В теории эти посылки звучат разумно, но на практике им еще нужно найти убедительные соответствия. Иногда подобного рода задачи могут быть решены с помощью метода удовлетворения ограничений, с которым мы сталкивались в главе 2, когда говорили про куб Неккера и речь с акцентом. Когда головоломку нельзя решить всю за один раз, приходится держать в уме несколько вариантов для каждой ее части, сравнивать варианты для разных частей головоломки и выяснять, какие из них взаимно состоятельны. Этот процесс можно сравнить с тем, как мы разгадываем кроссворд, пользуясь карандашом и ластиком. Часто бывает так, что задание для слова по горизонтали настолько неясно, что можно карандашом вписать несколько разных слов, и то же самое можно сказать про слово по вертикали. Но если окажется, что только у одного из вариантов слова по горизонтали есть общая буква с одним из вариантов слова по горизонтали, эту пару слов мы сохраняем, а остальные стираем. Вообразите, что мы сделаем то же самое для всех определений и клеток кроссворда одновременно, и получите представление о том, что такое метод удовлетворения ограничений. В случае с решением проблемы соответствия в стереоскопическом зрении определения слов – это точки, варианты – это найденные соответствия и их удаление, а три исходных положения о мире – это правила: каждая буква каждого слова должна занимать одну клетку, в каждой клетке должна быть буква, все последовательности букв должны складываться в слова.
Поиск допустимого решения можно иногда осуществить и с помощью сети ограничений наподобие той, которую я представил на с. 124. Марр вместе с нейробиологом-теоретиком Томазо Поджо разработали подобную сеть для стереозрения. Входные узлы соответствуют элементам изображения – таким, как черные и белые квадратики случайно-точечной стереограммы. Они подаются в совокупность узлов, которые представляют собой все множество (п х п) соответствий между точкой на сетчатке левого глаза и какой-либо другой точкой на сетчатке правого. При возбуждении одного из этих узлов сеть делает предположение, что в мире есть некое пятно, расположенное на определенном удалении (от точки схождения линий взора). Ниже приводится общий план сети, на котором показана лишь некоторая часть узлов
[251].
Модель работает следующим образом. Узел возбуждается только в том случае, если получает одинаковые входные данные с обоих глаз (черный или белый), реализуя первое исходное положение (каждая точка на сетчатке привязана к той или иной поверхности). Поскольку все узлы взаимосвязаны, активация одного из узлов приводит к активации соседних узлов нижнего или верхнего уровня. Узлы, соответствующие разным парам элементов, лежащим на одной линии взора, тормозят друг друга, реализуя второе исходное положение (совпадающие точки не должны располагаться на одной линии взора). Узлы, соответствующие соседним точкам, расположенным на примерно одинаковом удалении, возбуждают друг друга, реализуя третье исходное положение (вещество образует единое целое). Возбуждение распространяется на другие узлы сети, и в конечном итоге сеть стабилизируется, причем возбужденные узлы образуют объемный контур. На схеме закрашенные узлы изображают контур, выступающий над фоном.
Метод удовлетворения ограничений, при котором тысячи процессоров делают предварительные предположения и сравнивают свои догадки друг с другом до тех пор, пока не будет найдено единое решение, соответствует общему понятию о том, что работа мозга основана на параллельных вычислениях взаимосвязанных процессоров. Он отражает в некоторой степени и психологический аспект. Когда мы смотрим на сложную случайно-точечную стереограмму, мы зачастую видим спрятанную в ней фигуру не сразу. Сначала из покрытого точками фона может показаться краешек фигуры, потом с нее словно постепенно снимается пелена, проясняется и выпрямляется размытая граница на противоположной стороне, и так до тех пор, пока не станет видно единое изображение. Мы ощущаем, как постепенно появляется решение, но не ощущаем сложной работы процессоров, которые пытаются его найти. Подобные случаи напоминают о том, что за каждым моментом, когда мы видим и думаем, скрываются десятки циклов обработки информации, проходящие на неосознаваемом уровне.
Модель Марра – Поджо позволяет передать общую суть того, какие вычислительные процессы в мозге стоят за стереозрением. Тем не менее реальные схемы вычисления значительно сложнее. Эксперименты показывают, что когда люди оказываются в искусственных условиях, где нарушены исходные посылки об уникальности и ровной поверхности, они видят не так плохо, как можно было ожидать, исходя из данной модели. По-видимому, мозг использует дополнительные виды информации для решения проблемы поиска соответствий. Во-первых, мир не состоит из случайных точек. Мозг способен найти соответствия для диагонали, пересечения линий, зигзага, кляксы или любой другой закорючки на сетчатках двух глаз (а таких элементов имеется множество даже на случайно-точечной стереограмме). Для закорючек гораздо реже находятся неправильные соответствия, чем для точек, поэтому количество соответствий, которые необходимо исключить, резко сокращается.
Другая хитрость поиска соответствий заключается в использовании еще одного следствия обладания двумя глазами – геометрической закономерности, замеченной еще Леонардо: есть части объекта, которые видит один глаз, но не видит другой. Поднимите перед собой вертикально ручку так, чтобы ее зажим был повернут от вас на одиннадцать часов. Закрывая по очереди то левый, то правый глаз, вы заметите, что зажим видит только левый глаз; от правого глаза он скрыт остальной частью ручки. Можно ли сказать, что естественный отбор, конструируя наш мозг, проявил такую же проницательность, как и Леонардо, намеренно дав ему этот ценный источник информации о границах объекта? Или наш мозг игнорирует эту подсказку, считая любое подобное несоответствие исключением из правила о том, что материя образует единое целое? Психологи Кен Накаяма и Синсукэ Симодзэ доказали, что для естественного отбора эта подсказка была существенна. Они создали случайно-точечную стереограмму, в которой информация о глубине изображения была заложена не в смещенных точках, а в точках, видимых только одному глазу и не видимых другому. Эти точки располагались по углам воображаемого квадрата, причем точки в верхнем и нижнем правых углах были видны правому глазу, а точки в верхнем и нижнем левых углах – левому. Глядя на эту стереограмму, люди видели парящий над фоном квадрат, определяемый этими четырьмя точками, что свидетельствует о том, что мозг действительно интерпретирует элементы, видимые только одному глазу, как элементы контура фигуры в пространстве. Накаяма и психолог Бартон Андерсон высказывают предположение, что есть специальные нейроны, чья цель – обнаруживать подобные явления; они реагируют на пару точек на сетчатке первого глаза, одна из которых может быть соотнесена с точкой на сетчатке второго глаза, а другая – не может. Эти детекторы трехмерного изображения помогают стереозрению сфокусироваться на границах «всплывающих» над фоном участков изображения
[252].
