Часть III
Иллюзия единства
Как спорят и сотрудничают разные части мозга

Теодор Пауль Эрисман родился в Москве, но в тринадцать лет переехал в Швейцарию: его отца, врача-гигиениста Фридриха Эрисмана, в 1896 году уволили из Московского университета за поддержку революционно настроенных студентов. Так что Теодор учился в Цюрихском университете, где среди прочего обсуждал свои научные идеи с Эйнштейном. Впоследствии он стал доктором философии и психологии. Во время Второй мировой войны Эрисман работал в Австрии, и у него тоже были серьезные проблемы с карьерой: он поддерживал коллег, неугодных власти, не мог (и, по‐видимому, не хотел) доказать свою чистоту крови, а вдобавок выступил с публичной речью “Индивид и массовый психоз”, посвященной национал-социализму. К счастью, администрация Венского университета всерьез заинтересовалась политической неблагонадежностью Эрисмана уже только в 1944 году, так что вскоре все закончилось хорошо.

Даже если бы все закончилось плохо, благодарные потомки все равно помнили бы Эрисмана, потому что те эксперименты, из‐за которых он вошел в историю, были начаты еще в 1931 году. Он сам, его студент Иво Колер и многие испытуемые-добровольцы пробовали носить очки, искажающие реальность. Благодаря разнообразным хитроумным конструкциям из зеркал и призм такие очки могли искривлять линии, искажать цвета, менять местами правую и левую часть окружающего мира, но главное – переворачивать его вверх ногами.

В первые три дня в таких очках человек действительно видит мир перевернутым. Это вызывает массу неловких ситуаций. Например, когда испытуемому предлагают налить чаю, он с готовностью протягивает свою чашку, но только кверху донышком. Он врезается головой в предметы, одновременно пытаясь их перешагивать. Ну и вообще с выполнением любых целенаправленных движений, очевидно, возникают проблемы.

На четвертый-пятый день восприятие становится двойственным. Человек по‐прежнему видит мир перевернутым – но только до тех пор, пока не пытается корректировать свое восприятие, ощупывая объекты. Стоит только к чему‐то прикоснуться, как эта вещь (а может быть, и обстановка в целом) переворачивается в правильном направлении.

Начиная с шестого дня непрерывного ношения очков мир переворачивается полностью. У человека все в порядке: он видит все предметы там, где и положено, без проблем рисует, смотрит кино и водит мотоцикл.

Когда человек снимает очки, он снова видит перевернутое изображение – впрочем, всего несколько минут, а потом все снова в порядке.

Эти эксперименты широко известны общественности (думаю, вы тоже про них слышали) и при этом вызывают неожиданно слабый интерес у современных исследователей. Ну иногда кто-нибудь смотрит, допустим, какие области мозга вовлечены в адаптацию к искаженной картинке, что меняется в электроэнцефалограмме, как на этот процесс влияют разные варианты белка BDNF, – но как‐то все без ажиотажа. Студентам-нейробиологам про эти очки иногда рассказывают, но редко и вскользь, и ни в одном тесте они вам не попадутся. То есть по большому счету самое удивительное в экспериментах Эрисмана – что они никого не удивляют. “А что такого? – считает каждый нейробиолог. – И так понятно, что мозг разбирает картинку по элементам и собирает ее заново. Ну внес он в этот процесс дополнительную поправку, и что теперь? Он и не такие поправки вносит”.

Мы с вами много говорили о нейробиологии и много говорили о психологии, но еще толком не подступились к тому, чтобы объединить их друг с другом. Вот есть нейроны, вот они отправляют импульсы, – но как из этого возникают мысли, образы, поведение?

Подсказка содержится уже в классическом изображении нейрона, которое вы видели в школьном учебнике. Вспомните, у него много дендритов (отростков, которые собирают информацию) – и всего один аксон (отросток, который передает информацию дальше). В большинстве случаев именно так и есть. И это очень важно. Потому что ключевой универсальный принцип организации нейронных сетей – это их иерархическая структура. Клетка действительно собирает информацию от многих своих подчиненных, на этом основании принимает какое‐то решение о собственной активности и передает его на уровень выше, где, в свою очередь, собирается информация от многих нейронов.

Ближайшие несколько страниц я буду очень подробно рассказывать вам о том, как это реализовано в зрительной системе, – и вообще буду к ней регулярно обращаться в следующих двух главах. Это нужно мне для того, чтобы не быть гуру, который что‐то там постулировал насчет общих закономерностей работы мозга и вынуждает вас поверить на слово, а быть вместо этого экскурсоводом в прекрасном мире реально существующих и хорошо изученных нейронных ансамблей. Но, конечно, эта история перенасыщена сложными деталями и подробностями и потребует от вас большой концентрации внимания. Если вы через нее продеретесь, есть шанс получить от текста интенсивный интеллектуальный кайф. Если вам про зрение не очень интересно – ну, пролистывайте, переходите сразу к частям про психику. Но просто тогда и психика останется для вас более загадочной, потому что принципы там и там одни и те же.

Рассказывая о зрении, я опираюсь в основном на современные учебники и обзорные статьи, но должна подчеркнуть, что львиная доля информации была получена еще в середине прошлого века, и в первую очередь мы должны благодарить трех исследователей: Штефана Куффлера, Дэвида Хьюбела и Торстена Визеля. Последние двое получили в 1981 году Нобелевскую премию (а Куффлер, к сожалению, всего год до нее не дожил), и я очень рекомендую вам пойти на сайт Нобелевского комитета и посмотреть там лекцию Хьюбела, потому что она мгновенно превращает седовласых классиков (с налетом студенческой тоски “да сколько же можно уже говорить про Хьюбела и Визеля?”) в живых и невероятно обаятельных чуваков, обожавших свою работу. Они нумеровали экспериментальные клетки, начиная с числа 3000, чтобы произвести впечатление на старшего коллегу (когда он посетил лабораторию, они как раз работали с клетками 3007, 3008 и 3009), в три часа ночи от усталости начинали разговаривать по‐шведски (точнее, Визель начинал, а Хьюбел делал из этого вывод, что на сегодня эксперименты пора прекращать) и три месяца жили впроголодь, потому что Куффлер, их научный руководитель, просто забыл оформить платежную ведомость, а они стеснялись приставать к нему с такими низменными вопросами. А еще у Дэвида Хьюбела есть научно-популярная книга “Глаз, мозг, зрение”. Она, конечно, во многих отношениях серьезно устарела, но для понимания общей логики работы зрения – и нервной системы вообще – до сих пор трудно найти что‐то более прекрасное. Не давайте ее вашему ребенку, если не хотите, чтобы он все бросил и стал нейробиологом.

Так вот. Вы смотрите на внешний мир. В нем есть всякие объекты, которые хорошо или плохо отражают падающие на них лучи света. Эти лучи попадают на сетчатку и воспринимаются ее фоторецепторами: палочками и колбочками. Они изменяют свою активность. Здесь, на входе, картинка еще пиксельная. Внешний мир просто проецируется на сетчатку. Это последний момент, когда все просто. Последний, когда глаз еще можно сравнивать с фотокамерой.

Дальше фоторецепторы взаимодействуют с настоящими нейронами (формально говоря, они и сами – нейроны, просто очень необычные и видоизмененные). Там, в сетчатке, есть несколько слоев обработки информации, но в конечном счете она стекается в ганглиозные (или ганглионарные) клетки. На этом уровне принимается решение о том, какая информация поступит в зрительный нерв и будет передана дальше вглубь мозга. Обратите внимание на безличную формулировку. Решение “принимается” само, никто его не принимает. Оно вытекает из самой организации сети, из того, каким образом клетки соединены друг с другом.

Самый простой пример иерархической организации связан с нашим периферическим зрением. Дело в том, что мы отчетливо видим только очень маленький участок мира – тот, на котором сфокусировали взгляд. Изображение в этом случае проецируется на центральную ямку сетчатки, в которой число ганглиозных клеток приблизительно равно числу клеток-колбочек. Но вот на всей остальной сетчатке разрешающая способность гораздо ниже, потому что каждая ганглиозная клетка обрабатывает информацию сразу от десятков фоторецепторов. Изображение там нечеткое и размытое.

Если вы мне не верите, если вам кажется, что вы отчетливо видите всю страницу, то попробуйте удерживать взгляд на слове “крокодил” и одновременно дочитать абзац до конца. Получается? Не очень? Вот именно. Мы абсолютно не замечаем, насколько несовершенно наше периферическое зрение. Отчасти потому, что мы постоянно двигаем глазами и немедленно фокусируем взгляд на том, что нас заинтересовало, а отчасти потому, что большую часть картинки нам заботливо дорисовывает наш мозг – как на основании памяти о том, что в принципе находится в комнате (мы же осмотрели ее, когда зашли), так и на основании жизненного опыта, подсказывающего, каким именно объектом должна оказаться смутная тень такой‐то формы.

Есть даже эксперименты, в которых мозг вполне успешно обучали предсказывать будущее неправильно. Людям показывали в периферическом поле зрения полосатый кружок, а пока они переводили на него взгляд (и долю секунды не были сфокусированы ни на чем и на самом деле не видели ничего), подменяли изображение на кружок с меньшим количеством полосок. После серии таких предъявлений люди обучались считать, что размытая картинка, в которой вроде бы видно шесть полосок, на самом деле соответствует кружку с четырьмя полосками, и уверенно занижали количество полосок во всех тех случаях, когда их просили угадать, сколько же полосок они увидели боковым зрением. Или, наоборот, завышали – смотря к чему их приучили.

А вот другой пример иерархической организации в сетчатке, более сложный, но и более важный для процессов обработки зрительной информации. Пока мы говорим об отдельных фоторецепторах, их активность зависит просто от того, попали ли на них фотоны. Совсем другое дело – ганглиозная клетка: ее активность уже зависит от простейших паттернов, присутствующих в изображении. Например, от наличия контраста между освещенным и затемненным участком. Уже здесь, внутри глаза, начинается анализ информации.

Сегодня описано много разновидностей ганглиозных клеток, но в 1950‐е годы Штефан Куффлер изучал две ключевые: клетки с on-центром и с off-центром. Первые максимально активны тогда, когда экспериментальному животному показывают небольшое светлое пятно на темном фоне, вторые, наоборот, когда ему показывают небольшое темное пятно на светлом фоне. Если экран равномерно освещен или затемнен, то ни тем ни другим это неинтересно.

Ганглиозные клетки в центральном поле зрения используют причудливо выплетенную нейронную сеть, чтобы сравнивать освещенность своей собственной колбочки и ее соседей. Я опишу вам этот механизм, потому что он классный. Но запутанный.

Представьте себе три клетки-колбочки, расположенные по соседству. Одна из них, центральная, получает поток света. Остальные две, по краям от нее, света не получают. Это потому, что мы показываем животному светлую точку на черном фоне.

А надо сказать, что фоторецепторы – довольно странные ребята. Они активны и выделяют нейромедиатор именно тогда, когда находятся в темноте, а когда они освещены, то их активность, наоборот, падает. Соответственно, в нашей ситуации две колбочки по краям посылают сигналы, а центральная колбочка молчит.

К центральной колбочке подсоединено передаточное звено: биполярная клетка. В данном случае она оснащена таким набором мембранных рецепторов, чтобы возбуждаться именно тогда, когда вверенная ей колбочка освещена и не выделяет нейромедиатор.

Но колбочка пока недостаточно молчит. От самого по себе упавшего на нее луча света ее активность снизилась, но не пропала. Соответственно, биполярная клетка передает сигнал дальше, но очень слабо и неуверенно. Чтобы биполярная клетка достаточно сильно возбудилась и начала интенсивно воздействовать на следующее звено, ганглиозную клетку с on-центром, должны соблюдаться два условия: во‐первых, чтобы центральная клетка была освещена. Во-вторых, чтобы соседние с ней клетки-колбочки освещены не были.

Второе условие контролируется с помощью еще одного нейрона: горизонтальной клетки. Она соединена со всеми тремя колбочками. А у нее такое свойство, что она реагирует на активность колбочек и, если они расшумелись, отправляет им подавляющие сигналы.

В ситуации, когда светлое пятно большое и все три колбочки неактивны, горизонтальная клетка с ними ничего не делает, потому что они и так не шумят. А вот в интересующей нас ситуации, когда одна колбочка уже малоактивна, а остальные две как раз выделяют много нейромедиатора, потому что не освещены, горизонтальная клетка реагирует на это – и подавляет работу всех трех.

Теперь наша центральная клетка-колбочка подавлена сразу по двум причинам. Во-первых, потому что на нее просто попал свет. Во-вторых, одновременно еще и потому, что на соседние клетки он как раз не попал, они выделяли нейромедиаторы, раздразнили горизонтальную клетку, а она сказала: “Да заткнитесь же вы!” всем своим колбочкам сразу.

Это делает центральную клетку-колбочку достаточно молчаливой, чтобы биполярная клетка, заметив это обстоятельство, сгенерировала свой собственный отчетливый сигнал и передала его дальше – на ганглиозную клетку с on-центром.

То есть нейронные сети в нашей сетчатке конструктивно организованы таким образом, чтобы максимально интенсивно реагировать именно на контраст. На переход между светом и тенью. На то обстоятельство, что одни колбочки освещены, а другие, по соседству, нет. Любое темное пятно на светлом фоне (или наоборот) немедленно бросается нам в глаза, в прямом смысле слова. Это довольно важно для нашего выживания, ведь контрастное пятно может оказаться, например, ядовитым насекомым.

Важно здесь то, что у каждой ганглиозной клетки есть рецептивное поле: та группа клеток-колбочек (маленькая в центральном поле зрения, большая на периферии), активность которых – именно в совокупности! – определяет тот сигнал, который ганглиозная клетка отправит дальше. При этом рецептивные поля ганглиозных клеток перекрываются, то есть информация от одного и того же фоторецептора может поступать в разные клетки.

Дальше, как легко догадаться, есть следующие стадии обобщения. Подавляющее большинство волокон зрительного нерва отправляется в латеральное коленчатое тело таламуса, а оттуда информация передается в первичную зрительную кору. На промежуточной станции обработки информации, в таламусе, тоже происходят всякие важные события, но они преимущественно связаны с распознаванием цветов и регистрацией движения, и пока мы на них останавливаться не будем. Когда мы говорим о восприятии контуров неподвижных объектов, то для простоты можно считать (и это будет почти полная правда), что клетки таламуса по‐прежнему реагируют на темные пятнышки на светлом фоне или на светлые пятнышки на темном фоне.

Что‐то в этом роде Хьюбел и Визель ожидали найти и в первичной зрительной коре, когда в 1958 году, вдохновленные исследованиями сетчатки и таламуса, приступили к ее изучению. Они выбирали какой-нибудь симпатичный кошачий нейрон, подводили к нему микроэлектрод, показывали кошке стеклышки с нарисованными на них пятнами и надеялись обнаружить отклик. Важнейшим инструментом электрофизиологов тогда, в докомпьютерную эпоху, был аудиомониторинг, при котором электрические импульсы от клеток преобразуются в звуковые сигналы. Даже если нейрон неактивен, он время от времени говорит: “тр… тр…”, просто демонстрируя тем самым, что он жив.

Так прошел месяц экспериментов. Каждый день по много часов, иногда до утра, Хьюбел и Визель сидели в лаборатории со своей кошкой и каким-нибудь очередным ее нейроном, меняя стеклышки в офтальмоскопе в попытках подобрать для этого нейрона подходящий стимул. И вот однажды, через девять часов записи, нервная клетка зрительной коры впервые разразилась пулеметной очередью импульсов: “Тр-тр-тр-тр-тр-тр-тр-тр!!!”

Это произошло не тогда, когда Хьюбел и Визель подобрали стеклышко с правильно расположенной точкой. Это случилось, когда они меняли одно стеклышко на другое. Край стеклышка отбросил тень. На сетчатку спроецировалась темная прямая линия. Это было именно то, чего хотела клетка зрительной коры.

Обнаружив эту тень от стеклышка, Хьюбел и Визель начали целенаправленно предъявлять кошке уже не отдельные точки – как выяснилось, не очень‐то интересные для нейронов на этом иерархическом уровне, – а линии разной ориентации. И сразу выяснилось, что наклон тоже критически важен. Клетка разряжается пулеметной очередью импульсов, когда кошке показывают темную вертикальную линию на светлом фоне (или вертикально проходящую границу между светлой и темной частью экрана). Та же клетка реагирует слабее, когда линия почти вертикальна, но наклонена (как часовая стрелка в 11 часов). Она абсолютно безучастна, если стрелка показывает на 10 часов. Зато где‐то рядом есть другая клетка, которая ценит именно линии, наклоненные таким образом, равнодушна к вертикальным и почти равнодушна к горизонтальным.

Смысл здесь в том, что клетка зрительной коры обобщает информацию от многих соседних клеток с off– или on-центрами. Это проще объяснить, если мы рассмотрим границу между светлой и темной половиной экрана.

Представьте, что у нас есть клетка с on-центром (то есть активная при виде светлого пятнышка на черном фоне). Если она анализирует информацию только от светлой части экрана и все подконтрольные ей фоторецепторы сетчатки получают свет, то она будет малоактивна – нет темной периферии, в которой клетка заинтересована. Рядом есть другая клетка с on-центром, которая анализирует только сигналы с темной стороны. Для нее условия работы тоже не оптимальны: темный фон есть, а светлых точек нет. Она тоже будет малоактивна. А еще у нас есть третья и четвертая клетки, у которых ситуация интереснее: их рецептивные поля попадают на границу между светом и тьмой. Здесь все зависит от того, с какой стороны они туда наползают и насколько сильно.

Если центр рецептивного поля полностью затемнен, а периферия (хотя бы частично) освещена, то это вообще подавит активность клетки с on-центром, это самая неестественная для нее ситуация, она совсем замолчит. И наконец, у четвертой клетки центр рецептивного поля освещен, а периферия (хотя бы частично) затемнена. Это оптимальные условия для ее работы, и активность ее будет максимальной. А связи между нейронами выплетены таким образом, чтобы клетка коры возбуждалась именно тогда, когда у одних ее подконтрольных клеток активность есть, а у других нету. Они, в свою очередь, получают информацию от фоторецепторов, расположенных рядом друг с другом в какой‐то конкретной области сетчатки. Соответственно, когда все сходится, клетка зрительной коры говорит: “Ага! Паттерн активности именно такой, как если бы тут проходила вертикальная граница между светлым и темным!” Ну вот конструктивно вся сеть выплетена так, чтобы она возбуждалась именно в этот момент.

А дальше – вы уже догадались – есть нейроны следующего уровня иерархии. Они обобщают информацию от многих клеток, которые зарегистрировали линии, расположенные под разными углами. Это позволяет сложить из линий, например, квадрат или букву М (а поскольку все нейронные сети укрепляются, если их постоянно использовать, то букву М большинству читателей этой книги распознать проще, чем букву מ). А параллельно в других таких же сетях происходит обработка цвета, движения, глубины. Принципиально важно здесь то, что зрение совсем не похоже на фотографирование. Мы разбираем информацию на отдельные признаки, обрабатываем их независимо, а потом собираем картинку заново.

Может показаться, что больше всего это похоже на компьютерный алгоритм. На входе нужна определенная комбинация активирующих и подавляющих сигналов (нулей и единиц), чтобы клетка выдала собственный сигнал (ноль или единицу). Но в мозге все немного хитрее, потому что, как правило, важен не единичный сигнал, а частота импульсов. Базовые принципы этой архитектуры (во всяком случае, когда мы говорим о ранних этапах обработки зрительного сигнала) заданы генетически и формируются еще до рождения, но понятно, что индивидуальный опыт влияет на тонкие настройки системы, потому что усиливает одни синапсы и ослабляет другие. Помните котят, которые лишились способности видеть вертикальные или горизонтальные линии, потому что ничего такого не было в их жизненном опыте во время критического периода развития зрительной системы?

Во всяком случае, аналогия с компьютерным алгоритмом интересна тем, что на самом деле все наоборот. Это компьютерные алгоритмы похожи на работу зрительной системы и в значительной степени ее исследованиями и вдохновлены. Есть целая группа математических алгоритмов (и приборов, которые работают на их основе), которая вот прямо так и называется – нейросети. Именно потому, что у них такой же принцип работы: функциональный элемент собирает входящие сигналы и выдает или не выдает свою реакцию в зависимости от того, какие именно сигналы на него поступили. Конструктивно ближе всего к нашей зрительной системе свёрточные нейронные сети, которые, собственно, и предназначены в первую очередь для распознавания изображений. Сегодня разрабатывают такие алгоритмы для распознавания лиц, рукописного текста, электроэнцефалограмм и множества других важных вещей. Справляются они пока что хуже, чем живые люди, – ну так у них и функциональных элементов намного меньше. И развиваться они начали на сотни миллионов лет позже, чем наша прекрасная нервная система.

Легко и приятно изучать зрение, когда ваше подопытное животное смотрит туда, куда вам нужно, и видит там одну-единственную линию с заданным наклоном. В реальной жизни мы постоянно переводим взгляд с одного участка пространства на другой, нас окружает огромный сложный мир, а наши возможности к обработке информации хотя и велики, но далеко не безграничны. Стимулы конкурируют за возможность пробиться на каждый следующий уровень иерархии, а помогают им в этом нисходящие сигналы. Психологи используют для их описания такие слова, как “внимание”, “ожидания” и “предшествующий опыт”. Нейробиологи используют более красивые термины, например “иерархическое предиктивное кодирование”, – эта модель предполагает, что нейроны более высокого уровня иерархии стремятся предсказать, какой именно сигнал придет к ним снизу, и оценивают уровень расхождения между ожиданием и реальностью,

В основном я буду рассказывать, как изучают эти процессы в экспериментах с людьми. Но сначала все же хочу упомянуть одно старинное исследование с электродами, вживленными в мозг обезьян: это одновременно позволит мне закончить разговор о зрительной коре и выстроить мостик к обсуждению нисходящих потоков информации.

Мы с вами остановились на обсуждении первичной зрительной коры, или V1, которая улавливает ориентацию линий (на самом деле не только, в ней тоже есть разные слои с разными задачами, но все равно речь идет о простых отдельных признаках). Она находится в самой задней части мозга. После нее информация обрабатывается еще в нескольких отделах затылочной коры, но почти сразу делится на два потока: один из них отправится в теменную кору, которая будет отвечать на вопрос “где?” (куда движутся объекты, как они расположены относительно друг друга, как согласовать эту информацию с движениями глаз и конечностей), а второй отправится в височную, чтобы ответить на вопрос “что?” (финальная задача – распознавание объектов).

Зрительная кора V4 – это часть пути, отвечающего на вопрос “что?”. Она умеет распознавать простые геометрические фигуры. Играет ключевую роль в восприятии цвета. А еще ее нейроны умеют изменять свою активность в зависимости от того, на что направлено внимание хозяина.

Это выяснили в 1985 году Джеффри Моран и Роберт Десимон. Они записывали активность единичного нейрона в зоне V4 и определяли для начала, на какие стимулы этот нейрон реагирует. Например, могло оказаться, что он реагирует на любые красные прямоугольники, но совершенно равнодушен к зеленым. Кроме того, исследователи определяли, в какой части экрана эти фигуры должны находиться, чтобы попасть в рецептивное поле этого нейрона (то есть быть исходно воспринятыми той частью клеток сетчатки, от которой информация стекается именно туда).

И вот что происходит. Пока обезьяна ничем не занята, ее нейрон интенсивно реагирует на красный прямоугольник. Если ей дать задание, в котором нужно обращать внимание на красный прямоугольник, то, естественно, происходит то же самое. Но вот если ей дать задание, в котором нужно реагировать на зеленый прямоугольник, расположенный по соседству, то активность нейрона, распознающего красные прямоугольники, резко падает, хотя сам красный прямоугольник никуда не делся.

Такие же эффекты можно наблюдать, если вживлять электроды в нижнюю височную кору (еще более высокий уровень иерархии). А вот если вживлять их в первичную зрительную кору, то там внимание ни на что не влияет: V1 честно обрабатывает все, что способна обработать.

У нейрона зрительной коры V4 большое рецептивное поле, то есть в него спокойно помещаются одновременно и красный, и зеленый прямоугольники (информация уже прошла много раундов обобщения; это вам не ганглиозная клетка сетчатки, которая обычно работает с маленьким участком поля зрения). Но все‐таки рецептивное поле конкретного нейрона охватывает не весь экран, на который смотрит обезьяна, а только его часть. И вот эти эффекты – подавление реакции на красный прямоугольник, когда нужно обращать внимание на зеленый, – наблюдаются только тогда, когда оба прямоугольника расположены именно в рецептивном поле этого нейрона. А вот если зеленый прямоугольник, на который должна обращать внимание обезьяна, расположен за границей исследуемого рецептивного поля, то тогда он никак не мешает нейрону по‐прежнему реагировать на красные прямоугольники.

То есть мозг отсекает нерелевантную информацию, чтобы на нее не отвлекаться. Какие‐то другие нейроны зрительной коры V4 тоже получают информацию от тех же клеток сетчатки, но настроены на распознавание зеленых прямоугольников. И если для обезьяны как целого организма зеленые прямоугольники в этой части пространства важнее красных (именно за их обнаружение ей дают глоток воды, а она хочет пить), то ее нейрон, отвечающий за то, чтобы выявлять в этой части пространства красные прямоугольники, затыкается. Чтобы не отсвечивать и не конкурировать. Мне кажется, это очень крутая история.

(Не знаю, кажется ли вам так же. Наверное, да, раз уж вы не оставили чтение еще в момент знакомства с NMDA-рецепторами. Но вообще, конечно, понятно, что если вы не биолог по образованию и у вас не прошиты в долговременной памяти все вот эти нейроны, рецептивные поля и зрительная кора V4, то вам требуется заметно больше усилий, чтобы об этом думать. Спасибо за ваш читательский подвиг. Это очень интересная тема – как предшествующий опыт влияет на легкость обработки новой информации. Мы к ней скоро вернемся.)

Но, конечно, самые яркие и наглядные примеры того, как нисходящие сигналы влияют на восприятие информации, мы получаем из повседневного опыта или психологических экспериментов. Вот только что, час назад, я была в “Макдоналдсе” на Шаболовке и отметила, что там на стене над лестницей нарисована крупная схема размещения электродов для ЭЭГ. Прошла еще несколько ступенек, задумалась, удивилась: зачем она там? Немного неожиданный выбор элемента дизайна для кафе, согласитесь. Вернулась, пригляделась к картинке. Оказалось, что на этой схеме у человека еще и лишний нос на затылке. Потом проанализировала другие картинки на стенах, распознала в одной из них фиш-ролл и только тогда поняла, что художники-оформители, скорее всего, имели в виду чизбургер. Но согласитесь, что первой приходит в голову более очевидная и привычная трактовка?

Вообще понятно, что чем лучше люди знакомы с каким‐то объектом, тем проще им выделить его среди информационного шума, – особенно в том случае, если воспоминания эмоционально окрашены (шапочка для ЭЭГ, конечно, вызывает у меня гораздо больше эмоций, чем чизбургер). Демонстрации этого эффекта, например, посвящена очень милая статья о том, как сплетни о людях влияют на восприятие их лиц. Участникам сначала демонстрировали фотографии людей с нейтральным выражением лица, сопровождая их информацией о том, что сделал этот человек. Он мог сделать что‐то плохое (“ударил ребенка”), хорошее (“читал вслух жителям дома престарелых”), нейтральное (“спросил преподавателя, есть ли у него карандаш”). После этого участники по 10 секунд смотрели одним глазом на фотографию человека, а другим – на фотографию домика. Это называется бинокулярная конкуренция. Как правило, люди воспринимают обе картинки одновременно только небольшую часть времени, а в основном видят лицо и домик поочередно, причем переключение между ними в значительной степени происходит непроизвольно. Испытуемые сообщали, видят ли они сочетание объектов или какой‐то один из них, удерживая соответствующую кнопку на клавиатуре. Выяснилось, что лицо человека, сделавшего что‐то плохое, отчетливо предстает в их поле зрения в среднем на 4,86 секунды, сделавшего хорошее или нейтральное – на 4,34, а новое лицо – на 4,31 секунды.

Но я еще должна объяснить, почему шапочка для ЭЭГ эмоционально значима. Ну, во‐первых, у меня был про ЭЭГ бакалаврский диплом, а я в те времена вообще не хотела заниматься никакими исследованиями и считала дни до того момента, когда меня уже выпустят и можно будет пойти заниматься научной журналистикой. Во-вторых, теперь, когда я уже провела в научной журналистике десять лет (и думаю, наоборот, как бы пойти заняться исследованиями), я осознаю, что ЭЭГ – это очень классная штука. Вот мы с вами уже говорили, что фМРТ позволяет довольно точно понять, где именно в мозге происходит какой-нибудь процесс, но совершенно не позволяет понять когда: временнóе разрешение в лучшем случае в районе секунды, а мозг работает гораздо быстрее. ЭЭГ, наоборот, предоставляет крайне размытую информацию о том, в какой части мозга происходят интересующие нас события, но зато с очень высокой точностью, буквально до миллисекунд, позволяет понять когда. (Понять и то и другое одновременно позволяют только вживленные электроды, но этические комитеты университетов не разрешают вживлять их людям без медицинских показаний.) И вот, хотя ЭЭГ и отражает суммарную активность большого количества нейронов, но и в интересующих нас процессах восприятия тоже участвует большое количество нейронов, так что из нее можно вытащить довольно много интересных данных – например, обнаружить различия, связанные с тем, насколько хорошо ваши испытуемые знакомы с объектами, на которые они смотрят.

Для подготовки такого эксперимента требуется найти 40 изображений совершенно неизвестных вещей. Людям предлагали запомнить название каждой штуковины и сообщали, настоящая она или придуманная. О половине предметов больше ничего и не говорили, а о второй половине рассказывали, что это вообще такое и для чего оно нужно (“калимат – разновидность инкубатора для яиц, поддерживающая постоянную температуру и влажность и позволяющая получать потомство быстрее”). Кроме того, было еще 20 повседневных, хорошо знакомых предметов.

Во время тестирования от людей не требовали вспоминать подробности про инкубатор. Они должны были только сообщить, повседневный это объект или только что выученный, существующий в реальности или придуманный, назвать его имя. Исследователей интересовало, что происходит в это время на электроэнцефалограмме. Конкретно они смотрели на две волны: P1 (появляется через 100 миллисекунд после предъявления стимула, отражает обработку изображения в высших отделах зрительной коры) и N400 (появляется через 400 миллисекунд после предъявления стимула и связана с семантической обработкой информации). Выяснилось, что степень знакомства с изображением влияет и на ту, и на другую.

Амплитуда волны N400, связанной с пониманием значения слов, была тем больше, чем лучше человек был знаком с предметом. Существенно здесь, что ни о каких свойствах предмета его не расспрашивали, то есть не было никакой нужды специально доставать из головы все знание о нем, но все равно (по‐видимому) увеличение N400 показывает, что эта информация оказывается готовой к использованию. Еще более интересно, что амплитуда волны P1, связанной с обработкой зрительной информации, наоборот, возрастала в случае слабого знакомства с объектом, что отражает, по‐видимому, степень усилий, затрачиваемых на его распознавание (эту версию дополнительно подтвердили, показав, что P1 возрастает еще сильнее, если показывать размытые изображения, причем особенно сильно для тех предметов, о которых предоставляли меньше информации). И вот это уже очень важно, потому что показывает существование того самого нисходящего потока информации, в котором абстрактное знание, хранящееся где‐то высоко, влияет на ранние, относительно низкоуровневые этапы обработки информации. То, что нам известно об объекте, влияет на то, как мы его видим. Изменяет шансы вообще его заметить и узнать.

Другая яркая иллюстрация того, как нисходящие потоки информации влияют на распознавание зрительных образов, – это эксперименты, в которых анализируется влияние контекста. Это похоже на статистическое обучение, о котором мы говорили в связи с освоением языка: мы обычно встречаем фен в ванной, а дрель – на верстаке с инструментами, и поэтому, когда мы видим боковым зрением какой‐то небольшой инструмент с ручкой, мы скорее посчитаем его феном или дрелью в зависимости от окружающей обстановки. Нейробиолог Моше Бар, который исследовал нашу склонность видеть на размытой картинке тот предмет, который лучше всего соответствует контексту (в том числе на примере фена), подчеркивает, что обработка изображений требует активации гиппокампа и парагиппокампальной извилины. Мы все время сопоставляем все увиденное с теми образами, которые уже хранятся в памяти, опираемся на собственные ожидания и предсказания, и обычно это очень выгодно, потому что позволяет воспринимать комплексную и сложную окружающую реальность очень быстро и эффективно – или, по крайней мере, пребывать в приятной иллюзии, что мы воспринимаем ее так.

Психологических экспериментов, посвященных тому, как знание о мире влияет на зрительное восприятие, проведено огромное количество, но при этом многие из них нещадно критикуются, главным образом за то, что их методика не позволяет оценить, действительно ли изменилось именно зрительное восприятие или только истолкование этих данных самим человеком. Например, если человек должен докинуть до мишени тяжелый шар, то он оценивает расстояние до нее более пессимистично, чем если шар у него легкий; но если подчеркнуть в задании, что он должен игнорировать субъективные факторы и оценить настоящее расстояние, то этот эффект исчезает.

Я склонна думать, что нисходящему влиянию могут подвергаться не только наши трактовки, но и зрительное восприятие как таковое (это лучше согласуется с нейробиологическими экспериментами). Но, честно говоря, мне кажется, что это вообще не очень важный вопрос. Это как разговоры о свободе воли. Люди, которые ей интересуются, постоянно вспоминают знаменитые эксперименты Бенджамина Либета, который показал, что готовность совершить движение видна на энцефалограмме раньше, чем человек осознает свое намерение его совершить. Это, по мысли интерпретирующих, должно вызывать ужас. Вот, говорят они, мозг сам все решает, а “мы”, что бы это ни значило, только пассивно следуем его диктатуре. Но минуточку. С какой стати префронтальная кора – это вы, а моторная кора – это не вы? Какая разница по большому счету, в какой части мозга принято решение, если результат тот же самый? Ну то есть для нейробиологов есть разница, конечно, они это изучают, но для нас, мирных обывателей, главное – общий принцип. А он в любом случае сводится к тому, что каждое решение принимается в результате диалога между разными отделами мозга, что оно подвержено влиянию множества факторов, они оказываются различными для разных людей, и что притча про слепцов, ощупывающих слона и неспособных договориться о природе существа, с которым они столкнулись (потому что один получил информацию о хвосте, второй о ноге, третий о хоботе), на самом деле неплохо описывает почти любую ситуацию взаимного непонимания, с которым мы сталкиваемся в жизни. Люди, которые с нами не согласны, чаще всего не плохие и не глупые; просто у них мозг воспринял реальность как‐то иначе.

Мы с вами все это время крутились вокруг исследований зрительного восприятия. Но взаимное влияние восходящей и нисходящей информации полезно учитывать и тогда, когда мы говорим о более абстрактных вещах. Например, о памяти и обучении.

Я уже много рассказывала вам про кратковременную и долговременную память с точки зрения синаптических связей. А на самом деле эта классификация интересна тем, что это самый широкий и надежный мост через овраг, разделяющий нейробиологию и экспериментальную психологию. С кратковременной и долговременной памятью уже полтора века работают экспериментальные психологи, это именно они изучили ее свойства вдоль и поперек, а потом уже пришел Кандель и объяснил, что при этом в мозге происходит.

Вот вокруг нас есть внешний мир. На какие‐то события в этом внешнем мире мы направили свое внимание. Вследствие этого мы взяли их в кратковременную память. Это очень узкий шлюз между внешним миром и нашим знанием о нем; у кратковременной памяти очень маленькая пропускная способность. Не только, как следует из названия, во времени (мы сохраняем там информацию в течение нескольких секунд, если только не начали целенаправленно и сознательно крутить ее в голове) – но и с точки зрения объема. Мы можем удерживать там примерно четыре объекта. Ну семь. Ну семь плюс-минус два. Смотря какие объекты и смотря какие мы. Дальше некоторая часть информации (эмоционально значимая или целенаправленно повторяемая) переходит в долговременную память, где может сохраниться уже надолго, чуть ли не навсегда. Хотя вообще‐то может и тоже потеряться, особенно в ближайшие часы, если мы ее не повторили несколько раз (вы уже всё понимаете: снова прогнав импульсы по тем же самым нейронным контурам и тем самым сообщив мозгу, что да, эта информация важна, мы будем для нее синтезировать белки и выращивать синапсы). Существенно здесь то, что два ранних отборочных этапа – внимание и кратковременная память – в свою очередь, находятся под очень сильным влиянием того, какая долговременная память у нас уже есть.

В середине 1960‐х шахматист и психолог Адриан де Гроот показал, что профессиональным игрокам может хватить всего пяти секунд, чтобы запомнить расстановку фигур на шахматной доске, даже когда их там много. Это возможно благодаря тому, что они не оценивают положение каждой фигуры по отдельности – они видят общую картину и обращают внимание на взаимодействие между атакующими и обороняющимися. А главное, профессиональные шахматисты уже хранят в своей долговременной памяти большое количество известных комбинаций. Поэтому в ситуации, когда новичок пытается (безуспешно) удержать в голове 22 фигуры, профессионалу достаточно подумать, например, так: “Это похоже на одну из задач Лобусова, но только черная ладья на a1, а белая пешка на b2” – и, соответственно, удерживать в рабочей памяти всего три смысловые единицы.

А. Я. Лобусов. “Шахматы в СССР” (1983), 1‐й приз.

Белые начинают и ставят мат в три хода

В 1973 году другой известный исследователь памяти, Уильям Чейз, воспроизвел этот эксперимент с одним важным изменением: люди запоминали либо эпизоды настоящих шахматных партий, либо случайным образом перемешанные фигуры на доске. Если люди смотрят на настоящую шахматную партию, то новичок за первые пять секунд запоминает положение четырех фигур; любитель – восьми; профессионал – пятнадцати. Для того чтобы воспроизвести всю расстановку, профессионалу нужно посмотреть на доску четыре раза по пять секунд, любителю – семь раз, для новичка семи попыток недостаточно, хотя он тоже уже близок к правильному результату.

Но вот если они видят случайно расставленные фигуры, то результаты новичка и любителя оказываются лучше результатов профессионала. После того как люди посмотрели на доску пять раз по пять секунд, новичок правильно воспроизводит положение 17 фигур, а памяти профессионала оказываются подвластны только 12. В данном случае склонность к поиску осмысленных комбинаций только мешает. Не ищите логику там, куда ее не клали.

Чуть позже Уильям Чейз решил посмотреть, до каких пределов можно натренировать рабочую память. Это он делал вместе с Андерсом Эрикссоном, тем самым психологом, чье исследование студентов-скрипачей легло в основу модной идеи про 10 000 часов практики, которые превратят любого человека в профессионала. Сам Эрикссон потом много раз объяснял, что это среднее значение, причем для двадцатилетних исполнителей (то есть им предстоит еще много практиковаться во взрослой жизни), что практика практике рознь и так далее. Но идея так всем понравилась, что ее распространение было уже не остановить. И все же мы любим Чейза и Эрикссона не за это – мы любим их за исследование студента-психолога, вошедшего в историю под инициалами S. F. Есть подозрение, что на самом деле его звали Стив Фэлон (и он был соавтором статьи про себя), потому что если он даже не был соавтором, то совсем непонятно, как его убедили приносить такие огромные жертвы ради науки,. В течение 20 месяцев он 3–5 раз в неделю приходил в лабораторию и каждый раз проводил час за высокоинтеллектуальным и увлекательным занятием: запоминал случайные последовательности цифр. Ему называли какие‐то цифры, например: 3, 4, 9, 2, 8, 9, 3. Он должен был их повторить. Попробуйте тоже. Если у вас получилось, то в следующий раз последовательность будет на одну цифру длиннее. Если не получилось – на одну цифру короче.

Сначала S. F. был способен удержать в своей рабочей памяти около 7 цифр. Но потом это число начало расти. И расти. И расти. В конце периода тренировок он мог воспроизводить последовательность из 79 цифр, которую услышал один раз.

Означает ли это, что у S. F. улучшилась рабочая память? Как ни парадоксально, нет. Во-первых, когда исследователи тестировали его, используя не цифры, а какие-нибудь другие стимулы (например, согласные буквы), он по‐прежнему запоминал 6–7 единиц информации, как и любой нормальный человек. Во-вторых, и это самое главное, он и в случае с цифрами держал в рабочей памяти те же самые 6–7 единиц информации. Просто каждая из этих единиц была комплексной. Включала в себя много цифр.

S. F. серьезно увлекался бегом – и как спортсмен, и как болельщик. На первом этапе обучения его прогресс был связан с тем, что он ассоциировал цифры с какими‐то конкретными беговыми рекордами, которые уже хранились в его долговременной памяти. Когда он слышал “3492”, он не запоминал четыре цифры. Он успевал подумать: “3 минуты и 49,2 секунды – приблизительно мировой рекорд бега на милю” – и дальше помнил одну единицу информации, мировой рекорд. Для тех последовательностей, которые не соответствовали никаким рекордам, он представлял что-нибудь другое, например возраст человека (893 – 89 лет и 3 месяца) или дату (1944 – война почти закончилась). Первый скачок в обучении был связан именно с тренировкой способности быстро подбирать ассоциации для любых сочетаний цифр. Второй скачок – с тем, чтобы научиться группировать несколько таких единиц. Таким образом, 34928931944 превращались у S. F. в единый образ “мировой рекорд бега на милю, установленный очень старым человеком в конце мировой войны”, а дальше он аналогичным образом группировал следующие цифры, которые ему называли.

Используя такие приемы, вы тоже можете натренироваться запоминать 79 цифр, чтобы поражать этим знакомых на вечеринках. Но лучше уловить общий принцип. Наши способности к обработке информации ограничены, но резко расширяются, если мы можем опереться на какие‐то знания, которые уже записаны в долговременной памяти. Собственно, именно это и отличает профессионалов от новичков: у них разная эффективность работы с потоком информации. У профессионала больше шансов сфокусироваться на самом важном, и так происходит именно потому, что он тратит меньше ресурсов на обработку того, что ему уже и так известно.

В социологии есть такая метафора – эффект Матфея, названный в честь того самого апостола: “Ибо всякому имеющему дастся и приумножится, а у неимеющего отнимется и то, что имеет” (Мф. 25:29). Чем больше славы, тем больше славы: продать третью книжку несопоставимо проще, чем первую, даже если она жутко занудная. Чем больше денег, тем больше денег: их излишек не только растет на вкладах, но и позволяет совершать какие‐то более выгодные покупки, допустим платить за интернет на год вперед с большой скидкой. Чем больше знаний, тем больше знаний, тут совершенно то же самое: если вы уже умный и у вас уже много всяких концепций записано в долговременной памяти, то вам будет требоваться намного меньше усилий на освоение новой информации, ведь в ней так или иначе есть параллели с тем, что вам уже известно. Жизнь несправедлива, но если понимать, как именно она несправедлива, то этот маховик можно раскрутить в правильном направлении.