Прозорливый разум
Если вам случилось оказаться на каком-нибудь пляже в Новой Англии между полнолуниями в мае и июне, вы вполне могли наблюдать замечательное явление: спаривание атлантических мечехвостов (также: краб-подкова) Limulus polyphemus. В течение всего года эти крабы живут в океане, но в положенное время тысячными толпами устремляются на песчаный берег, чтобы найти пару и отложить яйца. В одну из ночей 2012 г. волонтеры насчитали на побережье залива Делавэр 157 016 спаривающихся особей крабов (25).
Эту массовую брачную церемонию мечехвосты совершают уже более 450 миллионов лет; чтобы читателю было легче представить себе, что такое 450 миллионов лет – это в 2250 раз дольше, чем существует современное человечество. Чем же объясняется поразительная долговечность этого вида животных? Каковы их возможности и что такое происходит в их мозге, что позволяет этим способностям реализоваться?
В 1967 г. физиолог Холден Хартлайн за свои работы по этой тематике получил Нобелевскую премию (26). Случается, что вполне обыденные обстоятельства приводят к замечательным научным открытиям. Хартлайн работал в Университете Пенсильвании, расположенном недалеко от пляжей Восточного побережья. Это позволяло ему запросто выйти на берег между майским и июньским полнолуниями и собрать столько образцов, сколько он мог унести с собой в лабораторию.
Относительно простое строение мозга у Limulus позволяет ученым почти точно определять, чем он занимается. Как мы уже видели в предыдущей главе, работу мозга, вообще говоря, понять непросто. Большая часть функциональных свойств человеческого мозга из-за его сложности на сегодняшний день так и остается полной загадкой. Простота мозга Limulus делает его прекрасным объектом для изучения физиологии мозга. В настоящее время его мозг по-прежнему является одной из самых понятных нейронных систем в природе. У мозга Limulus несколько функций, и наиболее значительная из них – это визуальное восприятие. именно ему в основном была посвящена работа Хартлайна.
У Limulus два глаза сложной конструкции, расположенных по обе стороны панциря. Каждый глаз состоит примерно из 800 светочувствительных элементов, именуемых омматидиями. Под воздействием света каждый омматидий посылает мозгу сигнал, соответствующий интенсивности светового воздействия. Таким образом, система визуального восприятия, по существу, создает карту интенсивности света, поступающего в глаз.
Ключевое открытие Хартлайна состояло в том, что эта карта в мозгу Limulus не обеспечивает совершенного отображения света, поступающего извне. Наоборот, информация об интенсивности света изменяется в соответствии со строгой процедурой. Если от одной области глаза поступает сильный сигнал, то сигналы от других близких к ней областей подавляются. Этот процесс называется латеральным торможением. Основной результат латерального торможения состоит в усилении контраста в поступающей визуальной информации, чтобы светлые области более четко отличались от темных. Это похоже на действие алгоритмов обработки сигналов, которые используются для восстановления старых изображений или видеоматериалов, выцветших или с течением времени утративших контрастность. Конкретно для Limulus результат латерального торможения состоит в том, что контраст между зоной интенсивного света и сопредельными областями на карте интенсивности светового воздействия в его мозгу увеличивается.
Исследование Хартлайна вызвало множество новых вопросов, но, пожалуй, самый острый из них – для какой цели у Limulus выработалась эта способность? Что хорошего в способности увеличивать контрастность приходящих визуально воспринимаемых сигналов?
В 1982 г. группа, руководимая учеником Хартлайна Робертом Барлоу, провела эксперимент, который позволил частично ответить на этот вопрос. Весь ход эволюции показывает, что нет более важного действия, чем спаривание (и мы знаем людей, которые с этим полностью согласны). Выводы Барлоу свидетельствуют о том, что латеральное торможение зрительной системы Limulus имеет решающее значение для нахождения партнера (27). Сотрудники Барлоу сделали цементные панцири, различные по форме и цвету, и разложили их на берегу во время брачного периода. Как и в случае с венериными мухоловками, в смысле интеллекта самцы мечехвостов оказались отнюдь не гениями. Они раз за разом настойчиво пытались спариваться с цементными панцирями. Но важно отметить, что их романтические поползновения при этом были направлены в основном на панцири, по форме походившие на женские, а также резко контрастировавшие по цвету с песком. Это говорит о том, что найти пару помогает зрение; именно оно позволяет определять объекты, наиболее сходные с женскими особями мечехвостов.
Представьте себе самца мечехвоста, который выкарабкивается на берег. Его первейшая цель – быстро найти подходящую женскую особь. Скорей всего, он никогда прежде не видел этой части берега. Солнца может не быть, погода может быть облачной, на берегу могут лежать водоросли и коряги. С той же целью на берег устремляется множество других самцов, причем число мужских особей существенно превышает число женских. Поэтому способность быстрой идентификации свободной самки и оперативного перемещения к ней определяет успех или неудачу репродуктивного процесса у данного самца.
Таким образом, выгода от латерального торможения становится очевидной. Увеличение контрастности делает привлекательные темные панцири самок более заметными на общем смешанном фоне. Мужские особи, у которых это свойство выражено сильнее, будут иметь больше шансов на успех.
Глаз мечехвоста обрабатывает поступающую извне информацию, оптимизируя ее применительно к поиску брачного партнера. Эта способность перерабатывать информацию помогает крабу четче ориентироваться и в гораздо меньшей степени зависеть от таких факторов, как погода, наличие или отсутствие солнечного освещения или водорослей на берегу. Это помогает мужской особи идентифицировать женскую даже в неблагоприятных визуальных условиях. Однако самца мечехвоста все-таки нетрудно обмануть крашеным бетоном, потому что его аппарат распознавания уж слишком примитивен. Все то, что выглядит как женская особь, и воспринимается им как женская особь.
По мере увеличения и усложнения мозга его реакции все меньше напоминают такое примитивное восприятие внешних воздействий. Чтобы было понятнее, о чем речь, давайте рассмотрим вопрос о распознавании лиц. Люди распознают лица чрезвычайно эффективно. Между тем с точки зрения обработки информации это весьма непростая задача. Если говорить совсем уж грубо, мы ведь все в общем-то похожи друг на друга. Все мы имеем примерно одинаковые «габариты», у всех у нас (ну, почти у всех) по два глаза, один нос, один рот, и расположены они примерно одинаково. Тем не менее мы способны распознавать знакомые лица среди тысяч других по едва уловимым различиям. Заметим, что задача дополнительно осложняется тем, что мы должны уметь узнавать одно и то же лицо в совершенно разных условиях. Каждый раз, когда мы видим конкретное лицо, оно иначе расположено в нашем поле зрения, на нем может быть другой макияж или другая растительность, оно может быть по-другому освещено, и светотени на нем могут располагаться совершенно по-другому. Если бы наше сознание пыталось распознавать лица, основываясь лишь на визуальной информации, просто поступающей через наши глаза, наверное, мы бы так и не научились этому.
