Где находятся искажения - в глазах или в мозгу? [1972 Грегори Р.Л.

Нередко бывает очень трудно установить, где именно в нервной системе локализована данная функция (либо нарушение этой функции - временное или постоянное). То же самое справедливо и в отношении некоторых технических систем. Возьмите, например, водопровод или систему водяного отопления: воздушная пробка может быть где угодно. Опытный водопроводчик способен догадаться, что пробка локализована не на прямом участке трубы, а на одном из ее сгибов; поочередно закрывая одни краны и открывая другие, он может определить и тот сгиб, где находится пробка. Но чтобы сделать это, он должен составить в уме (или на бумаге) модель системы и придать ей определенные общие принципы организации (например, что вода течет сверху вниз, что она стремится выровнять свои уровни, что горячая вода образует пар, который и может создать пробку, если термостат не в порядке или неверно установлен). Диагностика погрешностей отопительной системы - сравнительно простая вещь, потому что возможные источники неполадок немногочисленны и есть несколько довольно простых способов прямо установить их причину (включая постукивание по подозрительным местам - прием, не чуждый также инженерам-электроникам и невропатологам!)

Рис. 66. Изогнутая линейка - предмет маловероятный, и все же мы видим линейку изогнутой. Совершенно ясно, что такие иллюзии возникают не просто потому, что внутренняя вероятность образа перевешивает свидетельство ретинального изображения

Связи в нервной системе столь многообразны, что неполадки в одной ее части могут отразиться на другой, подчас весьма удаленной области системы, которая на вид функционирует совершенно независимо от первой, а на самом деле очень тонко связана с ней. Но даже в тех чрезвычайно немногочисленных случаях, где цепь процессов, протекающих вдоль одного и того же нервного пути, ясна, локализовать дефекты этого пути очень трудно. Помимо технических трудностей, связанных с регистрацией активности в нервной системе, имеются и другие сложности, например на удивление нелегкие вопросы трактовки регистрируемых данных: ведь помимо всего прочего, мы далеко не всегда знаем назначение каждой физической части изучаемой системы. Водопроводчику нужно знать хотя бы простейшие принципы работы узлов системы, иначе ему не установить даже источника элементарных неполадок. Многие основные процессы, протекающие в нервной системе, нам совершенно неизвестны - и потому очень трудно локализовать функции. Но прежде чем начинать думать об их локализации, следует определить функцию, понять ее. При этом для понимания частей, их особенностей и связи между ними чрезвычайно важна вся концепция системы, выраженная в виде целенаправленной модели целого. К примеру, мы довольно уверенно описываем снижение чувствительности рецепторов сетчатки в качестве причины возникновения послеобразов, так как понимаем функцию рецепторов (улавливание квантов и преобразование энергии света в зрительные сигналы). Но как нам разобраться в иллюзиях искажения, если мы не представляем, какого рода функциональные связи обеспечивают восприятие?

Прежде всего полезно было бы узнать, где возникают искажения: в глазах (быть может, в связи с их движением) или в мозгу. Проведение опытов, позволяющих уверенно определить, что иллюзии искажения возникают (во всяком случае, первично) в мозгу, а не в глазах, не требует особенно сложных методик. Это определяется путем предъявления, обычно с помощью стереоскопа, одних частей фигуры одному глазу, других частей фигуры - другому. Применяют две методики: 1) одну часть фигуры - "тест" ("искажаемую часть") - показывают одному глазу, а другую часть фигуры - ее "искажающую часть" - другому; 2) фигуру разбивают на точки в случайном порядке и делят надвое так, что ни один глаз не получает ясно различаемой фигуры; лишь после слияния {фузии) сигналов от обоих глаз в мозгу зрительно воспринимается уже не случайный узор из точек, а фигура, содержащая иллюзию. Если при проведении опыта по любой из этих методик видна вся фигура, а искажение отсутствует, мы заключаем, что источник искажения находится в системе каждого глаза (вероятнее всего, в сетчатке). Если же искажение при этом возникает, значит, оно появляется после того, как в мозгу произошло слияние информации, поступающей от обоих глаз.

Несколько экспериментаторов (Витасек в 1899, Оваки - в 1960, Спрингбек - в 1961 году) проводили такие опыты и нашли, что искажения имеют место, но они значительно слабее выражены. Позднее этот вопрос исследовался Борингом (1961), Деем (1961), а также Шиллером и Винером (1962). Они изучали влияние условий самого стереонаблюдения на изучаемый феномен. Это было необходимо, так как выводы Витасека, Оваки и Спрингбека не опровергали предположения о значительной роли сетчатки в происхождении иллюзии искажения. Такое положение вещей в науке - не редкость; мы знаем, например, что перья падают медленно не потому, что сила тяжести не действует на пух и перо, а потому, что сопротивление воздуха сильно замедляет их падение. Однако сопротивление воздуха вполне может быть истолковано сначала как уменьшение силы тяжести, и потому необходим эксперимент, при помощи которого можно проверить эти две очень разные гипотезы о причинах замедления падения перьев.

Боринг обратил внимание на то, что при стереоскопическом наблюдении иллюзорно искаженных фигур возникает впечатление глубины. Дей доказал, что при этом происходит "соперничество полей зрения": фигуры, наблюдаемые каждым глазом в стереоскопе, не всегда сливаются в единую устойчивую фигуру, они как бы колеблются. Эффект такого рода показан на рис. 67. Тем самым были предложены два привходящих фактора, которые могли объяснить ослабление иллюзий при наблюдении фигур в стереоскопе. Шиллер и Винер изучали пять иллюзий искажения (рис. 68) в особых условиях стереоскопии, резко уменьшающих как ощущение глубины, так и феномен соперничества полей зрения. Они применяли очень короткие экспозиции. В результате величина наблюдавшихся иллюзий оказалась такой же, как и при обычных условиях наблюдения. Отсюда можно заключить, что, по-видимому, тенденция к глубинному восприятию фигур и (или) соперничество полей зрения действительно уменьшают воспринимаемые иллюзорные искажения фигур и, следовательно, эти искажения возникают в мозге, а не в глазу.

Рис. 67. Соперничество полей зрения возникает, если наблюдать этот узор сквозь цветные очки; тогда один глаз увидит красные, а другой - зеленые линии. Мозг не в состоянии все время воспринимать такие сигналы в комбинации, поэтому мы видим странный узор - непостоянный, колеблющийся

Этот вывод подтверждается с помощью второй из упоминавшихся ранее методик разделения фигур - когда каждому глазу предъявляют узор, состоящий на вид из неупорядоченного набора точек. Методика эта возникла недавно; ее разработал Бела Юлеш, блистательно исследовавший с ее помощью природу стереоскопического зрения. В экспериментах, проведенных по методике "случайный набор точек", иллюзии искажения, включая иллюзию Мюллера-Лайера, оказались полностью сохраненными. Таким образом, мы имеем все основания полагать, что эти иллюзии возникают в мозгу.

Впрочем, последнее заключение мы сделали с чувством некоторой неловкости: слишком много открытых вопросов оставляет такой вывод. Хуже всего то, что мы недостаточно осведомлены о работе мозга и потому не можем точно указать тот процесс, который нарушается при наблюдении фигур, создающих иллюзии. А можно ли понять и объяснить иллюзии, не понимая во всех тонкостях работу мозга? Возвращаясь к аналогиям, можно сказать, что наш случай напоминает положение слесаря-водопроводчика, регистрирующего шум в трубах и ухудшение круговорота воды, но не знающего о том, что к образованию воздушных пробок приводит пар, а значит, не следует ставить термостат на перегрев, если пар может повредить работе отопительной системы. Возможно, не менее подходящим примером будет случай с учеником телевизионного техника, который пробует объяснить причину искажения телевизионной картинки, не зная того, что ее симметрия задается в системе координат, связанных со строкой и кадром, а искажение последних неизбежно приводит и к искажению изображения.

Рис. 68. Наблюдая эти рисунки через цветные очки, мы даем одному глазу одни, а другому - другие части фигуры; порознь они не искажены. Глядя обоими глазами, мы видим фигуру, содержащую иллюзию искажения; таким образом, источник искажений находится в мозгу, а не в сетчатке

Продолжим эти примеры-аналогии. Положим, телевизионный техник в самом деле понимает основные принципы формирования изображения, но не знает детально конкретных цепей телевизора. Мог бы он понять и объяснить искажение картинки? Несомненно, техник будет располагать объяснением, правильным в отношении всех телевизоров с общим принципом работы; однако объяснение не будет содержать указаний на то, какие именно части испорчены и почему порча данной детали телевизора должна привести к нарушению развертки, а следовательно, и к искажению изображения. Но объяснение техника логически удовлетворительно и представляет собой шаг вперед - к детальному знанию неполадок, необходимому для их устранения. Точно так же и мы нуждаемся в понимании общих принципов работы мозга, чтобы верно оценить значение разных его компонентов - конкретных частей, уровней, цепей. Именно в этих общих терминах нам и следует пока стремиться понять иллюзии-искажения, а более конкретное объяснение должно прийти позже, когда станет лучше известна физиология мозга.

Вернемся назад - к вопросу о том, как мы понимаем восприятие. Мы считаем, что восприятие - удивительно эффективный процесс использования явно недостаточной и потому неоднозначной информации для выбора одной из хранящихся в памяти гипотез о сиюминутном состоянии внешнего мира. Гипотезы строятся для ответа на вопросы о том, что представляют собой объекты, какова их величина и какое положение в пространстве они занимают. Особенно важно оценить удаленность объекта от наблюдателя. Расстояние всегда непостоянно (по крайней мере для земных объектов), поэтому удаленность не включается в объект-гипотезу. Отсюда следует, что положение любого объекта в пространстве должно быть выведено из сиюминутной сенсорной информации. Опознание объектов упрощено благодаря тому, что большинство знакомых предметов содержит избыточную информацию. У лица два глаза - но довольно увидеть один из них. А раз виден глаз, значит, возле него должен быть и нос. Если видна голова, значит, рядом - туловище, руки, ноги. Например, кинокадры, показываемые крупным планом, были бы совершенно лишены смысла, если бы не наша способность "присочинять" факты, связывая их с видимыми частями знакомых объектов. Но для оценки размеров и расстояний эта способность ничего не дает. Любой данный объект может иметь несколько размеров и может быть удален на самые разные расстояния. Поэтому сиюминутная сенсорная информация необходима для формирования шкалы оценки размеров и расстояний. В том случае, когда по какой-либо причине шкала оценки размеров и расстояний устанавливается неверно, следует ожидать соответствующих искажений в восприятии размера и расстояния. Поэтому стоит разобраться, не связаны ли иллюзии искажения с теми особыми видами сенсорной информации, которые используются для установления шкал воспринимаемых размеров и воспринимаемой удаленности предметов. Возможно, это послужит ключом к проблеме происхождения иллюзий.

Помимо только что намеченного подхода к проблеме, существуют и другие пути ее разрешения. Так, мы могли бы изучать лишь подлинные компоненты и нервные цепи мозга, совершенно не занимаясь теми процессами, которые кажутся нам лежащими в основе работы мозга. (Это было бы похоже на ознакомление с работой вычислительной машины путем изучения ее металлического "тела" при полном незнании ее программ.) Впрочем, часто действительно очень нетрудно устранить неполадки в электронных приборах путем обнаружения и замены сгоревшей детали. При этом совсем не обязательно знать принципы работы прибора или программу, если речь идет о вычислительной машине. Но случай, рассматриваемый нами, не совсем таков. Занимаясь иллюзиями искажения зрительных форм, мы видим перед собой систему, которая работает нормально (за исключением особых случаев, тех, где системе приходится иметь дело с фигурами, принадлежащими к определенному классу). К тому же этот дефект обнаруживают все экземпляры системы (то есть все люди); поэтому его никак невозможно отождествить с "перегоревшей деталью". Существуют, правда, неврологические нарушения зрения, которые, пожалуй, можно сравнить с порчей "деталей" в системе, но в нашем случае такое сравнение не подходит, поскольку мы говорим о "дефекте", который имеют все люди.

Рассмотрим теперь и возможность нарушений в работе нервной цепи. Всякая цепь может подвергаться перегрузкам. С людьми это тоже случается - в так называемых экстремальных ситуациях. Примеры ситуации, перегружающей зрение, мы видели: эффекты последействия движения, послеобразы, возникающие в результате действия сильной яркости или цвета.

Очень вероятно, что произведения опарта^* суть примеры перегрузки нервных (преимущественно сетчаточных) цепей зрительной системы. Эти произведения построены не на систематическом искажении (или нарушении масштаба), а на довольно необычных "дерганых" эффектах, возникающих главным образом при рассматривании тесно расположенных и многочисленных линий, крайне сильно контрастирующих с фоном.

^* (Опарт (англ, optical art) - "оптическое искусство". - Прим, перев.)

Одним из первых художников, сумевших живо передать движение, был Ван-Гог; мазки его кисти похожи на застывшие вихри. Но одно дело - передать движение выразительными средствами, и совсем другое - заставить наблюдателя испытать движение, ощутить его. Последнее удается художникам опарта, особенно Виктору Вазарели (рис. 69) и Бриджит Райли (рис. 70). В их картинах нет и намека на предметность; в них - только конфигурации, паттерны, которые колеблются, смещаются и плывут, иногда слегка, иногда стремительно. Наиболее вероятно, что такие ощущения иллюзорного движения возникают как прямое следствие стимуляции светочувствительных элементов сетчатки глаза, ее детекторов движения, из-за тремора глаз^*.

^* (Тремор глаз - непроизвольные движения глаз, сопровождающие любую зрительную деятельность; частота тремора около 150 герц. - Прим, перев.)

Во всяком случае, эти эффекты, по-видимому, возникают в результате "перегрузки" нервных зрительных цепей и в общем сходны с эффектами, возникающими при утомлении или приеме некоторых медикаментов. Это отнюдь не означает, что такие эффекты не представляют интереса для техники живописи; напротив, они могут оказаться сильным инструментом в руках художника, знающего о них и умеющего их использовать для передачи определенных впечатлений и для формирования у зрителя определенных ощущений. Правда, техника опарта позволяет создавать лишь немногие виды кажущегося движения, причем очень трудно, хотя и возможно, сообщить движение поддающимся опознанию изображениям предметов. И все же не исключено, что сильные конфигурации, приковывающие взгляд зрителя своим странным мерцанием, смещением, сплывом, могут переломить устоявшиеся традиции и помочь нам найти свежий подход к восприятию.

Рис. 69. Рисунок Виктора Вазарели (1964). Узор странным образом смещается, меняется. Объяснение здесь, по-видимому, требует привлечения нескольких факторов; определенную роль играют движения глаз, и, кроме того, мозг пытается 'организовать' узор разными способами, не останавливаясь ни на одном, ибо ищет предметы и не находит их. Абстрактное искусство можно трактовать как чрезвычайно отвлеченные абстракции гипотез об объектах

Но вернемся к нашему предмету - к иллюзиям искажения. Может ли быть, что простые, обычные формы, вроде "стрел" Мюллера-Лайера, "перегружают" нервные цепи? Если это так, то такие цепи должны быть очень уж примитивно устроены. А это маловероятно. Пока мы не в состоянии совершенно отклонить такую возможность, хотя она и кажется нам малоправдоподобной, особенно если вспомнить о замечательной работе зрительной системы в целом.

Рис. 70. Бриджит Райли. Падение. Происхождение эффектов, возникающих при рассматривании таких картин, пока еще во многом загадочно. Безусловно, некоторое значение имеют движения глаз, благодаря которым стимулируются сетчаточные рецепторы движения, а также умножаются повторные удары одних и тех же форм по участкам сетчатки, уже несущим послеобразы; но это наверняка далеко не все

Поэтому мы предположим, что искажения возникают вследствие неверной установки шкал оценки размера и расстояния. По-видимому, первый намек на эту идею дал еще в 1896 году А. Тьери, который предположил, что фигуры с иллюзорным искажением суть "скелетные" (каркасные) перспективные рисунки, содержащие указания на трехмерность фигуры. Так, фигуру Мюллера-Лайера он представлял себе как рисунок предмета, похожего на козлы, повернутые "ножками" прочь от наблюдателя, когда фигура изображала отрезок прямой, обрамленной оперением стрелы, либо "ножками" к наблюдателю, когда этот отрезок ограничивался остриями стрел. Другой, более выразительный пример - сопоставление фигуры с тем, как выглядит угол здания на рис. 63. И плоская проекция на бумагу и вид изображения в глазу, который смотрит на какой-либо реальный угол, по форме совпадают с очертаниями фигуры, содержащей иллюзию Мюллера-Лайера. Точно так же иллюзия Понзо совпадает в проекции с уходящими вдаль прямыми, например с рельсами железнодорожного пути (рис. 71-72).

Рис. 71. Иллюзия искажения, принадлежащая перу Понзо. Верхний поперечный брусок кажется длиннее нижнего, хотя они в действительности равны. Здесь перспектива дана в плоскости рисунка, поэтому компенсация уменьшения, которая в нормальных условиях приводит к постоянству размеров, оказывается неподходящей: мы видим верхний брусок не равным нижнему, но увеличенным, поскольку в глазу величина изображений обоих брусков одинакова.

Здесь интересно то, что части фигуры, соответствующие ее удаленным компонентам (если принимается перспективная интерпретация фигуры, адекватная миру реальных предметов), кажутся разросшимися в фигуре, содержащей иллюзию. Мы ясно увидим это, сравнив каркасные фигуры, дающие искажение формы при восприятии, с фотографиями, где типичные для этих искажений моменты запечатлены в перспективном изображении. Штриховые рисунки и фотографии содержат одинаковые искажения (см. рис. 62 и 63).

Если информация о перспективе в глубину действительно используется для выбора шкал воспринимаемого размера и воспринимаемого расстояния, нет ничего удивительного в том, что при возникающей на плоской поверхности ненормальной перспективе (не заданной целиком геометрическим сокращением изображения, пропорционального удаленности объектов) шкала размеров устанавливается неверно.

В обычных условиях видимый размер предметов остается неизменным в довольно большом диапазоне расстояний, несмотря на то что с увеличением удаленности этих предметов происходит геометрическое сокращение их ретинальных изображений. Это свидетельствует о наличии механизма перцептивной компенсации сокращения размера с расстоянием. Если ключом для такой компенсации служит именно фактор перспективы, присутствующий в ретинальном изображении, мы тогда должны допустить, что определенные искажения обязательно возникнут, раз они содержатся в ретинальном изображении, где нет указаний на различие расстояний до объектов, поскольку именно эти указания сигнализируют о перспективном сокращении размеров предметов с увеличением расстояния. Другими словами, перспектива, содержащаяся в картине (изображении), дает неправильную шкалу для плоского объекта - возникает искажение. Детали картины, которые кажутся более отдаленными, должны быть разросшимися - такими они и воспринимаются.

Если остановиться в наших рассуждениях на сказанном, то может возникнуть желание истолковать происхождение иллюзий искажения таким же образом, как толкуется изменение видимого размера при изменении видимого расстояния. Подобный эффект мы наблюдали при перцептивном перевертывании куба; к тому же нам известен закон Эммерта, выведенный при наблюдении зависимости размеров послеобраза от расстояния до экрана, на фоне которого этот образ виден. Однако такое истолкование не годится, потому что при иллюзиях искажения фигура все время воспринимается в плоскости. Правда, в ней всегда выражены перспективные элементы, но, вне всякого сомнения, нет необходимости воспринимать фигуры Понзо, Мюллера-Лайера и другие в трех измерениях, чтобы восприятие этих фигур содержало иллюзию искажения. Мы видим их на плоскости бумажного листа - и все же иллюзия налицо, а это совсем не то же самое, что было с перевертывающимся кубом. Куб и подобные ему фигуры меняют видимую форму только в тех случаях, когда они воспринимаются как трехмерные фигуры, но не тогда, когда они видны как плоские фигуры.

Поэтому проблему нельзя считать решенной. Быть может, эти искажения окажутся в конце концов никак не связанными со шкалированием размера и расстояния? А может быть, связь существует, но она хорошо замаскирована? Тот факт, что искажения соответствуют перспективным особенностям фигур, показывает, что второе предположение ближе к истине. Тогда в чем же заключается эта скрытая связь?

Зададим себе сначала такой вопрос: почему эти фигуры, явно содержащие перспективу, не воспринимаются как трехмерные? Ответ, по-видимому, ясен. Указания на глубину нейтрализуются фактурой фона. Доказать это нетрудно. Покройте рисунок светящейся краской, погасите свет - и вы устраните фон. Рисунок в таких условиях в большинстве случаев воспринимается как трехмерная фигура в соответствии с содержащимися в нем элементами перспективы.

Можно сделать больше: объективно измерить кажущуюся глубину таких фигур. Тогда мы свяжем величину "глубинности" со степенью искажения фигуры, наблюдаемой в плоскости.