Как мы видим? Нейробиология зрительного восприятия

 
14 | Зрение и сознание
Где-то что-то невероятное ждет своего познания.
БЛЕЗ ПАСКАЛЬ
Мне неизвестно, что может уготовить нам будущее, но, что бы там ни было, я иду навстречу этому смеясь.
ГЕРМАН МЕЛВИЛЛ
За всем тем, что сказано было здесь о восприятии, маячит один ключевой вопрос: кто наблюдатель? И где он «находится» в головном мозге? Не только изучать восприятие, но и размышлять о его глубинной природе – естественно для нас, ученых и обычных людей. Изучая восприятие, мы выступаем в роли внешнего наблюдателя: мы находимся за пределами мозга (или компьютера), наблюдаем за нервными импульсами (или электронами), бегущими туда-обратно по нейронным сетям, и пытаемся выяснить, как все это отражает внешний мир. И это вполне выполнимая задача – понять, как нейроны мозга представляют реальный физический мир, чтобы помочь нам не попасться в лапы хищника или пройтись по городской улице. Наш мозг составляет точную карту визуальной реальности, которая позволяет нам брать руками нужные предметы или объезжать препятствия, несясь с горы на лыжах. Но как насчет внутреннего наблюдателя? Неужели в нашей голове сидит некий маленький человечек, «гомункулус», который, как зритель в театре, созерцает все данные чувственного опыта? [36]
Пожалуй, самое труднообъяснимое во всем том, что я рассказал вам здесь о зрении, – так называемая проблема связывания. Каким образом мозг связывает все эти разнообразные и разрозненные визуальные входные сигналы, чтобы создать целостное восприятие – например, красного автомобиля, движущегося слева направо?
Разложение визуального ввода на параллельные потоки информации является фундаментальным принципом работы зрительной системы. Давайте еще раз вернемся к сетчатке. Первое, что делает сетчатка, – улавливает свет и сжимает широкий диапазон яркости до узкого рабочего диапазона. Второе – значительная часть сетчатки занимается фрагментацией визуального изображения, разбиением его на отдельные сигналы, представляющие движение, цвет, края и т. д. Это действительно разные сигналы: чувствительная к направлению движения ганглионарная клетка ничего не сообщает мозгу о цвете движущегося объекта, а кодирующие цвет клетки ничего не говорят о наличии или отсутствии краев.
Эти раздельные информационные потоки поступают в разные отделы мозга. Большинство нейронов сетчатки отправляют свои сигналы в латеральное коленчатое тело, откуда те поступают в зрительную кору головного мозга. Но некоторые клетки отклоняются от этой модели и направляют свои аксоны в другие функциональные зоны. Так, клетки, отвечающие за восприятие абсолютной яркости, направляют свои сигналы в центры мозга, регулирующие цикл сна – бодрствования. Другая группа клеток обеспечивает специализированный визуальный ввод для стабилизации глаз. Но все потоки сигналов нигде не сводятся вместе анатомически – во всяком случае они обрабатываются раздельно простыми и сложными клетками зрительной коры, детекторами сложных движений средней височной коры и т. д. Как они снова «связываются» вместе в единое целостное восприятие?
Предложенный нейробиологом Анной Трейсман ответ основан на том факте, что все эти начальные области зрительной системы мозга, судя по всему, содержат топографическую карту сетчатки: такая карта была обнаружена в зрительных зонах V1 и V2, в средней височной области и в более высоких областях височной коры. Что, если эти топографические карты связаны таким образом, что, например, клетки, представляющие цвет, точка в точку совпадают с простыми или сложными клетками в областях V1, V2, V3, V4 и в участках распознавания лиц в височной коре? Эксперименты показали, что такие связи действительно существуют.


На рисунке справа – изображение, которое может создавать группа нейронов в зоне V1, специализирующаяся на выделении границ, и оно немного напоминает схематическое HOG-изображение. Среднее изображение может быть выходом нейронов в сетчатке или ЛКТ, которые специализируются только на усилении краев. Изображение слева дополнено репрезентацией цвета, в данном случае оттенков серого, за что отвечает, в частности, определенный тип клеток сетчатки с устойчивым ответом. Если три данных изображения представлены в разных отделах мозга в виде отдельных топографических карт, мозг может на каком-то этапе накладывать эти карты друг на друга и получать единое изображение, как на рисунке слева.
Вольф Зингер, Кристоф фон дер Мальсбург и другие немецкие коллеги выдвинули иную гипотезу, предположив, что целостное изображение объекта может формироваться благодаря синхронизированному срабатыванию нейронов, создающих отдельные репрезентации. В ответ на репрезентацию выделенных краев возбуждаются нейроны, отвечающие за репрезентацию объекта, а также за цветовую репрезентацию. Их синхронное срабатывание говорит мозгу, что все эти три репрезентации относятся к одному объекту. В настоящее время существование этого механизма пытаются подтвердить экспериментальным путем.
* * *
За всем этим стоит еще более фундаментальная проблема, издавна интересующая людей: что такое наше сознание? Где именно оно находится? Где обитает наше «я»? Большинству из нас кажется, что наша сознательная сущность сосредоточена в голове, в области, расположенной непосредственно за глазами. Не может ли это быть тем самым центром, который решает вышеупомянутую проблему связывания – который собирает все фрагментированные сигналы, поступающие от сетчатки и других отделов мозга, и с поразительной точностью соединяет их, получая целостную репрезентацию внешнего мира? Но как обычный комок мягкой мозговой ткани может создавать мое уникальное «я», центр моей личной вселенной? Это касается не только меня: у каждого из нас есть субъективное ощущение «я существую». Но что такое это «я» и где именно оно существует? Меня не удовлетворяет ни один из предложенных до сих пор ответов.