Слепая физиология. Удивительная книга про зрение и слух

В это время Лиам учился в колледже, и он много общался со своим преподавателем информатики, который видел определенные сходства между зрением Лиама и компьютерным зрением: он обратил внимание на то, что Лиам воспринимает зрительную информацию буквально и в первую очередь сосредотачивается на деталях. Однажды в 2011 году Лиам был в его кабинете и заметил на двери яркое пятно. Он спросил преподавателя, почему на двери «круг с крестом», но тот не сразу понял, что Лиам имеет в виду. Через некоторое время он сообразил, что Лиам видел в стеклянной двери отражение листа бумаги, лежавшего на полу. Преподаватель видел дверь как единое целое; он игнорировал посторонние пятна света, которые отражались в стекле, поскольку они не были частью самой двери.

Я впервые познакомилась с Лиамом и начала переписываться с ним в 2010 году, через пять лет после его операций, а затем приехала к нему снова в 2012 и 2014 годах, когда ему было двадцать два и двадцать четыре года. Мне предстояло узнать, что многие привычные нам зрительные навыки, которые мы почти не ценим – вроде распознавания объектов или анализа глубины пространства для подъема по лестнице – для него были чем-то схожи с решением головоломки. У Лиама всегда было практическое, аналитическое мышление, так что он разработал определенные стратегии решения этих головоломок. Со временем эти задачи стали требовать от него меньше усилий, но все же иногда ему было по-прежнему тяжело интерпретировать то, что он видит, особенно в незнакомых местах.

Сосредоточенность на деталях характерна для многих людей, которые обрели зрение, и это может объяснить их восприятие некоторых известных оптических иллюзий[60]. В 2014 году во время очередной поездки к Лиаму я захватила с собой несколько картинок с оптическими иллюзиями, и с их помощью мы вместе исследовали особенности его зрения. Такие иллюзии называются контекстными, поскольку мы должны учитывать всю поступающую зрительную информацию, чтобы почувствовать на себе их эффект. Например, в иллюзии Мюллера-Лайера нам кажется, что перед нами две линии разной длины, хотя на самом деле они одинаковые (Рисунок 3.4). На верхнем изображении стрелки повернуты внутрь, по направлению к линии, тогда как на нижнем изображении они указывают наружу, по направлению от линии. Большинство людей воспринимает верхний отрезок как более длинный. Когда Лиам посмотрел на рисунок, он увидел две примерно одинаковые линии: иллюзия на него если и действовала, то слабо. То же случилось и с С. Б., как писали Грегори и Уоллес, и К. П., который потерял зрение в возрасте семнадцати лет и спустя 53 года восстановил возможность видеть на одном глазу[61]. Однако дети проекта Пракаш и пациент Л. Г., чей случай описал Вальво, попались на уловку иллюзии[62].

РИСУНОК 3.4. Иллюзия Мюллера-Лайера. Какой из этих отрезков длиннее?

РИСУНОК 3.5. Иллюзия Геринга. Изогнуты ли вертикальные линии?

Лиама не обманула и иллюзия Геринга (Рисунок 3.5). Толстые вертикальные линии на этом рисунке кажутся нам выгнутыми, но стоит удалить более тонкие линии, расходящиеся из центра в стороны, и мы увидим, что вертикальные линии на самом деле прямые. Лиам видел, что они прямые, как если бы не воспринимал их частью общей картинки. С. Б. эта иллюзия тоже не обманула[63].

Лиам сказал мне, что до операции ему было сложно отличить собаку от кошки: тогда и собака, и кошка – это для него было нечто живое и покрытое шерстью, что передвигается по земле. Теперь я показала Лиаму фотографию кошки с собакой, и он смог их отличить – однако он не смог отличить собаку от кошки на изображении, где были видны только их силуэты. Младенцы в возрасте 3–4 месяцев могут различать силуэты этих двух животных, но Лиаму этой информации не хватало, чтобы успешно решить задачу[64]. Он видел отдельные элементы изображения, но ему было по-прежнему сложно увидеть картинку целиком.

В 2015 году, через год после моего третьего визита, я прислала Лиаму картинку из книги Джозефа Альберса «Взаимодействие цветов», приведенную на Рисунке 3.6[65]. Это изображение иллюстрирует наше восприятие прозрачных форм. Большинство из нас сказали бы, что на рисунке изображены два листа бумаги, причем более светлый полупрозрачный лист справа лежит на более темном листе, расположенном чуть левее. Лиам ответил: «Это два прямоугольника… с чем-то вроде стрелки посередине». Он интерпретировал эту картинку как двухмерную геометрическую абстракцию, а не как два листа бумаги в трехмерном пространстве. Он легко распознавал составные элементы изображения, но не мог уловить их общий смысл.

Хотя сегодня Лиам распознает намного больше предметов, чем сразу после операций, ему все еще сложно воспринимать объекты целиком, а не как сумму составляющих их элементов. Мы почти не осознаем наше умение молниеносно различать и распознавать объекты, но на самом деле в эту работу вовлечено огромное количество нейронов головного мозга. Примерно треть объема мозга связана со зрением и обработкой зрительной информации. Поскольку Лиам с младенчества был почти слепым, его зрительная система не могла нормально развиваться. Его зрительное восприятие в тот момент, когда он только-только получил интраокулярные линзы, и те проблемы, с которыми он столкнулся в дальнейшем, помогают нам узнать что-то новое о том, чем заняты нейронные сети зрительной системы и о том, насколько огромный объем их работы мы попросту не замечаем.

РИСУНОК 3.6. Мы интерпретируем это изображение как два листа бумаги, причем светлый полупрозрачный лист лежит на втором, более темном.

Для человека, изучающего физиологию зрения, кажется совершенно логичным, что Лиам видит в первую очередь линии, границы и контуры, а не цельные объекты, ведь наша зрительная система действительно очень чувствительна к линиям. Линии очень часто лежат на границе между светом и тенью, и многие нейроны сетчатки лучше всего реагируют именно на этот контраст[66]. Первичная зрительная кора, которая также называется стриарной корой или зрительной зоной V1, – это первая область коры головного мозга, которая получает зрительную информацию с сетчатки. В середине XX века Дэвид Хьюбел и Торстен Визель начали фиксировать активность индивидуальных нейронов в зрительной зоне V1 – сначала у кошек, а потом и у обезьян[67]. У каждого нейрона есть свое рецептивное поле, то есть он чувствителен к световым раздражителям, поступающим с конкретной области поля зрения. Например, один нейрон может быть чувствителен к раздражителям, попадающим прямо по центру поля зрения, тогда как другой будет реагировать на раздражитель, попадающий, скажем, слегка левее и ниже центральной точки. Рецептивные поля смежных нейронов зрительной зоны V1 слегка различаются, но пересекаются между собой, поскольку они получают информацию с разных, но пересекающихся между собой областей сетчатки. Таким образом, в первичной зрительной коре топографически, или ретинотопически картировано все поле зрения. Некоторые нейроны зрительной зоны V1 реагируют исключительно на свет с определенной длиной волны (и мы воспринимаем это как цвет), но большая их часть реагирует на белые полосы на черном фоне или наоборот – черные полосы на белом фоне. Важно и направление этих полос. Некоторые нейроны зрительной зоны V1 возбуждаются в ответ на вертикальные полосы, некоторые – на горизонтальные, некоторые – на полосы, расположенные под какими-либо другими углами: они называются ориентационно-избирательными нейронами.

Когда две грани предмета образуют ребро, текстура и освещенность в этом месте могут измениться, и контраст между ними стимулирует определенную группу ориентационно-избирательных нейронов в вашей зрительной зоне V1. Когда вы осматриваете предмет, образующие его линии меняют свое направление, и тогда в зрительной зоне V1 активизируются другие ориентационно-избирательные нейроны. Дальние связи между ориентационно-избирательными нейронами зрительной зоны V1 помогают воспринимать продолжительные линии и контуры как единое целое[68].

Лиам не мог по цветам и линиям понять, что он видит перед собой, и точно так же и мы оказываемся не в состоянии понять принципы обработки зрительной информации, изучая только отдельные нейроны зрительной зоны V1. В 1973 году великий нейропсихолог А. Р. Лурия издал книгу «Основы нейропсихологии»[69]. Опираясь на работу со своими пациентами, Лурия выделил в нашей зрительной коре первичную и вторичную зоны. Первичная зона включает первичную зрительную кору (зрительную зону V1), и повреждения в этой области приводят к слепоте в той части поля зрения, из которой эта конкретная область зрительной коры получает информацию. Нейроны первичной зоны связаны с нейронами вторичной зоны, занятой синтезом и переработкой входящей информации. При повреждении вторичной зрительной зоны люди не теряют зрение, но страдают от различных форм зрительной агнозии («незнания»). Они могут «видеть» все составные элементы уже знакомого предмета, его контуры и цвета, но они не могут синтезировать их в единое целое и узнать собственно сам предмет,[70] как будто они никогда раньше его не видели[71].

Пожалуй, самым знаменитым пациентом со зрительной агнозией был пациент Оливера Сакса профессор П.: «человек, который принял жену за шляпу». Когда доктор Сакс показал пациенту перчатку и попросил сказать, что это такое, профессор ответил: «Непрерывная, свернутая на себя поверхность. И вроде бы тут имеется пять кармашков»[72]. Профессор П. прекрасно описал ключевые особенности перчатки, но не смог сопоставить их, чтобы увидеть целое. Он не утратил понятие о перчатке: на ощупь он мог ее узнать. Затруднения, с которыми столкнулся профессор П. и другие пациенты со зрительной агнозией, схожи с проблемами Лиама. Как и Лиам, они не узнавали предметы автоматически, подсознательно, но должны были логически догадаться о том, что перед ними находится, по ключевым особенностям. Во всех этих случаях проблемы коренятся в зрительных путях более высокого уровня.

Зрительная зона V1 расположена вдоль зрительного пути, соединяющего сетчатку (периферию) и зрительные зоны, расположенные выше (центральнее) в мозге[73]. В периферическом направлении (ближе к глазу) нейроны зрительной зоны V1 получают информацию от нейронов таламуса, которые связаны напрямую с клетками сетчатки. В центральном направлении нейроны зрительной зоны V1 сообщаются с клетками в зрительной зоне V2, а затем напрямую или опосредованно – с нейронами двух главных зрительных путей. Вентральный путь – канал «что» или канал восприятия – связан с распознаванием предметов, лиц и мест, тогда как дорсальный путь – канал «где», канал действия – занят расположением предметов в пространстве и движением[74]. «Вторичные зоны» Лурии соответствуют этим путям. Зрительные зоны V1 и V2 связаны и с каналом восприятия, и с каналом действия, но области, расположенные выше, могут быть больше связаны с каким-то одним из этих путей. Зрительные зоны более высокого уровня обозначены по-разному. Некоторые из них обозначены буквой V с цифрой, обозначающей их место в иерархии зрительных зон, а другие называются в соответствии с их анатомическим расположением. Например, зоны V4 и латеральная затылочная кора составляют часть канала восприятия (канал «что»), тогда как V5 (она же MT, от medial temporal region: медиальная височная область) составляет часть канала действия (см. Рисунок 3.7).