета:

Что в воздухе я вижу пред собой?

Кинжал! Схвачу его за рукоять.

А, ты не дался! Но тебя я вижу!

Иль ты, зловещий призрак, только взору,

А не руке доступен? Или ты

Лишь детище горячечного мозга,

Кинжал, измышленный воображеньем?

Но нет, я вижу, чувствую тебя,

Как тот, что мною обнажен.

Меня ведешь ты тою же дорогой,

Какой я шел и сам с оружьем тем же.

Тупей ли зренье у меня иль лучше

Всех чувств, не знаю. Но тебя я вижу!

Вон капли крови на твоем клинке.

Там не было их раньше… Нет, я брежу,

И наяву мой замысел кровавый

Моим глазам мерещится…[3]

Почему перцептивная система должна быть столь активной в поисках альтернативного решения, как мы это видим в многозначных ситуациях? Отказываясь постоянно придерживаться только одного из многих возможных решений, эта система, по-видимому, более активна и более разумна, чем мозг в целом, если судить по живучести убеждений и верований, подчас нерациональных. Перцептивная система была биологически важной гораздо дольше, чем рассудочная интеллектуальная система*. Области коры больших полушарий, имеющие отношение к мышлению, сравнительно молоды. В своих заключениях, они более самостоятельны, чем древняя стриальная кора, связанная со зрением.

Перцептивная система не всегда соглашается с решением рассуждающих интеллектуальных отделов коры. Для этих отделов Луна находится от Земли на расстоянии порядка четырехсот тысяч километров, но для зрительных отделов мозга оно порядка нескольких сот метров. Несмотря на то что правильным является расстояние, которое нам подсказывает рассудок, зрительная область мозга ничего не знает об этом, и мы продолжаем видеть Луну так близко, как будто до нее можно достать рукой.

Зрительные отделы мозга имеют свою собственную логику, свои предпочтения, которые не принимаются высшими отделами коры. Некоторые предметы воспринимаются нами как красивые, другие — как безобразные, по мы не знаем, почему это так, несмотря на все теории, которые выдвигались на этот счет. Ответ кроется где-то далеко в истории зрительных отделов мозга, и он потерян для новых механизмов, которые создают интеллектуальную картину мира.

Мы рассматриваем восприятие как активный процесс, использующий информацию для того, чтобы выдвигать и проверять гипотезы. Безусловно, он включает в себя обучение, и каков бы ни был окончательный ответ о значении перцептивного обучения в развитии восприятия ребенка, по-видимому, ясно, что знание особенностей предмета, воспринимаемых не зрительно, а посредством других органов чувств, влияет на наше восприятие предметов. Это справедливо и в отношении нашего восприятия человеческого лица: друга или любимого человека мы воспринимаем совершенно иначе, чем других людей; улыбка — это не просто определенная мимика, но и приглашение оценить шутку. Слепой С. Б. (глава 11) никогда не учился интерпретировать выражение лица; оно ничего не значило для него, хотя по звуку голоса он легко мог узнавать о настроении человека. Охотники могут узнавать птиц с невероятных расстояний по полету; они научились использовать небольшие различия для определения объектов, которые для других людей выглядят одинаковыми. То же самое наблюдается у врачей, рассматривающих рентгенограммы или микроскопические препараты, чтобы найти признаки патологии. Нет сомнений в том, что и в этом случае имеет место перцептивное обучение, однако, несмотря на все доказательства, мы до сих пор не знаем точно, как далеко распространяется влияние обучения на восприятие.

Нетрудно представить себе, почему в зрительной системе развивается способность использовать внезрительную информацию и выходить за пределы непосредственных показаний наших органов чувств. При построении и проверке гипотез мы руководствуемся не только тем, что дают нам наши органы чувств, но и тем, что вообще может произойти, и в этом-то и заключается суть дела. Мозг в значительной степени представляет собой вычислитель вероятности, и наши действия основаны на вероятностном анализе данной ситуации. Человеческий мозг весьма успешно использует довольно ограниченную сенсорную информацию, подобно тому как астрономы узнают расстояния и структуру звезд путем умозаключений. В самом деле, научные представления создаются в результате совместной работы разных органов чувств.

Если бы мозг не был способен заполнять пробелы и делать выводы на основании скудных данных, при отсутствии сенсорной информации прекратилась бы всякая активность. В действительности же мы можем медленно продвигаться и осторожно действовать в темноте или в незнакомой обстановке, мы продолжаем жизнь, и мы не беспомощны. Конечно, вероятность ошибок в такой обстановке возрастает (и галлюцинаций или иллюзий — тоже), но это небольшая плата за полученную свободу от непосредственных стимулов, детерминирующих поведение; иной тип поведения свойствен, например, насекомым, которые совершенно беспомощны в незнакомых условиях. Лягушка умрет от голода, окруженная мертвыми мухами.

Большинство механизмов управляется той энергией, которая поступает к ним на вход. Автомобиль, у которого неисправно рулевое управление, акселератор и тормоза, опасен. Мы конструируем большинство механизмов как запрограммированные устройства, которые действуют в соответствии с заложенными в них программами, и только тогда они полезны и надежны. Однако, когда мы создаем машины, которые должны выносить решения самостоятельно, дело обстоит иначе. Автопилот получает разного рода информацию, и он может выбирать курс в соответствии с целым рядом критериев. Можно сделать машины, которые будут играть в шахматы и выигрывать партии у своего конструктора. Короче говоря, в тех случаях, когда машины должны быть способны самостоятельно решать проблемы, не всегда нужно делать их «поведение» предсказуемым или точно управляемым посредством входной энергии.

Можно ли сделать машину, которая бы «видела» предметы? Уже создана машина, отвечающая на буквы алфавита или другие очертания, и это не слишком трудно. Гораздо интереснее то, что некоторые из таких машин могут правильно узнавать буквы или другие очертания, даже если они предъявляются им в необычном положении или если некоторые их детали отсутствуют. Можно даже сделать машины, которые будут различать формы путем выделения их отдельных признаков.

Конструирование перцептронов еще только начинается, они еще несовершенны и очень дороги. Возможно, что тщательное изучение глаз и мозга может подсказать более эффективные пути конструирования подобных машин, а это было бы очень ценно. В механизированных конторах и банках уже применяются машины, распознающие шрифты, но, как правило, в лих используются специальные шрифты, чтобы обеспечить процесс узнавания и сделать его более надежным. Возможно, что со временем машины смогут «воспринимать» необычные объекты и передавать нам информацию о них. Это было бы очень важно для исследования других миров.

Трудность создания машин, которые могли бы «воспринимать» объекты так, как мы, заключается в том, что для формулирования и проверки гипотез они должны быть снабжены большим количеством знаний о мире объектов и особенностях их «поведения». Недостаточно сделать «глаз» и электронный «мозг», этот «мозг» должен хранить большое количество информации, с тем чтобы он мог воспринимать поступающую к нему сенсорную информацию и отбирать наиболее существенную. Процесс такого отбора хорошо известен ученому. Сделать новое наблюдение чрезвычайно трудно, но когда оно уже сделано, оно становится очевидным, и каждый тогда может увидеть его без труда. Сконструировать машину, способную «воспринимать» новые объекты и сообщать о них точные сведения с использованием заложенной в нее информации, — трудная, но выполнимая задача, она может быть успешно решена благодаря достижениям вычислительной техники.

И последний вопрос: что произойдет с перцептивной системой человека в незнакомой ситуации? Этот вопрос имеет отношение к дедукции в науке, где объектом наблюдения могут быть лишь единичные события. Этот вопрос имеет также отношение к космическим полетам, где от человека потребуется принимать решения в то время, когда его органы чувств будут получать необычную информацию. Это все равно что ждать от вычислительной машины правильного ответа на вопрос, решение которого не было предусмотрено его программой. Нет сомнения в том, что человеку будет не по себе, когда он неожиданно окажется в незнакомой обстановке, но по мере накопления опыта он сможет научиться воспринимать новый тип информации. Мы видим это на стажерах-пилотах и студентах-медиках, начинающих пользоваться микроскопом. Сначала они совершенно растеряны, но постепенно начинают принимать правильные и падежные решения. Однако все имеет свои пределы. Что произойдет с нашей перцептивной системой, если не будет гравитационного поля, то есть не будет «низа» и «верха»? Что случится с нашей оценкой расстояния, если не будет теней, как, например, на Луне? B высшей степени опрометчивым было бы ожидать от человека правильных суждений без соответствующего опыта в необычной среде; поэтому важно моделировать эти необычные условия для того, чтобы космонавты могли получить этот опыт прежде, чем их жизнь будет зависеть от решений, принимаемых их глазом и мозгом. В крайне необычной среде, которую нетрудно создать в лабораторных условиях, информации недостаточно, чтобы перцептивная система работала надежно и была способна к какому-нибудь обучению; и тогда перцептивная система, в течение длительного времени работавшая в условиях земного существования, может оказаться совершенно несостоятельной.

13. Глаза в космосе

Глаз и мозг имеют длительную историю развития; только постепенно они приобрели способность служить их обладателям, давая им знания об определенных аспектах внешнего мира, важных для сохранения их существования. Сенсорные системы всех живых существ приспособлены в общем к тому, чтобы давать информацию, биологически значимую с точки зрения образа жизни их обладателей: насекомые прекрасно воспринимают быстрое движение; ястреб обладает исключительно острым зрением, позволяющим ему с высоты распознавать очень маленькие объекты, в то время как человеческий глаз является рецептором широкого диапазона, не имеющим узкобиологического назначения. Он снабжает мозг таким огромным количеством информации, что только благодаря своим большим размерам мозг в состоянии ее переработать.

Если животных изъять из их обычной среды, они часто погибают, так как их рецепторные системы слишком специализированы. Как уже было сказано, лягушка, окруженная мертвыми мухами, погибнет от голода; гусеницы на листьях незнакомого им дерева также могут умереть голодной смертью. Человек же может существовать в весьма различных условиях и даже в искусственном климате, а также в таких продуктах цивилизации, как дома, корабли и самолеты; в сущности, он может жить в любом месте земного шара и даже под водой. Однако, как мы уже видели, наши органы чувств в необычных условиях могут вводить нас в заблуждение. Эффективность работы глаза снижается, когда наблюдатель пассивно передвигается, например на машине или на самолете, и ему недоступна информация о движении, поступающая от ног во время ходьбы по земле. В некоторых случаях эффективность работы глаза может быть увеличена путем упражнений; перцептивное обучение может приспособить наши органы чувств к работе в ситуациях, которые никогда прежде не встречались в их эволюции, однако это не всегда возможно. Когда человек вынужден приспосабливаться к экстремальным условиям, например к условиям полета на реактивных самолетах или космических кораблях, может случиться, что сенсорная система окажется по существу неадекватной для той работы, которую она призвана выполнить; тогда будет необходимо оснастить сенсорную систему искусственными электронными приспособлениями, например радарами.

Состояние человека в космосе представляет особый интерес, но, поскольку космические условия не схожи с земными, мы заинтересованы не столько в том, чтобы послать людей в космос, сколько в получении оттуда информации. Весьма возможно, что со временем Луна и некоторые планеты будут заселены людьми, но сейчас целью космических полетов является получение информации об условиях космоса и использование космоса для наблюдения за отдельными областями Вселенной: обсерватория, основанная на Луне, была бы очень ценной в этом отношении. Иногда предполагают, что, поскольку трудно поддерживать жизнь человека в маленьких космических кораблях, лучше было бы послать в космос различного рода аппаратуру для выполнения той же самой работы — сообщения о природе Вселенной вне Земли. Для многих задач это было оправдано, например для измерения радиации в течение длительного времени для изучения спектра Солнца вне атмосферы. Однако самое большое впечатление производят на нас фотографии Луны, снятые с близкого расстояния и переданные на Землю автоматическими камерами (рис. 13, 1 и 13,2).

Рис. 13, 1. Ни один глаз еще не видел этого. Обратная сторона Луны, сфотографированная русской ракетой в октябре 1959 г.

Рис. 13, 2. Так близко не был еще ни один глаз — небольшая часть передней поверхности Луны, сфотографированная американским лунным Зондом «Рейнджер-7» в июле 1964 г.

1) Работа была написана до высадки человека на Луне (прим. ред.)

Непосредственные сообщения человека, рассматривающего поверхность Луны с того же расстояния, не много могли бы добавить к тому, что можно узнать при изучении этих фотографий, переданных приборами на Землю. Положение становится иным, когда требуется активное исследование поверхности Луны. Можно было бы высадить на Луне самоходный прибор на гусеничном ходу, снабженный телевизионными «глазами», который будет ползать по Луне, однако для проведения полного исследования этот прибор должен был бы задавать вопросы и осуществлять импровизированные эксперименты, а это слишком много для робота. Если же мы должны детально изучить Луну и планеты, по-видимому, необходимо послать туда людей и до известной степени довериться их глазам и мозгу, хотя они вынуждены будут выполнять работу, для которой они не предназначались по своему развитию. В этом случае мы представляем себе космонавта в качестве сложного сенсорного устройства, самостоятельно принимающего решения, от которого потребуется выполнять задачи, не предусмотренные его программой, и мы должны будем попытаться установить, насколько будет надежен этот прибор в подобных условиях.

ОПАСНОСТИ, ПОДСТЕРЕГАЮЩИЕ НАС В КОСМОСЕ

Мы уже видели, что существуют чрезвычайно обманчивые иллюзии. Сейчас мы как раз и остановимся на вопросе о том, насколько опасны и коварны такие иллюзии и как велика их вероятность в космических полетах.

Первую опасность представляет сенсорная изоляция. В экспериментах, проведенных в лаборатории Д. О. Хебба в университете Мак-Гилла, было обнаружено, что у некоторых людей в состоянии изоляции, продолжающейся несколько часов или дней, возникают галлюцинации и совершенно теряется способность концентрировать внимание или решать задачи. По-видимому, сенсорная система нуждается в более или менее постоянном притоке информации, в противном случае она начинает выходить из строя, как это происходит, например, в состоянии крайнего утомления или под влиянием некоторых препаратов, таких, как опиум или лизергиновая кислота. Насколько вероятны такого рода нарушения в космосе? Космические полеты ко времени написания этих строк ограничивались орбитой Земли, и программа, выполняемая космонавтами, настолько насыщена, что изоляция не является для них проблемой. Этот вопрос, однако, достаточно серьезен и составляет основную причину прекращения одиночных космических полетов; полет на Луну также будет предпринят не одним человеком. Если на космическом корабле будет команда из нескольких человек, то ситуация станет сходной с той, которая возникает во время длительных морских путешествий, когда без большого труда удается поддерживать активность людей и разнообразие их впечатлений для того, чтобы избежать серьезных психических нарушений. Хотя, конечно, проблема все же остается из-за явного однообразия и скуки, которые возможны в такой обстановке.

Отсутствие сил притяжения в космическом полете является другой трудностью, с которой встречается космонавт, однако в настоящее время мы ничего точно не знаем о влиянии длительной невесомости на человека. Существует опасение, что этот факт может вызывать заметные физиологические сдвиги в организме человека, особенно в его сосудистой системе, однако он удивительно мало влияет на восприятие, а может быть, и совсем не оказывает на него никакого влияния. Как мы уже знаем, изменение зрительного мира с помощью призм может в известной степени компенсироваться. Но что произойдет, если человеку будет неясно, что такое «верх» и что такое «низ»? По-видимому, в состоянии невесомости наблюдатель склонен воспринимать «низ» там, где находятся его ноги, а «верх» там, где находится его голова, однако в некоторых случаях это будет неясно, в результате чего космонавт будет дезориентирован и у него могут возникнуть также странные зрительные явления. Практическое значение этого состояния дезориентации или иллюзий будет, конечно, зависеть от того, что должны делать космонавты. Если они покинут свой корабль и будут плавать в пространстве, следует ожидать довольно странных явлений. Если они будут монтировать орбитальную космическую станцию, мы с уверенностью можем заявить, что возникнут определенные перцептивные нарушения. Мы начали наше обсуждение с рассмотрения некоторых рисунков, которые неоднозначно воспринимались по глубине. К их числу относится, например, куб Неккера, и мы уже указывали на то, что все без исключения сетчаточные изображения являются, в сущности, многозначными, так как любой сетчаточный образ может быть отражением любого из бесчисленного множества объектов, различным образом ориентированных в пространстве. Однако, как мы уже знаем, в обычных условиях имеется достаточно другой информации, чтобы с уверенностью дать правильную интерпретацию сетчаточного изображения. В космосе будет иначе. Космос — абсолютно черное пространство, усеянное сверкающими звездами. Весь остов космической станции будет казаться на фоне космического пространства ярко светящимся. Здесь будет не больше признаков расстояния до отдельных частей сооружения, чем в случае рассматривания в темноте покрашенных светящейся краской моделей, о которых мы уже говорили выше, когда описывали эксперименты, проводившиеся с целью выделить существенные детали рисунка, вызывающие впечатление глубины, и раскрыть происхождение иллюзий искажения размеров рисунка (глава 9).

Как мы уже знаем из этих экспериментов, механизм константности величины функционирует в соответствии с видимым расстоянием — та поверхность освещенного в темноте куба Неккера, которая кажется удаленной, выглядит больше, чем передняя его поверхность; следует ожидать, что тот же самый эффект будет иметь место и при восприятии частей орбитальной космической станции. Стропила и балки станции будут многозначны по глубине. Если удаленные на самом деле части станции будут восприниматься как находящиеся вблизи, вся конструкция будет казаться искаженной. Когда наблюдатель двигается, она будет передвигаться вместе с ним, вместо того чтобы двигаться против направления его движений, как это обусловлено параллаксом движения. Все это будет происходить, если наблюдатель вообще буде! знать, что он двигается, однако возникает интересный вопрос: действительно ли наблюдатель будет знать, что он двигается, прежде чем посмотрит на ошибочно кажущиеся близкими объекты, в связи с чем вступит в действие параллакс движения? По-видимому, на этот вопрос мы можем ответить в той мере, в какой можно определить особенности восприятия космонавта в условиях земной лаборатории. Согласно результатам этих лабораторных экспериментов, космонавт будет склонен считать за индикатор движения ощущение небольшого ускорения, и его зрительное восприятие будет находиться под влиянием этого ускорения. Если он будет перемещаться вместе с воздушным потоком — в соответствии с лучшими традициями научно-фантастической литературы, — то далекие объекты, которые будут восприниматься им как близкие, сократятся в размерах, когда он будет двигаться по направлению к ним, как это мы видим при исследовании последовательных образов в темноте. Эти образы сокращаются и увеличиваются при нашем движении, благодаря чему мы воспринимаем их неизменными при различном расстоянии от них; мы должны ожидать того же самого эффекта и при наблюдении за всеми светящимися объектами, расстояние до которых будет казаться большим, чем оно есть на самом деле, в то время как фактически изображения на сетчатке глаза не будут изменяться (рис. 13, 3).

Рис. 13, 3. Самая любопытная из «невозможных фигур»: не будут ли космонавты испытывать в космосе иллюзии, подобные этой? Затруднение возникает из-за многозначности глубины — глаз не получает необходимой информации, чтобы локализовать части по глубине, и мозг не может понять, что же это такое?

Этот эффект был измерен в лаборатории автора методом смещения светящихся фигур с помощью электронных устройств, которые уменьшали или увеличивали фигуры при движении наблюдателя. Когда наблюдатель приближался, фигура уменьшалась, пока он не начинал видеть ее изменение, таким образом можно было количественно измерить эту иллюзию, являющуюся результатом работы механизма константности величины, который вводится в действие информацией, поступающей от движения наблюдателя. Автор обнаружил, что шкалирующий механизм константности действует в большей мере, когда наблюдатель двигается вперед, чем когда он двигается назад; можно думать, что и в условиях космоса будет та же асимметрия. Автор обнаружил также, что действие этого механизма тем больше, чем больше информации получает наблюдатель от своего движения как при приближении к фигуре, так и при отдалении от нее.

Тот факт, что интерпретация глубины может полностью меняться на обратную, в некоторых случаях имеет исключительно большое значение. Рассмотрим теперь не космические полеты, а полеты на самолетах. Когда самолет приземляется, может случиться, что восприятие посадочной полосы пилотом будет перевернутым по глубине, как при рассматривании светящегося куба Неккера. Если это произойдет, посадочная полоса будет казаться пилоту движущейся вместе с ним, а не навстречу ему. Ее размеры и очертания будут восприниматься неверно, и весьма вероятно, что пилот сделает обратные корригирующие движения, чтобы выровнять самолет. Все это произойдет потому, что его зрительные образы, по существу, перевернуты, и всякий раз, когда нужно будет сделать корригирующее движение, он будет их делать, как раз в противоположном направлении. Если пилот обычно тянет на себя рукоятку управления, чтобы поднять нос самолета, то теперь он будет толкать ее от себя, что приведет к последствиям, которые очень легко себе представить. Это перевернутое восприятие глубины наиболее вероятно ночью или во время тумана, когда не видны те детали обстановки, которые помогают пилоту определить, что находится ближе, а что дальше. Это особенно вероятно тогда, когда более далекие источники света ярче, чем ближние. Яркость — признак расстояния, яркие источники света кажутся ближе, чем тусклые, когда нет другой информации, и иногда, по-видимому, достаточно неудачного сочетания световых сигналов, чтобы возникло перевернутое восприятие глубины. Очевидно, важно учитывать этот фактор при конструировании световой сигнализации в аэропорту. Подобные нарушения восприятия глубины возникают неожиданно и другая информация несколько уменьшает их возможность. Если держать в руках окрашенную светящейся краской модель куба, куб по-прежнему будет восприниматься перевернутым по глубине, хотя это физически невозможно; тактильное и зрительное впечатление будут противоречить друг другу, несмотря на то что они отражают один и тот же предмет. Этот эффект особенно сильно проявляется, если поворачивать куб в руке в одном направлении; в это время — вопреки тактильным ощущениям — мы будем видеть его движущимся в противоположном направлении. Возникает впечатление, что кисть руки вывернута, и, несмотря на эти странные ощущения, зрительная система не вернется в нормальное состояние, а будет продолжать давать искаженное восприятие мира, которое может стать гибельным для человека.

ЧЕЛОВЕК НА ДРУГОЙ ПЛАНЕТЕ

Мы знаем по своему собственному опыту, что можем ошибиться, если смотрим на незнакомый предмет. Например, автор этих строк недавно посетил пустынное место в Новой Мексике и стоял некоторое время на горе, с которой открывался вид на всю пустынную местность вплоть до гор по другую сторону обширной равнины. Ему_казалось, что расстояние до гор 25–30 км, в действительности же это расстояние было равно 120 км. Человек не дошел бы туда, неся на себе пищу и воду. После английского сырого климата сухой воздух этой пустыни создавал обманчивое впечатление о расстоянии до гор. Можно ожидать нечто подобное на Луне и других планетах, где атмосферные условия и освещение будут совершенно иными, чем на Земле, и где совершенно другими будут масштабы объектов. Мы уже знаем (глава 10), что тени являются~~важным фактором в восприятии глубины, причем солнце служит как бы «третьим глазом». Кто знает, что произойдет с человеческим восприятием в мире, где светят два солнца?

Может случиться так, что, открыв космос, мы познаем самих себя. Мы можем носить переворачивающие сетчаточное изображение очки, но мы не можем избавиться от земного притяжения. Огромный интерес представляет для нас влияние на восприятие человека тех чуждых нам условий, которые мы не можем смоделировать на Земле, и поэтому очень важно использовать ситуацию космических полетов для того, чтобы узнать больше о закономерностях зрительного восприятия и границах его возможностей; это важно не только для блага космонавтов — таким путем мы можем прийти к более полному пониманию процессов восприятия.

Остается возможность сделать искусственный глаз и мозг. Фотокамера пассивна, она представляет собой лишь первый и простейший этап имитации восприятия; можем ли мы спроектировать и сделать всю «зрительную машину»? Она была бы весьма полезна в космических полетах, если бы могла выдерживать исключительные условия космоса, требовала бы мало питания и безотказно служила бы долгое время, может быть, многие сотни лет, чтобы сообщать нашим потомкам об отдаленных областях космоса. Однако мы еще далеки от создания такой машины, которая хоть в какой-то мере «воспринимала» бы мир так, как воспринимаем его мы. Фактически для того, чтобы попытаться объяснить работу мозга в терминах инженерных конструкций, нужно разрешить наиболее трудные проблемы кибернетики. Мы думаем, что мозг — это ЭВМ, и мы убеждены, что восприятие мира включает в себя ряд вычислительных операций, сходных с операциями ЭВМ, которые нам следовало бы уметь копировать, но некоторые из этих операций остаются еще неизвестными, и пока это так, мы не можем построить машину, которая могла бы «видеть» и «понимать» мир так, как это делают наши глаза и мозг.

Библиография

Если книга опубликована в Великобритании и Северной Америке, то указываются оба издательства, причем английское издательство— первым. Сообщается только дата первого издания. Ссылки на журналы даются в сокращении согласно правилам World List of Scientific Periodicals.

1. Общие работы по восприятию

Н. von Helmholtz, Handbook of Physiological Optic, ed. J.P.C.S. Southall, Dover reprint, 1963; H.-L. T e u b e r, Perception in: «Handbook of Physiology», Sect. I Neurophysiology, ed. Feild et al., Bailliere, Tindall & Cox/Washington, 1960; R. L. Gregory, Human Perception, «Brit. med. Bull.», 20, 21 (1964); S. H. Bartley, Principles of Perception, Harper, 1958; D. C. Beardslee and M. Wertheimer (eds.), Readings in Perception, Van Nostrand, 1958; E. Вrоadbent, Perception and Communication, Pergamon, 1958; J. S. Bruner at al., Contemporary Approaches to Cognition, O.U.P., Harvard,1957; J. J. Gibson, The Perception of the Visual World, Allen & Unwin, Houghton Mifflin, 1950; E. G. Boring, Sensations and Perception in the History of Experimental Psychology, Appleton-Century-Croft, 1942; E. G. Boring, A History of Experimental Psychology Appleton-Century-Croft, 2nd ed., 1950; М. H. Pirenne, Vision and the Eye, Chapman & Hall/Anglobooks, 1948; M. D. Vernon, A Further Study of Visual Perception, C.U.P., 1952; R. S. Woodworth & H. Schlosberg, Experimental Psychology, Methuen/Holt, 1954; D. О. Hebb, The Organisation of Behaviour, Chapman & Hall/Wiley, 1949.

2. Свет

См.: F. A. Jenkins and H. E. White, Fundamentals of Optics, McGraw-Hill, 3rd ed., 1957; W. Bragg, Universe of Light, Bell/Clarke, Irwin, 1962.

3. В начале…

Нет работ, в которых бы детально оьисЬаался примитивный тип глаз, однако более сложные типы глаз прекрасно описаны в раб.: G. L. Walls, The vertebrate eye and its adaptive radiation, «Cranbrook Institute of Science Bulletin», 19, 1942.

Глаза насекомых описаны в раб.: V. В. Wigglesworth, The Principles of Insect Physiology, Mdhuen/Wiley, 5th ed., 1953. Современные исследования, посвященные глазу Copilia, изложены в: R. L. Gregory, Н. Е. Ross and N. Moray, The curious eye of Copilia, «Nature», Lond., 201, 1166 (1964).

4. Глаз

Об общей структуре глаза см.: Т. С. Ruch and J. F. Fulton, Medical Physiology and Biophysics, Saunders, 18th ed., 1960. Она детально описана H. Davson (ed.), The Eye, Academic Press, Эта работа является одной из наиболее ценных по физиологической оптике.

Вопрос о том, как происходит процесс аккомодации к различным расстояниям, представляет особый интерес, ибо изображение на сетчатке остается неизменным в случае аккомодации глаза на очень далекое и на очень близкое расстояние. Таким образом, отсутствует сигнал ошибки. Этот вопрос исследовался с применением изобретательной техники, предложенной Кэмпбеллом и Робсоном. См.: F. W. Campbell and J. G. Robson, High-speed infrared optometer, «J. Opt. Soc. Amer.», 49, 268 (1959).

Детальное исследование системы, контролирующей величину зрачка методом изменения интенсивности света, весьма сложно. См.: F. W. Campbell and Т. С. D. Whiteside, Induced pupiliary oscillations, «Brit. J. Ophthab, 34, 180 (1950). Для более полного и ясного представления см.: L. Stark, Servo analysis of pupil reflex, «Medical Physics», vol. 3, ed. О. Glasser, Year Book, Chicago, I960.

Сетчатка наиболее подробно описана в кн.: S. L. Роуак, The Retina, C.U.P., Chicago, 1941.

Движения глаза впервые были исследованы Доджем: R. Dоdgе, An experimental study of visual fixation, «Psychol. Monogr.» № 4 (1907). Система контроля движений глаза описана в ст.: Е. Whitteridge, Central control of eye movement, «Handbook of Physiology — Neurophysiology», vol. II, chapter XLII. Оптическая стабилизация сетчаточных изображений описана в ст.: L. A. Riggs, E. Ratliff, J. C. and T. N. Cornsweet, The disappearance of steadily fixated visual test objects, «J. Opt. Soc. Amer.», 43, 495 (1953). Современная и очень простая техника описана в ст.: R. М. Pritchard, A collimator stabilising system for the retinal image, «Quart. J. exp. Psychol.», 13, 181 (1961). Эффект стабилизации описан в ст.: R. W. Ditchburn and В. L. Ginsbоrg, Vision with a stabilised retinal image, «Nature», Lond., 170, 36 (1950); and R. M. Pritchard, W. Heron and D. О. Hebb, «Canad. J. Psychol.», 14, 67 (1960).

Самое полное исследование бинокулярного зрения см: К. N. Ogle, Researches in Binocular Vision, Saunders, 1950.

Эксперименты, демонстрирующие способность мозга выполнять операции по кросс-корреляции, которые лежат в основе восприятия глубины двух случайных, но взаимосвязанных структур, описаны Джулезом. См.: В. Julеsz, Binocular depth perception of computergemertated patterns, J. Bell Telephone Co., 39, 1125 (1960). Различные методы, пригодные для предъявления глазу стереоскопической пары, описаны в раб.: L. P. Dudley, Stereoptics, MacDonald, 1951.

5. Мозг

Структура мозга описана в любом физиологическом учебнике, например: Fulton, op. cit. Интересное обсуждение этого вопроса дано в раб.: D. A. Scholl, The Organisation of the Cerebral Cortex, Methuen/Wiley, 1956; полезной работой, в которой кратко обсуждается очень большое количество тем, является работа: D. Е. Wooldridge, The Machinery of the Brain, McGraw-Hill,

История представлений о взаимоотношении мозга и ощущений дана в раб.: K.-D. Кееlе, Anatomies of Pain, Blackwell/Machwith, 1957. Современная и принятая сейчас теория потенциалов действия в нервной системе описана в раб.: В. Cattz, How cells communicate, «Sci. Amer.», 205, 3 (1961), и более подробно в ст.: F. Crescitelli, Production and transmission in the central nervous system, «Annu. Rev. Physiol.», 17, 243 (1955). Обсуждение логики работы мозга с точки зрения инженерной техники описано в ст.: R. L. Gregory, The biain as an engineering problem, «Current Problems in Animal Behaviour», ed. W. H. Thorpe and O. L. Zangwill, C.U.P., 1961.

Важная работа по раскрытию нервных механизмов в мозгу кошки, лежащих в основе восприятия линий под определенными углами, форм и движения, проделана Хьюбеллом и Визелом. См.: Н. Hubei and Т. N. Wiеsеl, Receptive fields, binocular visual cortex, «J. Physiol.», 160, 106 (1962) и другие работы, опубликованные в том же журнале. Связанная с этим вопросом работа, посвященная изучению сетчатки лягушки, опубликована в ст.: J. Y. Lеllvin, H. R. Maturana, W. S. Mс Сullосh and W. H. Pitts. What the frog’s eye tells the frog’s brain, «Proc. Inst. Radio Engrs.», N. Y., 47, 1940 (1959). Об идеях гештальтпсихологов относительно изоморфного представительства воспринимаемых форм в мозгу см.: W. Kohler, Dynamics of Psychology, Faber/Liveright, 1940, and Physical Gestalton, in: W. H. Ellis (ed.), «Source Book of Gestalt Psychology», Routledge/Harcourt Brace, 1938.

6. Восприятие яркости

Современная теория адаптации к свету и темноте получила признание совсем недавно благодаря работам Гехта. См.: Selig Несht, The nature of the phofo receptor process, опубликованным Мэрчисоном в кн.: С. Murchiison (ed.), Handbook of General Experimental Psychology, O.U.P./Clark U.P., 1934. Многие экспериментаторы, среди которых был и Крейк, высказали сомнения по поводу незавершенности этой теории. См.: К. J. W. Craik, The effect of adaptation on differential brightness discrimination, «J. Physiol.», 92, 406 (1938); K. J. W. Сraik and M. D. Vernоn, The nature of dark adaptation, «Brit. J. Psychol.», 32, 62 (1941). Эта теория совсем недавно претерпела серьезные изменения в связи с важной работой проделанной Раштоном; см.: W. А. Н. Rushton and F. Campbell, Measurement of rhodopsin in the living human eye, «Nature», Lond., 174, 1096 (1954) и некоторые другие позднейшие публикации.

Контраст яркости обсуждается в работах: S. Н. Bartley, Vision: ia Study of its Bases, Macmillan/Van Nostriand, 1941. Латеральное торможение в сетчатке млекопитающих рассматривается в работах: S. W. Кufflеr, Dise: charge patterns and functional organisation of mammalian retina, «J. Neurophysiol.», 16, 37 (1953); в сетчатке лягушки — в работе: Н. В. Barlow, Summation and inhibition in the frog’s retina, «J. Physiol.», 119, 69 (1953). Этот вопрос обсуждается в связи с другими зрительными функциями в работе: Н. В. Barlow, Temporal and spatial summation in human vision at different background intensities, «J. Physiol.», 141, 337 (1958).

Эффект Пульфриха был впервые описан Пульфрихом в журнале «Naturwiissenschaften», 10, 569 (1922) и проанализирован в G. В. Arden and R. A. Weale, Variations in the latent period of vision, «P,roc. Roy. Soc. B.», 142, 258 (1954).

Имеется обширная литература по абсолютной чувствительности глаза. Классической работой о чувствительности глаза к квантам света является: S. Hecht, S. Schlaer and М. Н. Pirennе, Energy quanta and vision, «J. Gen. Physiol.», 25, 819 (1942). Важный метод оценки количества квант, необходимых для обнаружения, с привлечением кривых зависимостей зрительного восприятия от частоты, лучше всего изложен Пиренном; см.: М. Н. Рirеnnе, Vision and the Eye (chapters 6,7 and o), Chapman and Hall/Anglobooks, 1948. Это чрезвычайно полезная книга небольшого объема.

Важная работа, посвященная регистрации активности зрительного нерва Limulus’a, принадлежит Хартлайну, см.: Н. К. Н аrllinе, The neural mechanisms for vision, «The Harvey Lectures», 37, 39 (1942), а также «The nerve messages in the fibres of the visual pathway», «J. opt. Soc. Amer.», 30, 239 (1940).

Предположение, что острота зрения может быть ограничена нервным шумом, было впервые высказано инженером, специалистом в области телевидения. См.: A. Rose, Proc. Insit. Radio Engrs., N. Y., 30, 293 (1942). Эта мысль была развита впоследствии целым рядом исследователей, особенно Барлоу. См.: Н. В. Barlow, Retinal noise and the absolute threshold, «J. opt. Soc. Amer.», 46, 634 (1956) and Incremental threshold at low intensities considered as signal noiise discriminations, «J. Physiiol.», 136, 469 (1957). Метод измерения внутреннего шума и его отношение к области стимуляции описан Грегори. См.: R. L. Gregory, An experimental treatment of vision ias an information source and noisy channel, «Information Theory: Third London Symposium», C. Cherry (ed.), Butterworth/Academic Press, 1956.

7. Зрительное восприятие движения

Материалы о порогах обнаружения движения см.: J. F. Brown, («Phychol. Bull.», 58, 89 (1961). Более сложные измерения даны в работе: Н. W. Lеibоwitz, The relation between the rate «threshold for perception of movement for various durations and exposures, «J. exp. Psychol.», 49, 209 (1955).

Стабильность зрительного мира во время движения глаз рассматривается в цит. раб. Гельмгольца. Относительно «эфферентной теории» см. в ст.: Е. von Holst, Relations between the central nervous system and the peripheral organs, «Brit. J. Anim. Beh.», 2, 265 89 (1954); и R. L. Gregory, Eye movements and the stability of the visual world, «Nature», Lond., 182, 1214 (1958).

Литература по аутокинетическому эффекту приведена в раб.: R. L. Gregory and О. L. Zangwill, The origin of the autokinetic effect, «Quart. J. exp. Psychol.», 15, 4 (1963), где собраны факты в пользу теории мышечного утомления.

«Эффект водопада» наиболее подробно описан в следующей раб.: A. Wohlmgemuth, On ithe after-effect of seen movement, «Brit. J. Psychol. Monogr.», 1 (1911). Этот эффект возникает только тогда, когда сетчатка стимулируется движением: то, что он ограничен адаптацией системы изображение/сетчатка, показано в работе: S. М. Anstis and R. L. Gregory, The after-effect of seen motion: the role of retinal stimulation and eye movements, «Quart. J. exp. Psychol.», 1964. Кажущееся движение, известное как фи-феномен, изучалось главным образом гештальтпсихологами; смотрите, в частности, работу Вертгаймера: «Z. Psychol.», 61, 161 (1912), который дал название этому явлению. Временные соотношения и расстояния между двумя источниками света, создающими эффект кажущегося движения единственного воспринимаемого источника света, перемещающегося от одного светового пятна к другому (закон Корте), даны в работе: К. Koffka (ed.), Beitrage zur Psychologie der Gestalt, Kegan Paul, 1919. Этот эффект практически очень изменчив. Хорошее изложение этого вопроса можно найти у М. Д. Вернона (М. D. Vеrnоn, op. eit.).

Важное явление индуцированного движения впервые исследовалось Дункером. См.: К. Dunсkег, Induced motion, W. Н. Ellis (ed.), «Source Book of Gestalt Psychology», Routledge/Harcourt Brace, 1938.

8. Восприятие цвета

Нет единой работы, в которой был бы дан полный обзор явлений цветового зрения, однако полезным сборником классических статей на эту тему является книга: R. С. Teevan and R. С. Birney (ed.), Colour Vision, Van Nostrand, 1961. В этой книге имеется классическая работа Томаса Юнга «On — the theory of light and colours»; в ней вы можете познакомиться и с работой Гельмгольца, а также Лэнда: Е. Н. Land, Experiment in Colour Vision, «Sci. Amer.», 5, 84 (1959). См. также: М. H. Wilson and R. W. Brocklebank, Two-colour projection phenomena, «J. phot. Sci.», 8, 141 (1960) и D. B. Judd, Appraisal of Land’s work on two-primary colour projections, «J. opt. Soc. Amer.», 50, 254, (1960).

Об экспериментах, посвященных влиянию адаптации на явление совпадения цветов, см. в раб.: G. S. Brindley, Physiology of the Retina and the Visual Pathway, Arnold/Waverley Press, 1960.

9. Иллюзии

Хороший анализ проблемы сновидений можно найти у Освальда. См.: I. Oswald, Sleeping and Waking, Physiology and Psychology, Elsevier, Amsterdam, 1962 и I. Oswald, The experimental study of sleep, «Brit. med. Bull.», 20, 70 (1964). Влияние лекарств обсуждается в работе Саммерфилда. См.: A. Summerfield, Drugs and human behaviour, «Brit. med. Bull.», 20, 70 (1964) и H. Steinberg, Drugs and animal behaviour, «Brit, med. Bull.», 20, 75 (1964). В этих статьях имеется отличный обзор литературы и большая библиография.

О работе У. Пенфилда, посвященной анализу явлений памяти и других ощущений испытуемого, наблюдающихся при прямой стимуляции мозга, см.: W. Penfield and L. Roberts, Speech and Brain Mechanisms, O.U.P., 1959. Зрительные нарушения, возникающие при предъявлении структур, состоящих из повторяющихся элементов, исследовались Мак-Кеем, который обнаружил некоторые наглядные эффекты. О них говорится в его ст.: D. М. МсКау, Interactive processes in visual perception, «Sensory Communication», ed. W. A. Rosenblith, М. I. T. Press and Wiley, 1961.

Первая важная экспериментальная работа, посвященная оценке константности величины и формы (которая берет свое начало от проблемы, поставленной Декартом) была проведена Робертом Таулессом. См.: Robert Thouless, Phenomenal regression to the real object 1, «Brit. J. Psychol.», 21, 339 (1931) и Individual differences in phenomenal regression, «Brit. J. Psychol.», 22, 216 (1932). Таулесс применил метод сравнения двух объектов, обычно — дисков из картона, помещенных на различных расстояниях от испытуемого или под различным углом зрения. Другие приемы, которые могут быть использованы для измерения степени константности в процессе движения, описаны в раб.: S. М. Anstis, С. D. Shopland and R. L. Gregory, Measuring visual constancy for stationary or moving objects, «Nature», Lond., 191, 416 (1961). Некоторые результаты, полученные этим методом, излагаются в статье: R. L. Gregory and Н. Е. Ross, Visual constancy during movement, Perceptual & Motor Skills Research Exchange, 18, 3 and 23 (1964). Общее рассмотрение вопроса о зрительных нарушениях с изложением истории проблемы можно найти в раб.: R. S. Woodworth, Experimental Psychology, Methuen/Holt, 1938. Одну из первых попыток теоретического осмысления этого вопроса можно найти в раб.: R. Тausсh, Psychologische Forschung, 24, 299 (1954). Первая развернутая теория иллюзий излагается у Грегори. См.: R. L. Gregory, Distortion of visual space as inappropriate constancy scaling, «Nature», Lond., 119, 678 (1963). Исследование запутанной проблемы тактильных нарушений такого же рода приведено Раделом и Тейбером. См.: R. G. Rudеland H.-L. Теnbеr, Decrement of visual and haptic Muller-Lyer illusion on repeated trails: a study of crossmodal transfer, «Quart. J. exp. Psychol.», 15, 125 (1963). Возникновение (или чаще — отсутствие) иллюзий у людей, живущих в примитивном обществе, рассматривается на основании фактического материала в работе: М. М. Sеgаll, Т. D. Campbell and М. J. Herskovitz, «Science», 139, 769 (1963). Интересное обсуждение вопроса об иллюзорном восприятии Луны на основе экспериментов дано в работе: L. Kaufman and I. Rock, The moon illusion, «Soi. Amer.», 204, 120 (1962).

10. Искусство и реальность

Опыты Эймса лучше всего описаны в работе Иттлсона. См.: W. Н. Ittleson, The Ames Demonstrations in Perception, O.U.P. Princeton, 1952. Важная работа Гибсона изложена в настоящей книге очень кратко, поскольку Гибсон сам прекрасно описывает свои эксперименты. См.: J. J. Gibson, The Perception of the Visual World, Allen & Unwin/Houghton-Mifflin, 1950. Одна из лучших попыток соотнести вопросы искусства с тем, что нам известно о зрительном восприятии, осуществлена в работе: E. Н. Gоmbriсh, Art and Illusion, Phaidon/Pantheon, 1960.

11. Нужно ли нам учиться видеть?

Анализ случаев восстановления зрения после слепоты начиная с 1932 г. можно найти у Сендена. См.: М. von Senden, Space and Sight, Methuen/Free Press, 1960. Подобные случаи стали серьезно обсуждаться в психологической литературе после известной книги Хебба: D. О. Неbb, The Organisation of Behaviour, Chapman & Hall/Wiley, 1949, Самый последний случай такого рода описан в работе: R. L. Gregory and J. D. Wiallасe, Recovery from early blindness: a case study, «Exp. Psychol. Soc. Monogr.», № 2, Cambridge, 1963. Здесь же приводится полное изложение случая С. Б., который кратко описан в данной книге.

Относительно регистрации движений глаз у младенцев смотрите в ст. Фанца: R. L. Fаntz, The Origin of Form Perception, «Sci. Amer.», 204, 66 (1961).

О важных экспериментах над животными, выросшими в темноте, см.: А. Н. Rеisеn, Space perception on the chick, «Sci. Amer.», 195, 71 (1956); The development of perception in man and chimpanzee, «Science», 106, 107 (1947) и Arrested vision, «Sci. Amer.», 183,16 (1950).

С работой Стрэттона можно познакомиться по его статьям: Straitton, Some preliminary experiments on vision, «Psychol. Rev.», 3, 611 (1896); Vision wiithout inversion of the retinal image, «Psychol. Rev.», 4, (1897) and «Psychol. Rev.», 4, 463 (1897). Еще более изобретательные эксперименты Эверта описаны им самим в следующих статьях: Ewert, A study of the effect of inverted retinal stimulation upon spatially coordinated behaviour, «Genet. Psychoi. Monogr.», 7, 177 (1930), Factors in space localization during inverted vision, «Psychol. Rev.», 43, 522 (1936) and 44, 105 (1937). Этот вопрос рассматривается в работе: J. & J. К. Peterson, Does practice with inverting lenses make vision normal? «Psychol. Monogr.», 50, 12 (1938). Последняя работа на эту тему кратко изложена Колером. См.: I. Kohler, Experiments with goggles, «Sci. Amer.», 206, 62 (1962). Ссылки на литературу и оригинальные исследования, посвященные прежде всего смещению сетчаточных изображений во времени, можно найти в книге: К. U. and W. М. Smith, Perception and Motion: an Analysis of Spacestructured Behaviiour, Saunders, 1962. Важная работа Ричарда Хелда и его сотрудников по адаптации у человека к призмам, смещающим сетчаточное изображение, описана в нескольких статьях: R. Held and A. Hein, Movement-produced stimulation in the development of visually guided behaviour, «J. Comp, and Phys. Pisychol.», 56, 872 (1963). Там содержится подробное изложение экспериментов с пассивным и активным котятами, которые описаны в тексте.

Первая статья, анализирующая влияние искажающих изображения очков на восприятие, принадлежит Гибсону. См.: J. J. Gibson, Adaptation, after-effect and contrast in the perception of curved lines, «J. exp. Phychol.», 16, 1 (1933). Явление так называемого структурного последействия описано в двух статьях: W. Kohler and Н. Wаllасh, Figural after-effects, «Ргос. Amer. Phil. Soc.», 88, 269 (1944) и С. E, Osgood and A. W. Heyer, A new interpretation of figural after-effects, «Psychol. Rev.», 59, 98 (1951). Общий анализ этого феномена дан в раб.: P. McEwen, Figural after-effects, С. U. Р., 1958.

12. Зрительное восприятие и знание

Работа Мишотта о восприятии причинных отношений описана автором в кн.: Мiсhоttе, The Perception of Causality, T. R. and Mills, ed. Methuen, 1963.

О «невозможных фигурах» можно прочесть в ст.: L. S. Penrose and R. Penrose, Impossible objects: a special type of illusion, «Brit. J. Psychol.», 49, 31 (1958).

* * *

Примечания

1

Эта точка зрения оспаривается многими математиками. — Прим. ред.

2

Монитор — видеоконтрольное устройство — Прим. ред.

3

У. Шекспир. Полн. собр. соч. в 8-ми томах, т. 7, М., «Искусство», 1960, стр. 29,

Content

Ричард Л. Грегори
«ГЛАЗА И МОЗГ»
Психология зрительного восприятия

Предисловие

От автора

1. Зрительное восприятие

2. Свет

3. В начале

4. Глаз

5. Мозг

6. Восприятие яркости

7. Зрительное восприятие движения

8. Восприятие цвета

9. Иллюзии

10. Искусство и реальность

11. Нужно ли нам учиться видеть?

12. Зрительное восприятие и знание

13. Глаза в космосе

Библиография

Примечания