Вячеслав Демидов - Как мы видим то, что видим [издание 3-е , перераб. и доп.]

В итоге на площади около 0,8 x 0,8 миллиметра – в модуле – собираются столбики нейронов, отхватывающих все ориентации линии, от нуля до 180 градусов (см. иллюстрацию справа). Замечательно, что у человека и обезьян в каждом столбике примерно 260 клеток, и это число удивительно стабильно по всей затылочной коре. А у всех иных млекопитающих – там только по 110. И хотя серьезные доказательства отсутствуют, есть мнения, что такое различие имеет далеко идущие следствия. Вполне возможно, что именно оно определяет более высокие интеллектуальные способности приматов. Ведь во всех других, не-зрительных участках коры, даже у человека столбики состоят из 110 нейронов...

Рис. 45.Модульная организация коры головного мозга. Столбики модуля распознают линии и решетки всех ориентаций от 0 до 180 градусов через каждые 6 градусов. Размер поля затылочной коры кошки определяет остроту ее зрения. У человека поле впятеро меньше – 0,5 градуса – и соответственно острота зрения выше

Английский нейрофизиолог Вернон Маунткасл, настойчиво пропагандирующий мысль о модульной организации коры, открыл это свойство мозга в конце 50-х годов прошлого века. Он показал, что вертикальные связи нейронов каждого столбика гораздо интенсивнее, чем горизонтальные, передающие сигналы от столбика к столбику. И что каждый столбик работает относительно независимо, делает свое дело как суверенная система с собственными входом и выходом. Маунткасл исследовал соматосенсорную кору, область мозга, на которую проецируются окончания нервов, несущих сведения от кожи и внутренностей. Эксперименты Хьюбела и Визела подтвердили, что таким же способом устроена зрительная кора.

Хитрость только в том, что каждый фоторецептор сетчатки соединен не с одним нейроном, а сразу со многими тысячами. «Линия связи» от светочувствительной клетки захватывает в коре целый цилиндр диаметром примерно два с половиной миллиметра. А ведь на каждом квадратном миллиметре коры вглубь уходит около 100 тысяч нейронов!

Гипотеза XIX в. о прямых связях «фоторецептор – нейрон коры», как мы знаем, не подтвердилась. Но некое зерно ее все же оказалось жизнеспособным. Выяснилось, что соединения между сетчаткой и зрительной корой, несмотря на промежуточные преобразования, упорядочены топографически (припоминаете гипотезу Бернштейна?). Иными словами, если по сетчатке начнет блуждать яркая звездочка, максимум возбуждения нейронов затылочной коры – локус – повторит все ее эволюции. Пойдет точка вправо, и в соответствующую сторону двинется локус, точка вверх – и локус в то место коры, которое соответствует верхней части сетчатки.

Восхитительная сложность организации зрительной системы на этом уровне еще не кончилась. Ведь что означает разветвляющаяся линия связи «фоторецептор – цилиндр коры»? Только то, что мозаика фоторецепторов, этих вполне отделенных друг от друга образований (дискретных, сказал бы специалист), представлена в коре колоссальным множеством перекрывающихся нейронных цилиндров. То есть, по сути, непрерывно . Дискретная топография преобразовалась в «гладкую» – вот разгадка того изумлявшего ученых парадокса, что мы видим линии сплошными, хотя они воспринимаются с помощью дискретных элементов сетчатки, то есть палочек и колбочек.

Наконец, модули, входящие в цилиндры коры, правильно чередуются: один связан с правым глазом, соседний с левым, и так далее... Четкость, предопределенная генетически, видна повсюду в нервной системе. «Хотя, вообще говоря, схема соединений мозга очень запутана, работы последнего времени показали, что эти соединения гораздо более упорядочены, чем можно было думать», – отметил Френсис Крик. Действительно, у одного из червей нейронная сеть состоит всегда из 279 клеток, не больше и не меньше, и каждая соединена с другими клетками одинаково точно и занята только ей присущим делом. Вам кажется некорректным сравнение человека с червем?

Но вот что говорит Хьюбел: «Принципы нейронной функции удивительно сходны у столь далеких друг от друга животных, как улитка и человек; большая часть того, что известно о нервном импульсе, изучено на кальмаре. Даже основные структуры головного мозга так сходны, например, у кошки и человека, что нередко не имеет значения, чей мозг изучать».

То, что зрительная кора и НКТ организованы в топографическом плане соответственно сетчатке, то есть ретинотопически, объясняет немало зрительных феноменов. Ведь это наиболее простой и эффективный способ выделения простейших пространственных признаков любой картины и ее деталей: «справа», «слева», «сверху», «снизу», «большой», «маленький», «подвижный», «неподвижный» и так далее. Конечно, такого описания мира еще недостаточно, чтобы составить его полный образ, но некоторые, причем весьма важные, сведения живое существо получает.

Что же касается модулей и входящих в них столбов из нейронов, то не имеют ли выделяемые ими линии разной ориентации какого-нибудь отношения к голографии? Такой вопрос поставили перед собой сотрудники Лаборатории. И принялись показывать кошкам «кино» – решетки с разными пространственными частотами.

Почему именно решетки, а не что-нибудь другое? Откуда у Глезера и его коллег взялась уверенность, что найдутся нейроны, реагирующие не только на одиночную линию, но не на «зебры»? Прозорливость эта основывалась на сущности голографического процесса, прямо вытекала из анализа с помощью рядов Фурье.

Ведь граница между светлым и темным участками картинки – не что иное, как перепад яркостей. Значит, он может быть представлен совокупностью пространственных частот, может состоять из решеток с одной линией (ее-то и обнаруживали всегда, исследуя зрительную кору «по Хьюбелу и Визелу»), с тремя, пятью и так далее: таков и только таков ряд Фурье в подобном случае. Следовательно, если мозг действительно занимается голографией, если зрительная кора умеет делать такие преобразования, в ней обязаны находиться нейроны, настроенные на восприятие «зебр» с разным нечетным числом полосок.

Еще в 1966 году выдающийся английский нейрофизиолог Ф. Кэмпбелл установил, что зрительная система в целом работает подобно многоканальному Фурье-фильтру. Каждый канал такого фильтра настроен на выделение определенной пространственной частоты. Он доказал это так. Сначала испытуемому показывали решетку, у которой контраст между «прутьями» и «пустотой» был очень мал, однако таков, что решетка была все-таки заметна. Затем человек переводил взор на очень яркую, очень контрастную решетку, смотрел на нее примерно минуту и сразу же после этого пытался увидеть малоконтрастную. Но она как бы прикрывалась шапкой-невидимкой. Несмотря на все старания, испытуемый не видел ничего: мощный сигнал от контрастной решетки резко понизил чувствительность зрительного канала.