Дэвид Хьюбел - Глаз, мозг, зрение

При создании этой книги я намеревался описать то, что нам известно об анатомии и физиологии путей зрительной системы вплоть до стриарной коры. Сведения, которыми мы ныне располагаем, — это, по-существу, лишь первые плоды наших попыток понять физиологическую основу восприятия, лишь начало увлекательной повести, следующие главы которой еще только-только просматриваются; со средней дистанции мы можем видеть лишь главные горные хребты, конец их — за пределами видимости.

Стриарная кора — всего только первая из более чем дюжины отдельных зрительных зон, в каждой из которых представлено все поле зрения. Вместе эти зоны образуют подобие лоскутного одеяла, которое покрывает затылочную кору и простирается вперед на заднюю височную и заднюю теменную кору. Начиная со стриарной коры, каждая зона снабжает информацией две или несколько вышележащих (в смысле иерархии) зон, а связи между ними топографически организованы так, что любая данная зона, подобно стриарной коре, содержит упорядоченное отображение поля зрения. Восходящие связи предположительно передают зрительную информацию из одной области в другую для дальнейшей обработки. Наша задача состоит в том, чтобы для каждой из этих зон выяснить, каким образом здесь обрабатывается информация, — та же задача, с которой мы сталкивались ранее, интересуясь, что делает стриарная кора с информацией, получаемой от коленчатого тела.

Хотя мы лишь недавно узнали о том, как многочисленны эти зрительные зоны, уже накапливаются данные о связях и физиологии одиночных клеток некоторых из них. Подобно тому как поле 17 является мозаикой двух совокупностей областей, пузырьковой и непузырьковой, следующая зрительная зона — поле 18, или зрительная зона 2, — состоит из трех совокупностей. В отличие от пузырьков и непузырьков, образующих как бы островки в океане, мозаика поля 18 имеет форму параллельных полосок. В системе этих полосок мы находим удивительное разделение функций. В совокупности толстых полосок большинство клеток весьма чувствительно к относительному горизонтальному положению стимулов, подаваемых на оба глаза, как это описано в главе 7; отсюда мы заключаем, что это подразделение с толстыми полосками связано, по крайней мере отчасти, со стереоскопическим зрением. У клеток второй совокупности, расположенных в тонких полосках, отсутствует ориентационная избирательность, и они часто демонстрируют специфические цветовые реакции. Клетки третьей совокупности, расположенные в бледных полосках, ориентационно-избирательны и по большей части реагируют на концы линий. Таким образом, три совокупности подразделений, составляющие поле 18, связаны, видимо, со стереопсисом, цветом и формой.

Аналогичное разделение функций имеется и в областях, расположенных выше поля 18, но здесь каждая зона в целом, по-видимому, выполняет лишь одну или, быть может, две зрительные функции. Зона, называемая MT (от middle temporal gyrus — средняя височная извилина), связана с восприятием движения и стереопсисом, а зона V4 — вероятно, в основном с цветом. Таким образом, мы можем различить два идущих рука об руку процесса. Первый из них носит иерархический характер. Для решения различных зрительных задач, обрисованных в предыдущих главах и относящихся к цвету, стереопсису, движению и форме, в обработку информации включается одна зона за другой, и в этом ряду все больше возрастают степень абстрагирования и сложность отображения. Второй процесс состоит в дивергенции путей. По-видимому, решаемые задачи требуют столь различных стратегий и нервных механизмов, что становится выгоднее распределять их между обособленными каналами.

Рис. 151. Отбивающий в бейсболе поворачивается к мячу, движущемуся к нему со скоростью около 100 миль в час; при такой большой скорости весь полет мяча длится около секунды. Результат действий игрока определяется несколькими миллиметрами рассогласования. Успех или неудача зависит от работы зрительных структур — тех самых, которые рассматривались в этой книге, и многочисленных других, расположенных на более высоких уровнях зрительной системы, а также от двигательных структур, включающих моторную кору, мозжечок, мозговой ствол и спинной мозг.

Эта удивительная тенденция обрабатывать такие признаки, как форма, цвет и движение, в отдельных структурах мозга сразу же вызывает вопрос: каким образом вся эта информация в конце концов собирается вместе при восприятии, скажем, прыгающего красного мячика? Ясно, что она должна собраться где-то воедино — хотя бы только в двигательных нервах, управляющих актом схватывания. Где она собирается и как это происходит, мы не имеем ни малейшего представления.

Вот здесь мы и находимся сейчас, в 1987 году, в нашем пошаговом анализе зрительного пути. По числу синапсов (около 8 или 10) и сложности преобразований путь от палочек и колбочек сетчатки до зон MT или зрительной зоны 2 в коре может показаться длинным, но, несомненно, еще намного длиннее путь от таких процессов, как ответ на ориентацию, концы линий, диспаратность или соотношение оппонентных цветов, к распознаванию любых форм, воспринимаемых нами в повседневной жизни. Мы далеки от того, чтобы понимать восприятие объектов, даже таких сравнительно простых, как круг, треугольник или буква A, — мы далеки даже от возможности высказывать правдоподобные гипотезы на этот счет.

Нам не следует испытывать особого удивления или смущения по поводу нашего невежества в отношении этих тайн. Работающие в области искусственного интеллекта (ИИ) не могут создать машину, которая начала бы соперничать с мозгом в выполнении таких специальных задач, как чтение рукописного текста, вождение автомобиля или узнавание лиц. Они, однако, показали, что решение любой из этих задач связано с огромными теоретическими трудностями. Дело не в непреодолимости этих трудностей — ведь мозг с ними явно справляется; речь идет скорее о том, что применяемые мозгом методы не могут быть простыми: на языке ИИ говорят, что задачи «нетривиальны». Итак, мозг решает нетривиальные задачи. Удивительно то, что он решает не две или три, а тысячи таких задач.

После лекции, когда наступает время отвечать на вопросы, специалиста по сенсорной физиологии или психологии часто спрашивают, каковы наиболее правдоподобные предположения относительно того, каким образом распознаются видимые объекты. Становятся ли клетки при переходе к более центральным уровням все более и более специализированными, так что на каком-то уровне могут найтись клетки, реагирующие на лицо одного-единственного конкретного человека — например, чьей-то бабушки? Такое представление, называемое теорией бабушкиной клетки, вряд ли можно принимать всерьез. Можем ли мы обнаружить отдельные клетки для бабушки улыбающейся, плачущей или занимающейся шитьем? Или отдельные клетки, отражающие понятие или определение «бабушки» — то, что это мать матери или мать отца какого-то человека? И если бы у нас действительно имелись «бабушкины клетки», что тогда? Куда они посылали бы свои выходные сигналы?