Джон Фарндон - Вопрос на засыпку. Как заставить мозги шевелиться

Б о льшую часть времени мы даже не замечаем его, потому что видим перед глазами одну общую картинку. Но попробуйте провести вот такой эксперимент: поднесите к лицу два пальца, так чтобы один находился на некотором расстоянии перед другим, посмотрите на тот, что расположен ближе к лицу, затем закройте один глаз, а потом откройте его и закройте второй. Вы заметите, что тот палец, который находится дальше от лица, резко поменяет положение. Если же вы разведете пальцы и посмотрите между ними на дерево вдалеке, то вместо двух пальцев увидите четыре.

Такое явление называется диспаратностью. Удивительно, что наш мозг умеет совмещать две слегка не соответствующие друг другу картинки в одну и придавать ей глубину. Эту функцию нашего мозга еще называют парадоксом Леонардо, потому что великий гений эпохи Возрождения никак не мог понять, почему изображения, которые мы видим каждым из глаз, различаются, но при этом общая картина остается цельной. Тем не менее он сознавал, что такое строение глаз позволяет нам видеть мир в трех измерениях, то есть воспринимать объемные объекты, а не плоские изображения, и отчаянно пытался создавать картины, которые бы отражали такое в и дение мира.

Откуда Леонардо было знать, что именно объединение двух разных изображений в мозгу дает нам объемное зрение и возможность увидеть глубину? Этот факт удалось доказать в ходе простого эксперимента, проведенного в 1838 году английским физиком Чарльзом Уитстоном. Он изобрел устройство, названное зеркальным стереоскопом и позволявшее фиксировать изображения, которые испытуемый видел правым и левым глазом. Уитстон просматривал пары картинок, слегка различавшихся между собой, сначала отдельно, а затем совместно, каждую своим глазом, – во втором случае он видел, что они внезапно превращаются в трехмерное изображение.

Исследования, проведенные в 1960-х годах Дэвидом Хьюбелем и Торстеном Визелем, показали, что изображения, которые создаются на сетчатке обоих глаз, регистрируются в одном и том же месте в мозгу. Так они накладываются друг на друга, и возникает тот единый, цельный образ окружающего мира, который мы видим каждый раз, открывая глаза. Чуть позже австралийские ученые Джек Петтигрю, Хорас Барлоу, Колин Блэкмор и Питер Бишоп обнаружили, что наш мозг также регистрирует мельчайшие различия в изображениях, которые мы видим правым и левым глазом, и что именно эти различия придают нашему в и дению трехмерный эффект.

Чем ближе к нам расположен объект, на который мы смотрим, тем сильнее будет проявляться трехмерный эффект, потому что различий между двумя картинками в данном случае окажется больше. С увеличением расстояния уменьшается наша способность видеть объем предметов. Лабораторные эксперименты показывают, что эффект трехмерного изображения должен работать на расстоянии до 2,7 километра, но в действительности радиус его максимального проявления составляет 200 метров.

Бинокулярное зрение – это не единственный инструмент, который мы используем, чтобы оценить расстояние. При формировании своего в и дения мира мы также учитываем перспективу, смену фокуса и некоторые оптические явления (например, тот факт, что предметы, располагающиеся за другими, видны нам лишь частично). Поэтому нельзя сказать, что человек с одним глазом будет воспринимать расстояния неверно. Мы так привыкли к трехмерному зрению, что можем закрыть один глаз и все равно видеть окружающие предметы объемными. Для тех людей, которые всю жизнь имели только один глаз, это может оказаться несколько сложнее.

Удивительно и то, как идеально синхронизировано движение наших глаз. Для того чтобы мы постоянно видели мир как единое целое, изображения на обеих сетчатках должны быть идентичными, за исключением небольших различий, обусловленных точкой наблюдения. Изменения в таких изображениях должны происходить одновременно, вместе с движением глаз. Сетчатка имеет небольшие размеры, поэтому даже крошечное расхождение способно испортить всю картину. Горизонтальные движения глаз называются содружественным поворотом. На самом деле, когда мы рассматриваем что-то, находящееся перед нами, наши глаза постоянно автоматически двигаются из стороны в сторону – незаметно для нас. Такое явление называется саккадами, или скачкообразными движениями, и это самые быстрые движения в нашем организме – каждую секунду человеческий глаз в совокупности охватывает 900°.

Помимо горизонтального движения, наши глаза умеют легко фокусироваться на одном предмете, когда мы поворачиваем голову. Кроме того, они могут быстро двигаться в противоположных направлениях, чтобы заметить объекты, находящиеся далеко или близко к нам. Когда ваши глаза фокусируются на объекте, расположенном поблизости, они поворачиваются друг к другу. Такое движение называется конвергенцией. Если же вы рассматриваете что-то вдалеке, происходит дивергенция, то есть взгляды обоих глаз немного расходятся. Если конвергенция становится слишком сильной, человек выглядит косоглазым, но подобное случается редко.

Для того чтобы наши глаза могли совершать содружественный поворот, конвергенцию и дивергенцию с абсолютной точностью, глазные мышцы должны иметь идеальную координацию. Впрочем, одного контроля со стороны мышц тут недостаточно. Импульсы, управляющие движениями глазных мышц, поступают прямо из мозга, из определенных участков лобной доли, называемых глазодвигательными полями. Они регистрируют изображения, поступающие на сетчатку, и отправляют координирующие сигналы глазным мышцам.

Сегодня, когда мы понимаем, как работает бинокулярное, или объемное зрение, мы научились имитировать его, демонстрируя глазам зрителя два изображения, имеющие небольшие различия, как делал Уитстон в своем знаменитом эксперименте. В наше время стали популярны 3D-фильмы, снятые двумя камерами, которые располагаются на небольшом расстоянии друг от друга. Однако для того чтобы увидеть обе картинки отдельно друг от друга, зрителям требуются специальные очки, так что эта технология пока далека от совершенства. Кроме того, расстояние между двумя линзами камер должно быть очень точно рассчитано при помощи специальных уравнений, иначе картинка не получится цельной.

Можно сказать, что бинокулярное зрение – это одно из наших главных эволюционных преимуществ. Направленный вперед взгляд, умение определять расстояние, способность точно синхронизировать движение глаз и рук (например, вдевать нитку в иголку или поражать копьем бегущую добычу) – все это зависит от уникального строения наших органов зрения. Конечно, у других приматов такое преимущество тоже имеется, но люди смогли извлечь из него максимальную пользу.