Три различных типа так называемых колбочек в глазу различают красный, зеленый и синий цвета при ярком освещении. Эти нейроны посылают все более сильные сигналы по мере того, как интенсивность цвета растет. Другие цвета создаются при помощи комбинации различных уровней активности этих трех типов клеток. Этот процесс напоминает создание множества оттенков цветов при помощи смешивания основных красок. Однако основные цвета различаются, поскольку цвет смешивается не так, как краски. (Для примера положите вместе красный и зеленый пластик и посветите на них одновременно парой фонариков в одну точку — вы увидите желтый цвет. При смешивании красной и зеленой краски результат будет сильно отличаться — коричневый.) Палочки — четвертый тип клеток — различают интенсивность света при сумрачном освещении, однако не связаны с цветовым зрением. Именно поэтому вы не можете хорошо различать цвета при романтическом освещении. Палочки и колбочки взаимодействуют с другими нейронами сетчатки, что позволяет сделать дополнительные выводы о видимом объекте. Например, клетки сетчатки, расположенные на выходе, несут информацию об относительной яркости света по сравнению с соседней областью, а не об абсолютной яркости каждого пикселя. Затем эта информация посылается в зрительный центр мозга, а также в области, контролирующие движения глаз и головы.
Знаете ли вы? Исследования на животных и «ленивый» глаз
Одним из лучших примеров того, как эксперименты на животных могут оказать неожиданную пользу человеческой медицине, является изучение зрительного восприятия.
Поскольку два глаза находятся в различных частях головы, они видят мир с несколько разных углов. Это создает проблему для развития мозга: чтобы создать связную картинку, мозгу требуется собрать воедино информацию, полученную из обоих глаз, относящуюся к одному и тому же изображению. Заранее определить эту разницу в восприятии глаз сложно, поскольку размер головы у всех разный и расстояние между глазами меняется с ростом человека. Поэтому мозг обучается делать это, сочетая поступающую одновременно из каждого глаза информацию и предполагая, что она относится к одному и тому же изображению. Если животное смотрит одним глазом а юном возрасте, то этого обучения не произойдет, так как почти все зрительные нейроны в мозге будут переносить сигналы только из одного глаза. Если животное теряет зрение одним глазом в определенном возрасте (у кошек это приблизительно первый месяц после рождения, у людей — позднее), то мозг обучается интерпретировать информацию, полученную только из другого глаза. Этот паттерн не может быть изменен позднее в жизни. Дэвид Хьюбел и Торстен Визел получили за открытие этого процесса Нобелевскую премию.
Дочка нашего друга страдает косоглазием {то, что люди иногда называют «ленивый глаз»), что бывает у 5% детей. У нее проблемы с контролем движений одного глаза, в результате чего тот часто смотрит в направлении, отличном от первого. Двадцать лет назад подобное состояние лечили, заклеивая хороший глаз (чтобы тренировать плохой глаз видеть лучше). Благодаря исследованиям на животных, имевшим чисто научный интерес, мы теперь знаем, что такой способ лечения— не очень хорошая идея: заклеивание одного глаза нарушает развитие мозга, поскольку он не обучается обрабатывать информацию из двух глаз одновременно.
Вам требуются данные из обоих глаз, чтобы правильно оценить расстояние. Если вы закроете один глаз, а затем откроете его и закроете другой, вы заметите, что разница между близкими объектами больше, чем между далекими. Дети, выросшие с заклеенным глазом, не могут сравнивать информацию из обоих глаз, и у них возникают трудности с восприятием глубины во взрослом возрасте. Например, им невероятно сложно вдеть нитку в иголку. Благодаря экспериментам на животных, дочь наших друзей лечат с помощью новой обучающей процедуры, которая позволит ей контролировать мускулы своего глаза без вмешательства в ее способность позднее полноценно видеть трехмерный мир.
На каждом этапе нейроны создают карту визуального мира, и информация из соседних областей видимой сцены представлена в виде импульсов нейронов, соседствующих друг с другом в конкретной визуальной области мозга. Это напоминает фотографию: точки, находящиеся рядом в реальности, соседствуют и на снимке этого объекта. Подобная организация облегчает нейронам, представляющим соседние части визуального образа, взаимодействие, когда они пытаются понять свое место в объекте.
Мозг должен начинать с определения яркости каждой части объекта, создающей визуальный образ. Вам это может показаться простой задачей: нужно лишь определить, какой уровень активности вырабатывается нейроном, передающим информацию с определенного участка объекта. На самом же деле это очень сложно, поскольку активность нейронов зависит от количества света, который попадает в глаза, что может заметно отличаться от характеристик объекта и с соотношением света и тени в реальности. Тот же объект может выглядеть по-разному на ярком солнце, под настольной лампой и при частичном нахождении в тени. Рисунок ниже демонстрирует, что к тому моменту, когда вы осознаете, что видите этот предмет, ваш мозг в действительности провел большое количество допущений по поводу объекта, на который вы смотрите.
На фигуре слева ясно видно, что квадрат А темнее квадрата В. Или это не так? Рисунок справа четко показывает, что оба квадрата имеют один и тот же оттенок. Не верите? Вырежьте из бумаги фигуру, чтобы она закрывала лишние квадраты на левом рисунке, и проверьте.
Вы когда-нибудь видели, как собака двигает головой вперед и назад, пристально глядя на что-то? Многие животные пользуются этим способом, чтобы определить расстояние до объекта. Те объекты, что поближе, начинают больше перемещаться из стороны в сторону, а те, что подальше, — меньше. Мозг вычисляет глубину видимого объекта с помощью многих подсказок — и порядочной дозы допущения. Например, глубина может быть вычислена при сравнении восприятия обоих глаз или путем определения того, какие объекты находятся впереди других. Дорога из гравия, уходящая вдаль, обладает двумя ярко выраженными параметрами: при удалении камушки кажутся мельче, а края дороги — расположенными ближе друг к другу. Мозг также может воспользоваться размером знакомых ему предметов для определения величины других.
Кроме того, мозг принимает решение автоматически и исходя из определения того, какие именно объекты находятся в поле зрения. У Майка Мэя было немало трудностей с опознаванием объектов. Он мог объяснить различие между треугольником и квадратом, разложенными раздельно на столе, но он не мог понять, сколько человек изображено на фотографии. Фонари на аллее создавали изображение поперечных полос яркого света и тени, которые он не мог отличить от лестницы. После операции его жене приходилось снова и снова напоминать ему, чтобы он не глазел на женщин, поскольку он не мог составить себе о них впечатление после быстрого бокового взгляда, которым пользуется большинство мужчин. В некоторой степени он научился с помощью интеллекта различать и понимать то, что видит, однако для него этот процесс никогда не будет таким же быстрым и легким, как для нас.
