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 глаз 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 Шерринг-тоном — физиологом, внесшим значительный вклад в анализ спинальных рефлексов, а также Гельмголь-цем; 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. 2). Шеррингтон думал, что сигналы от глазных мышц составляют систему об­ратных афферентаций, поступающих в мозг, когда глаза двигаются, и что они тормозят сигналы дви-

жения, 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 ко-

Централь-, ный блок 'сравнения сигналов

АФФЕРЕНТНАЯ ТЕОРИЯ

Сигналы, идущие от глазных мышц

Сигналы о движении, идущие от сетчатки

Сигналы, идущие к глазным мышцам

ЭФФЕРЕНТНАЯ ТЕОРИЯ

Централь­ный блок сравнения сигналов

Рис. 2. 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

нечностей. 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. Гельм-гольц 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?

ЛКреч,

Р.Крачфилд,

Н.Ливсон

ВОСПРИЯТИЕ ДВИЖЕНИЯ И ВРЕМЕНИ *

Зрительное восприятие движения не объясняет­ся просто реальным физическим движением стиму­лов в окружающей среде. Например, в случае инду­цированного движения, возникающего при относи­тельном перемещении двух объектов, видится дви­жущимся не обязательно именно тот объект, кото­рый движется реально. В случае кажущегося движе­ния имеется вполне убедительное впечатление дви­жения, несмотря на то, что реальное движение во­обще отсутствует. Автокинетический эффект возника­ет, например, при наблюдении в полной темноте единственного неподвижного источника света. Все эти типы "иллюзорного" движения наблюдатель не может отличить от физически реального.

Перцептивная организация всего поля сильно влияет на скорость и направление воспринимаемого движения. Движущиеся объекты часто имеют для нас сложные свойства (например, "причинность"), опи­сываемые психофизическими законами.

Также может изучаться восприятие времени: могут быть определены некоторые факторы, влияю­щие на субъективную длительность данного интер­вала. Например, на восприятие времени влияют ме­дикаменты. Вообще говоря, то, что ускоряет про­цессы в организме, имеет тенденцию ускорять тече­ние времени, а психологические депрессанты име­ют тенденцию замедлять его.

Оценка коротких временных интервалов может отражать работу механизмов, отличных от тех, ко­торые обеспечивают оценку длительных интервалов. В случае коротких интервалов есть тенденция недо­оценивать ничем не заполненные промежутки вре­мени. В случае длительных интервалов точность оцен­ки времени зависит от событий в окружающей среде и состоянии организма.

Зрительное движение

Зрительное восприятие движения — один из са­мых увлекательных разделов психологии восприятия. Как и большинство основных феноменов, восприя­тие движения объектов в окружающей среде, на пер­вый взгляд, не представляет особых проблем. Воп­рос: почему мы видим, как движется объект? Ответ: просто потому, что объект движется и, двигаясь, меняет свое положение в пространстве; поскольку мы замечаем эти изменения, мы "видим" движение. Теперь этот простой ответ вообще не является отве­том. Часто физическое движение не воспринимает­ся, а видимое движение наблюдается там, где пол­ностью отсутствует реальное движение.

* Хрестоматия по ощущению и восприятию / Под ред. Ю.Б.Гиппенрейтер, М.Б.Михалевской. М.: Изд-воМоск. ун-та, 1975. С. 371-385.

Индуцированное движение

Возьмем в качестве примера иллюзорное движе­ние луны за облаками. Он иллюстрирует и то, что реально движущийся объект (облака) может казать­ся неподвижным, и то, что реально неподвижный объект (луна) может восприниматься движущимся. Говорят, что движущийся предмет "вызывает" види­мость движения другого предмета, поэтому мы на­зываем это явление "вызванным", или индуцированным движением.

Чтобы понять его, давайте сначала проанализи­руем стимульную ситуацию. На сетчатке имеются изображения луны и облаков. Поскольку облака при­ближаются к луне, расстояние между их изображе­ниями на сетчатке сокращается. Именно это рассто­яние между двумя проекциями на сетчатке и фор­мирует стимул для восприятия движения.

Если вся информация, которую мы имеем, со­стоит в смещении двух предметов относительно друг друга, то ситуация двусмысленна с точки зрения наблюдателя: в действительности могут двигаться как каждый из объектов в отдельности, так и оба объек­та вместе. Тогда какой же из них будет восприни­маться движущимся? Вообще при наличии логичес­кой возможности восприятия движения любого объекта "двигаться" имеет тенденцию тот, который видится как фигура относительно фона, создаваемо­го другим объектом.

Это можно легко продемонстрировать следую­щим образом. Войдем в затемненную комнату: на стене ее светящиеся контуры прямоугольника, а внутри них световая точка. Прямоугольник и точка сделаны так, что могут двигаться независимо друг от друга. Проведем три эксперимента (см. рис. 1).

■в
	б

Ряс. 1. Триэкспериментальные ситуации, со­здающие эффектиндуцированного движения. Точка и прямоугольник могутдвигаться независимо друг отдруга. Сплошные линии указывают физическое движение, пунктирные - видимое движение: а) ре­ально движется только точка;б) реально движется только прямоугольник;в) реально движутся и точка и прямоугольник.Несмотря на это, во всех случаях воспринимаемое движениеодинаково: кажется, что движется точка, а прямоугольникостается неподвиж­ным. Три различных физическихдвижения имеют своим результатомидентичное восприятие движения. / - действительное движение; 2 - конечное положе­ние и воспринятое движение

Первый: прямоугольник неподвижен, точка мед­ленно движется вправо; при этом точка видится дви­жущейся вправо, а четырехугольник неподвижным. Здесь восприятие соответствует физической ситуа­ции. Второй эксперимент: точка неподвижна, четы­рехугольник движется влево. Теперь восприятие не соответствует реальности, поскольку здесь также на­блюдаются неподвижный прямоугольник и движу­щаяся вправо точка. В третьем эксперименте прямо-

угольник движется влево и одновременно с ним точка движется вправо. И снова испытуемый видит, что пря­моугольник неподвижен, а точка движется вправо.

Мы видим здесь поразительный пример того, как три различных набора физических движений могут приводить к идентичному восприятию. Причина ясна: изменения сетчаточных проекций во всех трех ситу­ациях одинаковы, и в каждом случае "движется" именно точка, поскольку она является "фигурой".

Когда два объекта в одинаковой степени могут быть фигурами, движущимся имеет тенденцию вос­приниматься тот, который фиксируется. Фиксация того или другого объекта может определяться инст­рукцией, ожиданием или установкой. Если в темно­те предъявляются две световые точки, одна над дру­гой, и одна из них движется горизонтально вперед-назад, мы получим ситуацию, в которой может вос­приниматься движение как нижней, так и верхней точки. Если испытуемому говорят, что он смотрит на "метроном", движущейся воспринимается верх­няя точка; если говорят, что это "маятник", ему ка­жется, что движется нижняя точка (см. рис. 2).

«4 ■•■ ■► • <4 ■•- ■►

• <*-•-■► •

Рис. 2. Значение и движение. Объяснение см. в тексте:

1 — действительное движение; 2 — "маятник"; 3 — "метроном"

Для наблюдателя индуцированное движение не­отделимо от "реального". Так же обстоит дело и с так называемым кажущимся движением.

Кажущееся движение

Каждый знает, что полное впечатление движе­ния может возникнуть при быстрой смене неподвиж­ных картин, как это бывает, например, в кино. Та­кое кажущееся движение называют иногда "стробос­копическим движением", или "фи-феноменом". Оно может быть понято как еще один пример временно­го слияния.

Проведем простую лабораторную демонстрацию. Два источника света установлены в нескольких сан­тиметрах друг от друга. Левый включается и выклю­чается; через одну или две секунды другой также включается и выключается. Наблюдатель восприни­мает две следующие одна за другой вспышки света. Если временной интервал между вспышками посте­пенно сокращается, происходит удивительное пер­цептивное преобразование: кажется, что левая све­товая точка движется вправо, пересекая простран­ство, разделяющее эти точки. Наконец, когда вре­менной интервал становится совсем коротким, ощу­щение движения пропадает, и вспышки видятся од­новременно, каждая на своем месте.

При простом изменении временного интервала между стимулами возникают три качественно раз­личных впечатления: последовательность, движение и одновременность. Наиболее замечательно то, что

кажущееся движение совершенно отчетливо запол­няет пустое пространство между двумя стимулами. Естественно предположить, что причиной этого эффекта являются движения глаз. Поскольку глаза движутся от одного стимула к другому, их поворот создает кинестетические сигналы, преобразуемые в восприятие движения. Это предположение легко оп­ровергается тем фактом, что движение можно на­блюдать одновременно в противоположных направ­лениях (см. рис. 3). Больше того, чтобы испытуемый увидел кажущееся движение, совсем не обязатель­но последовательно стимулировать различные точки сетчатки. Рок и Эбенхольц (1962) создали остроум­ную экспериментальную методику, позволявшую их испытуемым монокулярно видеть поочередно вспы­хивающие световые линии как находящиеся в раз­ных местах пространства, хотя при этом возбужда­лась одна и та же область сетчатки. Они получали этот эффект, заставляя испытуемого двигать глаза из одной позиции в другую таким образом, чтобы обеспечивалось фовеальное видение каждой линии. В другом же случае условия подбирались так, что ис­пытуемый не воспринимал линии как пространствен­но разделенные, хотя раздражались различные учас­тки сетчатки. В этом случае испытуемые двигали гла­зами из стороны в сторону так, чтобы поочередно видеть единственную неподвижную вспыхивающую линию то фовеа, то периферией. Таким образом, достигалась последовательная смена участков сетчат­ки при отсутствии реального разделения линий; при этом отсутствовало также восприятие их как нахо­дящихся в разных местах. Кажущееся движение воз­никало только в первых условиях, во вторых же оно никогда не наблюдалось. Это говорит о том, что не­обходимым условием восприятия движения между двумя точками является видение расстояния между ними, а не их сетчаточное разделение.

Рис, 3. Точки под номером / зажигаются одно­временно; спустя секунду одновременно зажигаются точки 2 Наблюдатель одновременно видит справа движение точки вверх,а слева — движение точки вниз

Условия, влияющие на появление кажущегося движения, могут быть выражены в нескольких обоб­щенных предложениях, касающихся особенностей стимулов и отношений между ними.

Но нам абсолютно неясны специфические ме­ханизмы, ответственные за кажущееся движение; мы не можем также сказать, является ли этот феномен врожденным или приобретается в процессе науче­ния. Есть данные, подтверждающие обе точки зре­ния. Например, Рок, Таубер и Хеллер (1965), исполь­зуя тот факт, что рыбы имеют тенденцию плыть в направлении вращения барабана, показали, что но­ворожденные гуппи спустя несколько минут после

рождения делают то же самое, если их поместить внутрь неподвижного барабана, который только ка­жется вращающимся. Это кажущееся вращение со­здавалось последовательным включением вертикаль­ных столбиков вдоль стенок барабана: единственная светлая колонка, двигаясь вокруг барабана, создава­ла иллюзию его вращения. Когда направление кажу­щегося движения менялось (сменой последователь­ности выключения), рыбы меняли направление сво­его движения. Этот эффект наблюдался у всех но­ворожденных гуппи во всех пробах тогда и только тог­да, когда скорость смены столбиков была умеренной. Ни одна рыба, однако, не обнаружила никакого эф­фекта, если скорость смены светящихся столбиков была очень большой или очень маленькой. Как извест­но, то же самое наблюдается и при фи-феномене.

Смысл этих результатов в том, что новорожден­ные гуппи, в самом деле, воспринимают кажущееся движение и поскольку у них нет предварительного зрительного опыта (они содержались в темноте с рождения до момента испытаний), это восприятие должно иметь врожденную основу. Те же исследова­тели предположили, что новорожденные дети тоже могут воспринимать кажущееся движение. Но демон­страция врожденных основ данного феномена не устраняет возможности его модификации по мере приобретения опыта. Например, намного труднее воспринимать кажущееся движение между двумя объектами, имеющими разную форму. Причина в том, что движение в такой ситуации гораздо хуже осмысливается. Точ и Ительсон (1965) приходят к аналогичному выводу, а именно, что направление кажущегося движения зависит от значения исполь­зуемых стимулов.

Кажущееся движение обнаружено также в дру­гих сенсорных модальностях, например, в осязании. Если с подходящей скоростью поочередно прика­саться к двум точкам кожи, создается ощущение движения стимула из одной точки в другую. Два щелч­ка, подаваемые на разные уши через короткий про­межуток времени, могут восприниматься как один щелчок, движущийся сквозь голову.

Автокинетическое движение

При определенных условиях единственный не­подвижный стимул может также восприниматься движущимся. Когда мы смотрим на светящуюся точ­ку — единственный видимый стимул в темной ком­нате, - мы замечаем удивительную вещь. Кажется, что неподвижная точка движется то в одном, то в другом направлении, иногда медленно, иногда очень быстро. Если мы рассматриваем ее длительное вре­мя, она может совершать широкие размашистые дви­жения или странные резкие скачки. Амплитуда дви­жений может быть довольно большой. Если держать вытянутый палец в направлении движущейся точ­ки, воспроизводя ее движение, и внезапно зажечь свет, можно обнаружить, что палец отклонился на 30° от настоящего положения точки. Знание того, что точка на самом деле неподвижна, не нарушает эффекта. Больше того, движение видится как "ре­альное". Наивный испытуемый искренне верит, что в данный момент точка движется физически; инфор-

мированный испытуемый верит в неподвижность точки с большим трудом.

Этот эффект известен как автокинетическое (самогенерируемое) движение. Основным стимуль-ным условием его возникновения является отсутствие зрительного окружения световой точки. Как только в зрительное поле вводятся другие изображения, например, линия, другие точки и т.п., автокинети­ческий эффект заметно уменьшается. Если мы еще более структурируем зрительную стимуляцию, на­пример, увеличим освещенность комнаты, так что станут видны все ее детали, то эффект полностью исчезает, и точка увидится неподвижной. Летчики во время ночных полетов испытывают автокинети­ческую иллюзию в отношении удаленных сигналь­ных огней и даже огней на других самолетах. Многие из них придумывают способы поддержания стабиль­ности системы отсчета, например, сопоставляют удаленный объект с краями окон кабины, для того чтобы поддерживать верную ориентацию.

Полное объяснение автокинетического движе­ния еще не дано. Играют роль движения глаз, хотя они и не обнаруживают заметной тенденции опре­делять направление автокинетического движения. Мэтин и Мак-Киннон (1964) сообщают, что авто­кинетическое движение фактически исчезает, если во время движений глаз не происходит смещения изображения по сетчатке (это достигается техникой частичной стабилизации изображения). Играют роль также различные позы тела; на направление и раз­мах автокинетического движения могут в значитель­ной мере влиять положения глаз, головы, шеи, ту­ловища по отношению к нормальной оси зрения. Таким образом, мы видим, что на зрительное вос­приятие влияет кинестетическая чувствительность. Это еще один пример взаимодействия систем раз­ных модальностей.

Больше того, поскольку оптическим условием данного движения является простое "неструктури­рованное" или слабо структурированное стимульное поле, можно ожидать, что фактор установки вос­принимающего субъекта будет оказывать очень боль­шое влияние; это и происходит на самом деле. Ше­риф (1935) показал, что на количество восприни­маемого движения влияют высказывания других людей. С помощью соответствующей инструкции можно даже достичь того, что испытуемому будет казаться, что траектория движения точки имеет фор­му цифр или других осмысленных фигур.

Организация и движение

На воспринимаемое направление вызванного кажущегося или реального движения сильно влия­ют факторы перцептивной организации. Мы уже на­блюдали это на примере вызванного движения и на примере кажущегося движения. Рис. 4 иллюстрирует значение факторов организации в реальном движе­нии. <...>

Движение может восприниматься в очень широ­ком диапазоне скоростей. Конечно, скорость неко­торых физических движений настолько мала, что мы не можем их обнаружить (например, рост листьев), скорость же других настолько велика, что мы вооб-

\

Рис. 4. Наклонная линия под углом 45° движет­ся в зрительном поле (а). Когда она наблюдается че­рез отверстие так, что видна только ее часть, кажу­щееся направление движения, указанное пунктир­ными стрелками, полностью определяется формой отверстия. На рис. б движение кажется горизонталь­ным, на рис, в - вертикальным в соответствии с глав­ными направлениями краев отверстий. На рис. г дви­жение направлено направо вниз под углом 45°. Но если предъявить группу круглых отверстий, распо­ложенных горизонтально (как это показано на рис. д), а линия позади них будет поочередно их пересекать, то воспринимаемое движение будет иметь горизон­тальное направление

ще не видим движения (например, пули, вылетаю­щей из винтовки). В диапазоне воспринимаемых ско­ростей видимая скорость движения не определяется только реальной физической скоростью. Здесь также огромную роль играют факторы перцептивной орга­низации. Зрительный контекст может подчас приве­сти к большим ошибкам в оценке скорости.

На рис. 5 показаны стимульные условия, при которых две объективные скорости должны силь­но отличаться, чтобы воспринимаемые скорости были равны. Обычно, однако, человек точно оце­нивает скорость и обнаруживает ускорение (из­менение скорости).