Глава первая. область досознательного
КАК МЫ ВИДИМ ТО, ЧТО ВИДИМ
ВЯЧЕСЛАВ ДЕМИДОВ
Академик О.Г. Газенко. Предисловия к первому и второму изданиям
Введение
Глава первая. Область досознательного
Глава вторая. Предвидение Галена
Глава третья. Этот правый, левый мозг
Глава четвертая. Обманы, вызванные стремлением к истине
Глава пятая. Плоский трехмерный мир
Глава шестая. Мир строится из деталей
Глава седьмая. Новый ключ к старым тайнам
Глава восьмая. Палитра
Глава девятая. В правом, конкретном
Глава десятая. Вполне реальный невидимка
Глава одиннадцатая. Стереоширокоэкранное для каждого
Глава двенадцатая. Прямые последствия перевернутого
Глава тринадцатая. Эталоны и циклы
Глава четырнадцатая. Видимые слова
Послесловия к первому и второму изданию
Литература. Источники иллюстраций
Текст издания:
Демидов В. Е. Как мы видим то, что видим. 3-е изд., перераб. и доп.
Демидов Вячеслав Евгеньевич родился в 1933 г. Кандидат философских наук (диссертация «Реклама как вид социальной деятельности). Автор научно-художественных и научно-популярных книг, книг и брошюр по рекламе и маркетингу, нескольких сотен статей, очерков и рекламных произведений, тематика которых связана с такими отраслями науки и техники, как радиоэлектроника, машиностроение, энергетика, психофизиология зрения. C 1990 г. живет в Германии.
Рецензенты второго издания:
Преображенский П.В. – доктор медицинских наук;
Розенблюм Ю.3. – доктор медицинских наук.
Первым изданием эта книга вышла в Москве в 1979 году, вторым – в 1987 году. Была переведена на английский (Москва, «Мир», 1986) и польский (Варшава, «НОТ-СИГМА», 1989) языки.
Данное третье, дополненное и в определенных частях переработанное берлинское издание предпринято автором.
Для широкого круга читателей.
Издание библиографическое, номерное.
Дата публикации:
21 декабря 2010 года Электронная версия:
© НиТ. Раритетные издания, 1998
Как мы видим то, что видим
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ
Автор этой книги – не только журналист, но и инженер. А сама книга – результат пятилетнего творческого сотрудничества с учеными из лаборатории физиологии зрения Института физиологии им. И.П. Павлова АН СССР. Все эти пять лет автор внимательно следил за успехами ее сотрудников и постоянно выступал со статьями об их работах.
Проблемы, которые рассматриваются в книге, В. Демидов излагает, опираясь на голографическую гипотезу работы мозга, активно развиваемую в последнее время учеными всего мира (строгости ради отметим, что разделяют эту концепцию не все исследователи). Среди этих исследований видное место занимают труды советских ученых, в особенности работающих в Институте физиологии им. И.П. Павлова АН СССР. А поскольку голография – детище инженеров, становится понятным, почему один из них смог легко и непринужденно ориентироваться с помощью голографического компаса в море разнообразных сведений, которые внешне кажутся разрозненными, а на самом деле демонстрируют глубокое единство материальных сущностей мира, открывающегося перед нами.
Единый подход к самым различным проблемам принес автору заслуженный успех. Разбирая с единых позиций вопрос опознания зрительных образов и причины «капризов» моды, восприятие цвета и строение отдельных систем зрительного аппарата, зрительные иллюзии и формирование внутренней модели мира, Демидов находит удачные объяснения «таинственным» явлениям, выдвигает правдоподобные гипотезы. К таким находкам можно отнести, например, гипотезу о причинах изменения моды, объяснение «тайны» треугольника Пенроуза и «невозможных» картин; своеобразен н любопытен подход автора к проблеме сущностей абстракций и понятия красоты. Убедительно раскрыт внешне парадоксальный тезис о том, что зрительные иллюзии – отражение автоматической точности работы зрительного аппарата, отражение правильности модели мира, сформировавшейся в результате прошлого опыта человека.
Ясность, доступность и одновременно научная строгость изложения материала – несомненные достоинства книги, которую вы держите в руках. В списке литературы, которой пользовался автор, – труды крупнейших ученых, занимающихся проблемами зрения, как советских, так и иностранных. Демидов лично знает многих своих героев, он бывал в научных лабораториях, присутствовал при опытах, и потому атмосфера научного поиска передана им увлекательно и убедительно.
Хорошим, образным языком излагая чрезвычайно сложные проблемы нейрофизиологии и психологии, кибернетики и медицины, автор нигде не впадает в вульгаризацию. Он свободно оперирует понятиями многих наук, приводит удачные, яркие примеры, так что следовать за логикой развития сюжета читателю будет, безусловно, интересно. Проблема голографии – проблема во многом математическая, и тем приятнее, что ее удалось объяснить без формул, на уровне, вполне понятном всем читателям. Очень важно, что Демидов ссылается на самые последние работы, результаты которых опубликованы буквально только что, – в книге ощущается биение пульса современности, она актуальна и свежа.
История познания механизмов работы зрительного аппарата – это история борьбы науки с идеализмом. Результаты современных исследований еще и еще раз подтверждают материалистический тезис о познаваемости природы во всех ее проявлениях, в том числе таких сложных, как зрение и мышление. На место «души» наука ставит изумительные по своей отточенности электрохимические процессы в нейронных сетях мозга. Техника эксперимента с каждым годом становится все изощреннее, наше проникновение в сущность вещей – все глубже. Человек все больше познает сам себя, проникает в такие тайны, перед которыми тайны океана и космоса бледнеют. И вместе с тем язык науки становится все более сложным, наука распадается на все более узкие дисциплины, так что ученые, работающие в одной из лабораторий, уже с трудом ориентируются в проблемах своих соседей за стенкой. Объем информации растет, как снежный ком, и потому роль научной популяризации, особенно обобщающей достижения родственных и смежных дисциплин, в наши годы все более возрастает. Ученый нередко черпает из таких работ полезную для себя информацию. Книга Демидова как раз и является одной из таких книг – удачной попыткой обобщить результаты, полученные специалистами, работающими в самых различных областях знания.
И не только обобщить, но и связать эти результаты с жизненными проблемами, близкими буквально каждому человеку, сочетая серьезность подхода ученого с живостью стиля литератора.
Академик О.Г. Газенко
Предисловие ко второму изданию
Первое издание этой книги было удостоено диплома на конкурсе научно-популярной литературы, который ежегодно проводится Всесоюзным обществом «Знание». И в то же время кафедра офтальмологии Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова рекомендовала книгу в качестве пособия для адъюнктов.
Два, казалось бы, разноплановых факта, но они в действительности говорят об одном и том же – о несомненной удаче автора, взявшегося написать книгу о таком сложном и трудном предмете, как зрительное восприятие окружающего мира. Предмет этот интересен и сам по себе – ну разве не «чудо природы» наше зрение?!
Но он интересен еще и тем, что разгадка работы этого природного феномена окажет громадную помощь в решении одной из актуальнейших проблем современного научно-технического прогресса – проблемы искусственного интеллекта.
Новое издание значительно расширяет и углубляет научную и философскую направленность изложения материала, что вполне естественно, так как за прошедшие годы было получено много новых данных в пользу той концепции, которая легла в основу первого издания. Расширились наши представления об общей структуре головного мозга, о роли его полушарий в отражении окружающей действительности и его различных отделов в работе зрительного аппарата.
Опираясь, как и прежде, в основном на результаты исследований, ведущихся в лаборатории физиологии зрения Института физиологии им. И.П. Павлова АН СССР, автор вместе с тем привлекает и ту научную информацию, которая получена другими учеными как у нас в стране, так и за рубежом. Благодаря этому и новое издание будет интересным не только широкому кругу читателей, но и специалистам – они найдут в ней немало полезного для себя.
Академик О.Г. Газенко
КАК МЫ ВИДИМ ТО, ЧТО ВИДИМ
|
Перед глазами у меня, а вернее, перед одним правым глазом, потому что левый закрыт черной бумажкой, в дырочку виднеется светлый прямоугольник, по которому причудливой сеткой переплелись тонкие извилистые линии. Щелкнуло, линии исчезли, квадратик на мгновение брызгает белым, и снова возникло переплетение линий.
– Ну, что увидели?
– Ничего, – честно признаюсь я.
– И правильно. Так и должно быть. А теперь?
Снова щелчок. На этот раз почудилось, что вижу контур какого-то четвероногого.
– Собака, – говорю. – Или другое какое животное. Не разглядел толком.
Опять, щелкнув, исчезает переплетение линий. И тут уже я отчетливо понял: козел! Или, может, коза: насчет вымени осталось сомнение...
– Коза, – отзывается Александра Александровна Невская. – А поскольку человек вы нетренированный, то и время ваше сто пятьдесят миллисекунд. Вы ведь не знали, какие картинки я буду показывать.
– А если бы тренированный и знал, что тогда?
– Тогда было бы сто, а может быть, даже шестьдесят миллисекунд.
– Отчего же?
– Зрительный аппарат гораздо быстрее прошелся бы по «дереву признаков»...
Так началось мое знакомство с Лабораторией физиологии зрения, которой руководит профессор Вадим Давидович Глезер*. В дальнейшем я буду называть ее просто – Лаборатория.
* Глезер Вадим Давыдович (род. 1923 г.), доктор биологических наук, главный научный сотрудник Лаборатории физиологии зрения Института физиологии им. И.П. Павлова РАН. В 1941 г., еще до окончания школы, работал лаборантом в Институте физиологии им. И.П. Павлова АН СССР. С 1941 по 1947 г. служил в артиллерийской части, защищавшей Ленинград. По окончании в 1952 г. биологического факультета Ленинградского университета вернулся в Институт физиологии им. И.П. Павлова АН СССР, в Лабораторию физиологии зрения. В 1954 защитил кандидатскую, в 1964 г. – докторскую диссертацию. С 1961 г. – заведующий лабораторией. С 1988 г. – главный научный сотрудник Института, профессор (1967). Под его руководством защищено около 30 кандидатских и 4 докторские диссертации. Почетный член Болгарского общества физиологов Награжден почетной лентой Литовского физиологического общества. Автор свыше 300 статей, 7 монографий, им подготовлены и изданы международные сборники, организованы международные конференции.
(Справочник «Медики России»)
Рис. 1. Mауриц Корнелис Эшер (1898...1972). Относительность (1953)
Рис. 2. Так устроена сетчатка – часть мозга, вынесенная в глазное яблоко
Рис. 3. Глазное дно с хорошо видными кровеноснымси сосудами
ГЛАВА ВОСЬМАЯ. ПАЛИТРА
|
Когда в 1903 г. французский химик Луи Жан Люмьер (тот самый, который изобрел вместе со своим братом Огюстом кинематограф) решил заняться цветной фотографией, он ничего не знал о том, как устроена сетчатка курицы. И при всем при том почти буквально повторил в своем новом изобретении важную особенность ее конструктивной схемы (сетчатки, конечно, а не курицы).
У курицы, как и у многих птиц, и у некоторых видов черепах, природа поставила перед совершенно одинаковыми рецепторами сетчатки светофильтры – жировые клетки красного, оранжевого и зеленовато-желтого цветов. И еще бесцветные. А Люмьер брал зерна крахмала, окрашивал их в красный, зеленый и синий колеры, после чего посыпал этим трехцветным порошком фотопластинку.
Рис. 51. Одна из схем получения белого цвета. В реальности дело обстоит несколько сложнее...
Изобретатель руководствовался теорией цветового зрения, которую принято называть сейчас трехкомпонентной. Она ведет начало от речи «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее, в публичном собрании Императорской Академии Наук июля 1 дня 1756 года говоренное Михаилом Ломоносовым». Великий ученый сообщал слушателям: «Я приметил и через многие годы многими прежде догадками, а после доказательными опытами с довольною вероятностью утвердился, что природа эфирных частиц имеет совмещение с тремя родами действующих первоначальных частиц, чувствительные тела составляющих... От первого рода эфира происходит цвет красный, от второго – желтый, от третьего – голубой. Прочие цветы рождаются от смешения первых... Натура тем паче всего удивительна, что в простоте своей многохитростна, и от малого числа причин произносит (так и автора – В.Д.) неисчислимые образы свойств, перемен и явлений»».
Эта смелая мысль не была тогда по достоинству оценена научным миром. Лишь спустя полвека к ней обратился английский физик Томас Юнг. Он отметил, что идеи Ломоносова дали ему, выражаясь нынешним лексиконом, материал для размышлений.
Юнг оттолкнулся от самоочевидного факта: сетчатка сообщает мозгу о форме и цвете предметов (представления о более высоких мозговых структурах и их роли тогда еще находились в самом зачатке), а любая часть изображения может быть окрашена в любой, вообще говоря, тон. Как же глаз ухитряется видеть все многообразие красок? Неужели на любом кусочке сетчатки находится бесчисленное множество элементов, призванных реагировать каждый на свой цвет? Вряд ли: уж очень сложно, и тут к месту было вспомнить Уильяма Оккама с его принципом «не плодить лишних сущностей, кроме необходимых».
Вполне логичным поэтому выглядело такое предположение: ощущающих цвет клеток немного, но благодаря их совместной работе возникает ощущение бесконечного богатства красок. Три эфира, упомянутые Ломоносовым, трансформировались у Юнга в три цветоощущающих элемента сетчатки.
Детально это его предположение развил Гельмгольц в своем «Справочнике по психологической оптике», изданном в 1859...1866 гг. в Гейдельберге, где он читал физиологию студентам университета. После чего трехкомпонентная теория Юнга-Гельмгольца вполне утвердилась в науке о зрении.
Сейчас точно установлено, что в сетчатке цветовые фотоприемники – колбочки – именно трех родов: у одних максимальна чувствительность к желтым лучам, у других к зеленым, у третьих к синим. Удалось даже подобраться с измерительным прибором непосредственно к колбочкам сетчатки обезьяны, которая различает цвета почти так же, как человек. Чувствительность колбочек к частоте световых колебаний оказалась очень близкой к той, которая следует из теории трехкомпонентного зрения. Графики ответов занимают обширные области: «размазанность» кривых, перекрывающих друг друга, обеспечивает цветовое восприятие.
Но природа не поставила никаких светофильтров перед фоторецепторами нашей сетчатки. Она сделала хитрее: создала несколько разновидностей светочувствительных пигментов. Каждый из них лучше всего ловит «свои» кванты – минимальные порции света и вообще электромагнитных колебаний.
Глаз человека – система невероятно высокочувствительная. Академик Сергей Иванович Вавилов писал в книге «Глаз и Солнце», что порог раздражения палочек, с помощью которых мы видим ночью, эквивалентен силе света обыкновенной свечи, рассматриваемой с расстояния двухсот километров. Тогда на кусочек сетчатки, где находится примерно 400 палочек, попадает всего лишь шесть – девять квантов.
То есть для срабатывания фоторецептора достаточно одного-единственного кванта, ибо совершенно невероятно, чтобы даже две частицы света попали точно в один и тот же рецептор.
Долгие годы этот результат, к тому же подтвержденный опытами, во время которых глаз действительно ощущал квантовый характер света (ни один прибор не способен похвастать подобной чувствительностью!), казался граничащим с чудом: как ухитрилась природа сконструировать такой механизм? Новейшие исследования дали ответ: влетевший в светочувствительную клетку фотон – это как бы палец, нажимающий на спусковой крючок ружья.
Рис. 52. Молекула ретиналя реагирует на влетевший в нее квант света поворотом ее «хвостика»
В фоторецепторах любого живого существа находится несколько видоизмененный витамин А – ретиналь, вы видите его на рисунке слева (для создания объемности я написал на основной части молекулы ARABIKA). У основной части молекулы есть небольшой хвостик длиной в три атома углерода (он изображен черным цветом и тем же словом). Пока фотон не попал в молекулу, она изогнута так, что хвостик перпендикулярен плоскости, в которой лежат углеродные атомы основной части (картинка А). Квант заставляет хвостик повернуться, молекула становится плоской (картинка В).
В тонких наружных члениках палочек и колбочек молекулы ретиналя прикреплены к плоским дискам, собранным в стопку, словно монеты. Дисков множество, в палочке глаза лягушки, например, их около двух тысяч, на них несколько десятков миллионов молекул ретиналя. У фотона мало шансов проскочить мимо. Какой-нибудь диск да окажется удачливым хозяином ретиналя, поглотившего квант света.
И тогда начинается самое интересное. Стенка наружного членика фоторецептора – мембрана – вместе с окружающей жидкостью представляет собой миниатюрную электростанцию, генератор постоянного тока. Пока квант не попал в фоторецептор, мембрана почти одинаково хорошо пропускает через себя ионы калия и натрия: калий – в клетку, натрий – из клетки(см. верхнее изображение на картинке справа). Каждый ион – носитель электрического заряда, и генератор вырабатывает небольшое, близкое к нулю напряжение.
«Выстрел ружья» сразу меняет картину. В мембране начинает работать насос, резко увеличивающий поток натриевых ионов и, следовательно, напряжение, отдаваемое генератором (нижняя картинка). В итоге внутренние структуры фоторецептора усиливают энергию кванта примерно в два миллиона раз. И экспериментатор видит на экране осциллографа импульс светочувствительной клетки – ответ на попадание фотона. Все это гораздо дольше рассказывается, чем происходит.
Рис. 53. До попадания фотона потоки калия и натрия одинаковы, и потенциал на выходе фоторецептора равен нулю. Ретиналь имеет обычный красный цвет. Однако после попадания фотона ретиналь становится желтым и резко возрастает поток натрия из фоторецептора: образуется мощный электрический импульс, поступающий далее в нервную систему
После «нажатия на спуск» сигнал фоторецептора поступает в нейронные цепи сетчатки через три тысячные доли секунды. Самое же замечательное, что природа остается верна этой схеме процесса в зрительных органах всех животных, от моллюсков до человека.
Вы спросите: а как же три цветочувствительных элемента, если один ретиналь? Тут вмешивается особый белок – опсин. Соединяясь с ретиналем-один (в его шестичленном углеродном кольце всего одна двойная связь), он дает родопсин, присущий высокочувствительным палочкам и наиболее охотно поглощающий световую энергию с длиной волны пятьсот семь микрометров.
Соединяясь же в колбочках с ретиналем-два (у него две двойные связи), опсин превращается в «глубоководный» родопсин (названый так потому, что впервые был обнаружен у рыб), порфиропсин и иодопсин – соответственно в синем, зеленом и желтом фоторецепторах.
Рис. 54. Три вида родопсина, обеспечивающих наше трехцветное зрение
Если какого-то пигмента нет, человек не ощущает соответствующих тонов, становится частично цветослепым. Именно цветовой слепотой страдал английский физик Джон Дальтон, по имени которого и назван дальтонизмом этот недостаток зрения. Открыл его, кстати, у Дальтона не кто иной, как Юнг...
Колбочки, сравнительно малочувствительные, тяготеющие к центру сетчатки («желтому пятну»), работают днем. Палочки, которых в двадцать семь раз примерно больше, – ночью, и поскольку их не три типа и даже не два, никаких цветов различать ни в сумерки, ни ночью не удается. «Ночью все кошки серы», – справедливо говорит пословица.
Зато «ночные» элементы сетчатки чувствительны к ультрафиолетовому свету. Нам, правда, эта способность ни к чему, и хрусталик, словно светофильтр, отсекает ультрафиолет. Но если во время операции хрусталик удаляют и заменяют пластмассовой линзой (эту виртуозную операцию первым в СССР стал делать Станислав Николаевич Федоров, замечательный хирург-офтальмолог, директор Московского НИИ микрохирургии глаза), больные потом читают всю офтальмологическую таблицу в свете ультрафиолетовой лампы! Обычные люди ничего при этом не видят и думают, что их мистифицируют.
Едва квант света попал в ретиналь любого пигмента, тот отделяется от опсина, и пигмент обесцвечивается.
Родопсин, за свой цвет названный зрительным пурпуром, становится светло-желтым, почти совершенно прозрачным.
Такое выцветание интенсивнее в тех местах, где света больше, поэтому на сетчатке возникает как бы фотографический портрет. Подчеркиваю: как бы! Ибо процесс нетороплив, а глаза непрерывно в движении.
Рис. 55. Общая схема превращения родопсина. Слева верху – молекулы родопсина, словно стопка монеток, заполняют верхний членик фоторецептора. После попадания фотона в молекулу ретиналя, «хвостик» поворачивается. А ретиналь меняет свой цвет на желтый. На всё это уходит 0,003 секунды
Впрочем, все это не помешало любителям сенсаций сочинить в конце ХIХ века живучую легенду: якобы на сетчатке мертвеца останется то, что он видит в последний момент, например лицо убийцы. Следователю остается аккуратно вынуть сетчатку (по иной версии, сделать фотоснимок глаза), и портрет преступника у него в руках. Увы, самые тщательные опыты не подтвердили таких рассказов. Жаль, конечно, что природа отказала правосудию в такой веской улике, да что поделаешь...
Но вернемся к теории Юнга-Гельмгольца. Она неплохо объясняет, как из цветов спектра образуются различные краски. Она подсказывает, каким способом можно «обмануть» глаз и показать ему один и тот же цвет, смешивая пары совершенно различных лучей. Для этого нужно только соответствующим образом возбудить различные колбочки. Существует множество комбинаций лучей, воспринимаемых глазом как белый свет: его дадут такие пары, как, например, имеющие длины волн 486 и 590 нанометров (голубой и оранжевый), 467 и 572 нанометра (синий и желто-зеленый), 494 и 640 нанометров (красный и зеленый), и так далее, и так далее... Вместе с тем красный и зеленый лучи могут дать великолепный желтый тон, который, кроме того, легко составить из оранжевого и зеленовато-синего света... Рецептов создания любого цвета, лежащего в средней части спектра, оказывается тысячи. Обо всем этом убедительно говорят учебники. Умалчивают они лишь о том, чего теория не объясняет.
А трехкомпоненная теория плохо объясняет некоторые расстройства зрения. Например, почему некоторые дальтоники видят только синие лучи, а всё остальное – в черно-белом варианте. Ведь белое по этой теории есть результат сочетания трех сигналов от трех типов колбочек, и если это так, должны быть ощущения других цветов. Словом, когда нейрофизиологи смогли подключить к ганглиозным клеткам сетчатки свои приборы и стали освещать ее не белым светом, а разноцветными лучами, оказалось, что сигналы от колбочек есть, только они сочетаются между собой совсем не так, как мыслилось по теории Юнга-Гельмгольца. Что поделать, наука на месте не стоит, и у любой теории есть вершина и спад...
Основываясь на феномене «сине-белых» дальтонических расстройств, известный немецкий физиолог Эвальд Геринг выдвинул в 1874 г. гипотезу, весьма расходившуюся с господствовавшей тогда трехкомпонентной: вместо сложения сигналов основой было вычитание. Геринг утверждал, что в чувствительных элементах глаза находятся три вещества, из которых одно распадается под действием красных лучей и восстанавливается от зеленых, другое претерпевает такие же изменения благодаря синим и желтым лучам, а третье чувствительно к черным и белым. Это казалось нелепостью: вы когда-нибудь видели черный свет? Да к тому же никаких веществ такого рода найти не удалось, а авторитет Гельмгольца, и вполне заслуженно, был высок.
Словом, о гипотезе Геринга вспоминали в учебниках не более как об историческом факте, чуть ли не курьезе. Но судьба почему-то любит неудачников с острым умом. Девяносто лет спустя после публикации работы Геринга вышла из печати статья Роберта Де Валуа и Джорджа Джекобса: ганглиозные клетки сетчатки глаза лягушки работают «по Герингу»!
Помните, мы говорили об обратных связях в сетчатке? Мы увидели там систему, благодаря которой в мозг поступают из ганглиозных клеток сигналы, свидетельствующие не о яркости света на данном участке, а только об отклонениях этой яркости от некоего среднего значения, средней освещенности. Вверх – белый свет, а вниз... иначе как черным его не назовешь!
Такое же положение и с цветовыми сигналами. Цветовые лучи воспринимаются лягушачьей сетчаткой с помощью полей ганглиозных клеток. Но поля эти по своим ответам гораздо сложнее, чем черно-белые. До тех пор, пока никакого света на него не подано, ганглиозная клетка отправляет в мозг сигналы спонтанной активности – редкие, как бы случайные импульсы. Благодаря им даже в полной темноте мы видим не черноту перед глазами, а как бы колеблющуюся серую пелену.
Рис. 56. Цветовые поля наружного коленчатого тела (НКТ между сетчаткой и зрительной корой), «взвешивающие» пары цветов: какого цвета больше? Всего возможно восемь комбинаций: четыре комбинации с ON-центром сложного поля и четыре комбинации с OFF-центром сложного поля. Этим обеспечиваются ответы о перепады яркостей «свет – темнота» и «темнота – свет». Всё это происходит задолго до работы зрительных полей коры
Но вот исследователь начинает проверять поле с зеленым «он»-центром и красной «офф»-периферией (левый верхний рисунок). Дает зеленый свет на центр – спонтанная активность сменяется дробью импульсов: «Есть свет!». Выключает свет – сигналов нет, затормаживается на некоторое время даже спонтанная активность.
С периферией, как и положено, зависимость обратная. Красное световое кольцо угашает спонтанную активность, а выключение света заставляет ганглиозную клетку дать сигнал.
У других трех типов «красно-зеленых» ганглиозных клеток поля имеют либо зеленый «офф»-центр и красную «он»-периферию, либо красный «офф»-центр и зеленую «он»-периферию, либо, наконец, красный «он»-центр и зеленую «офф»-периферию... Уфф! И еще четыре такие же пары существуют для желтых и синих лучей. (У приматов такой работой заняты нейроны коры.)
Нейроны же НКТ лягушачьего мозга предстают в роли «весов», взвешивающих цветовые сигналы. Первый тип возбуждается от красного и тормозится от зеленого, второй тип от красного тормозится, а от зеленого возбуждается. Третий и четвертый типы таким же манером обращаются с голубым и желтым цветами.
Де Валуа обнаружил, что реакция таких клеток НКТ зависит не только от длины волны света, падающего на сетчатку. Клетки отвечают на направление сдвига длины этой волны. Положим, мы исследуем клетку, тормозящуюся от красного и возбуждающуюся от зеленого света. Но сменив освещающий красный луч на желтый, мы все равно получим возбуждение: ведь произошел сдвиг от более длинноволнового, красного света, к более коротковолновому, желтому. Зато если возбуждающий зеленый сменится тем же желтым (сдвиг от коротких волн к длинным), возникнет тормозная реакция.
То есть ответ ганглиозной клетки зависит не от абсолютного значения длины волн, а от длины волны «предыдущего» света. По трехкомпонентной теории такого просто быть не может.
И когда изменяется яркость возбуждающего зеленого света – клетка НКТ отслеживает своим сигналом эти изменения.
Аналогично действуют и другие клетки НКТ такого рода.
Смотрите, какая удивительная получается картина: нейронам безразлично, какова причина «позеленения» или «покраснения» цвета, падающего на поле данной клетки НКТ. Изменилась ли яркость (вышло солнце из-за туч или спряталось), стало ли иным сочетание лучей разных длин волн в спектре (в зените солнце или оно у горизонта со своей алой зарей), – в любом случае реакция нейронов НКТ будет соответствовать только направлению этого изменения. Словно качели в детском саду: Сережа поднимается вверх – Петя опускается...
Однако из «качелей» следует и другой, куда более важный вывод: с помощью рецепторов сетчатки и нейронов НКТ лягушка не в состоянии увидеть цвет. И мы тоже. Самое большее – это отметим, в каком направлении по спектру (от красного конца к фиолетовому или наоборот) изменяется окраска того участка изображения, который попал на поле данного нейрона. Значит, и тут встречаемся все с тем же принципом: цвет «конструируется» в высших отделах мозга, а сетчатка только поставляет для этого «строительные материалы».
Действительно, в 1977 г. ученик Глезера, каунасский физиолог Альгис Бертулис со своими коллегами (а год спустя американец Д. Майкл) обнаружили в затылочной коре обезьяны поля – такие же, какие для черно-белых стимулов нашли у кошек Хьюбел и Визел. Эти новые поля отвечают на всевозможно ориентированные полоски вполне определенного цвета. Оставалось только доказать, что нейроны коры реагируют на цветные решетки – красно-зеленые и желто-синие.
Прямые опыты с нейронами и косвенные – психологические – дали одинаковые по смыслу результаты. Например, испытуемому показывают две решетки: вертикальную красно-черную и горизонтальную сине-черную. Затем появляются вертикальная и горизонтальная черно-белые решетки тех же пространственных частот. Но испытуемый видит... черно-зеленую и черно-желтую! Почему? Потому что по закону последовательного цветового контраста «иллюзорный» цвет является дополнительным к истинному, предыдущему, соответственно работе нейронных «качелей».
Итак, иллюзия. Но мы-то знаем, что любая иллюзия есть отражение нормальной работы зрительного аппарата, нарочно поставленного в непривычные условия.
Так и в опытах Бертулиса и Майкла. Эксперимент удается лишь при равенстве пространственных частот цветной и черно-белой решеток. В противном случае эффекта нет. Цветоощущающие поля коры, настроенные на выделение цветных решеток, работают, по-видимому, так же, как поля лягушачьей НКТ. Если в первой фазе эксперимента они возбуждены и дают сигнал «Цвет есть!», то во второй фазе белый луч выглядит для них уменьшением яркости «их» цвета (ведь белый свет потому и белый, что не имеет резкого преобладания какого-то одного тона). То есть получается «скольжение» по красно-зеленой или сине-желтой оси сигналов. И вместо красного видится зеленый тон, вместо синего – желтый. Все те же «качели»...
Отсюда Глезер и его коллеги по Лаборатории заключают: цветовое зрение формируется благодаря тому, что в затылочной коре, помимо черно-белых полей, осуществляющих кусочное квазиголографическое представление изображений, обязаны быть нейроны, таким же квазиголографическим способом отражающие окраску. Это и есть те самые каналы передачи цвета, существование которых давно уже предполагалось.
Альгис Бертулис обнаружил в 1980...1982 гг. очень интересную их особенность: каналы (то есть составляющие их рецептивные поля) способны передавать только сравнительно низкие пространственные частоты. Это значит – не выше 10 цикл/град, если краски отстоят друг от друга далеко по спектру (скажем, красный и фиолетовый), и всего 2...3 цикл/град, если надо распознавать красный и оранжевый, зеленый и голубой, синий и фиолетовый.
Казалось бы, при таких условиях мы принципиально не в состоянии различать мелкие детали цветных изображений. Но опыты говорят иное. При нормальном освещении четкость цветового зрения около одной угловой минуты, то есть в худшем случае шестикратно, а в лучшем – тридцатикратно выше, чем следует из опытов Бертулиса. Ошибка? Некорректно поставленный эксперимент? Нет, работа безупречна. Просто цветовому зрению помогает черно-белое! Как? Чтобы рассказать об этом, придется вспомнить о некоторых опытах Ярбуса.
Глаза наши все время находятся в движении, но что случится, если их остановить? Для этого Ярбус изобрел в начале 60-х гг. присоску (мы ее уже упоминали) – крошечный проекционный аппаратик, куда можно вставлять картинки, тест-объекты. Аппаратик столь миниатюрен, что сила атмосферного давления «приклеивает» его прямо к глазному яблоку, так что тест-объект оказывается совершенно неподвижным относительно сетчатки. И... спустя одну-две секунды изображение исчезает! Вместо картинки в поле зрения возникает светло-серая пелена, которую можно увидеть, закрыв глаза или попав в темную комнату. Пелена, как мы знаем, – результат спонтанной активности ганглиозных клеток сетчатки.
Куда же девалось изображение? А никуда. Легкий удар кончиком карандаша по тест-объекту – и он вновь возникает, чтобы через секунду опять пропасть. Вот теперь все ясно: удар нарушил неподвижность картинки относительно сетчатки. Выходит, только движение (глаза или картинки, неважно) порождает зрительный образ. Оно принципиально необходимо, чтобы зрение работало. И действительно, стоит ввести перед тест-объектом что-нибудь движущееся, как этот предмет оказывается прекрасно различим на фоне серой пелены – «нуль-цвета», как назвал его Ярбус.
Совершенно неожиданное следствие вытекало из опытов: сам по себе свет еще не обеспечивает видения.
Зрительная система равно отображает «нуль-цветом» и полную темноту, и неподвижность изображения относительно сетчатки. Более того, пусть яркость этого неподвижного тест-объекта сколь угодно велика – глаз этого не заметит. «Даже раскаленная, слепяще яркая нить электрической лампочки становится невидимой», – писал Ярбус. Какой же элемент выключается? Скорее всего, сетчатка. Ведь второй глаз, на котором нет присоски, продолжает все великолепно различать. Значит, после хиазмы все структуры зрительного аппарата, через которые проходят сигналы от обеих сетчаток, действуют нормально. А в глазу с присоской картинка попадает все время на одни и те же фоторецепторы, они воспринимают постоянную, никак не изменяющуюся яркость, хотя нуждаются в ином: чтобы световое воздействие на них было все время разным. Для этого глаза и движутся.
Что случится, если «нуль-цвет» появится на фоне какого-нибудь видимого изображения? Ярбус изготовил присоску, тест-объект которой закрывал лишь часть поля зрения. Испытуемый увидел странную вещь: тест-объект (это была просто белая бумажка) превратился в какого-то хамелеона. Стоило направить взор на зеленый щит, и она становилась зеленой, на фоне красного – красной, в несколько секунд полностью перекрашиваясь и совершенно сливаясь с ним. Бумажку заменили цветной, но это, как и следовало ожидать, совершенно не повлияло на ее «перекрасочные» свойства.
Возникло противоречие. С одной стороны, неподвижный тест-объект обязан вызвать «нуль-цвет» на том участке изображения, куда он проецируется, попадая на <