Текст книги "Мозг: Ваша личная история"

Синхронизация чувств

Итак, мы видели, что мозгу для формирования восприятия необходимо сравнивать друг с другом разные потоки сенсорных данных. Однако есть один аспект, который превращает такое сравнение в настоящее достижение, – это синхронизация. Все потоки сенсорных данных – зрение, слух, осязание и т. д. – обрабатываются мозгом с разной скоростью.

Представьте спринтеров на беговой дорожке. Зрителю кажется, что они срываются с места в момент выстрела стартового пистолета. Но происходит это не мгновенно: просмотрев старт в замедленном темпе, вы заметите довольно большую задержку между выстрелом и началом движения – почти две десятые секунды. (На самом деле если бегуны стартуют раньше, их дисквалифицируют за фальстарт.) Спортсмены тренируются, чтобы сделать эту задержку как можно меньше, серьезным препятствием на этом пути становится биология человека: мозг должен зарегистрировать звук, послать сигналы в моторную зону коры, а затем по спинному мозгу к мышцам тела. В спорте, где победу от поражения могут отделять сотые доли секунды, эта реакция кажется на удивление медленной.

Спринтеры быстрее стартуют по звуковому сигналу (нижний снимок), чем по световому (верхний снимок).

Можно ли уменьшить задержку, если вместо звукового сигнала использовать, например, вспышку? В конце концов, свет распространяется быстрее звука – не позволит ли это бегунам стартовать быстрее?

Я пригласил знакомых спринтеров, чтобы проверить свое предположение. На верхнем снимке мы стартуем по вспышке света, на нижнем – по звуку стартового пистолета.

Мы медленнее реагируем на свет. На первый взгляд это нелогично, если учесть скорость света во внешнем мире. Но, если мы хотим понять, что происходит, необходимо рассмотреть скорость обработки информации в мозгу. Зрительные данные подвергаются более сложной обработке, чем слуховые. Сигналам, несущим зрительную информацию, требуется больше времени, чтобы пройти через зрительную систему, чем сигналам от выстрела, чтобы пройти через слуховую систему. На свет мы способны среагировать за 190 миллисекунд, а на звук – всего за 160 миллисекунд. Вот почему в спорте используют стартовый пистолет.

А вот тут начинаются странности. Мы только что убедились: мозг обрабатывает звуковые сигналы быстрее световых. Теперь внимательно проследите, что происходит, когда вы хлопаете в ладоши. Попробуйте. Изображение и звук синхронизированы. Как это может быть, если звук обрабатывается быстрее? Значит ли это, что ваше восприятие реальности в конечном счете является результатом хитрого редактирования: мозг скрывает разницу во времени поступления сигналов? Каким образом? То, что мы считаем реальностью, на самом деле является задержанной версией. Мозг собирает всю информацию от органов чувств, а затем рисует картину происходящего.

Сложная синхронизация характерна не только для слуха и зрения: для обработки каждого типа сенсорной информации требуется разное время. Например, сигналам от большого пальца ноги требуется больше времени, чтобы дойти до мозга, чем сигналам от носа. Но восприятие от этого не нарушается. Сначала вы собираете все сигналы, и поэтому все выглядит синхронизированным. В результате получается странная ситуация: вы живете в прошлом. То, что вы считаете происходящим в данный момент, на самом деле уже давно прошло. Платой за синхронизацию данных, поступающих от органов чувств, является задержка сознательного понимания того, что происходит в материальном мире. Это непреодолимый лаг между событием и его сознательным восприятием.

Органы чувств отключаются, но шоу продолжается?

Наше восприятие реальности полностью конструируется мозгом. В его основе лежат потоки данных от органов чувств, но само восприятие от них не зависит. Откуда нам это известно? Все просто: если отключить органы чувств, реальность не исчезает. Она искажается.

В один из солнечных дней я приехал в Сан-Франциско и сел на катер, который повез меня через холодные воды залива к Алькатрасу, некогда знаменитой тюрьме на острове. Я собирался взглянуть на одну камеру, получившую название «Дыра». Нарушителей закона отправляли в Алькатрас. Нарушителей правил Алькатраса отправляли в Дыру.

Я вошел в камеру и закрыл за собой дверь. Размеры помещения – примерно три на три метра. Меня обступила кромешная тьма: сюда не проникал ни один фотон света. Звуки извне тоже полностью заглушались. Здесь вы оставались наедине с самим собой.

Как себя чувствует человек, запертый в камере на много часов или дней? Чтобы это выяснить, я побеседовал с бывшим заключенным, которого сюда помещали. Роберта Люка, осужденного за вооруженное ограбление, поместили в Дыру на двадцать девять дней за то, что он разгромил свою камеру. Люк так описывает свои впечатления: «Темная Дыра была плохим местом. Некоторые парни не выдерживали. Я имею в виду, что они попадали туда и через пару дней бились головой о стену. Неизвестно, как вы будете себя вести, когда окажетесь там. Лучше не пробовать».

В полной изоляции от внешнего мира, из которого не проникал ни звук, ни свет, глаза и уши Люка сигналов не получали, но его сознание не утратило представления об окружающем мире. Оно продолжало его конструировать. Вот как Люк описывает свои ощущения: «Я помню путешествия. Особенно полет на воздушном змее. Это было как наяву. Но все происходило только у меня в голове». Мозг Люка продолжал видеть.

Такие ощущения нередки для заключенных, сидящих в одиночных камерах. Другой человек, побывавший в Дыре, рассказывал, что перед его внутренним взором появлялось пятно света; он мог расширить это пятно, превратить его в экран и смотреть телевизор. Заключенные рассказывали, что, лишенные новой сенсорной информации, они не просто грезили наяву – их ощущения казались абсолютно реальными. Они не представляли образы, а видели их.

Подобные свидетельства указывают на характер связи между внешним миром и тем, что мы принимаем за реальность. Как понять, что происходило с Люком? В традиционной модели зрения восприятие является результатом обработки данных, которая начинается в глазах и заканчивается в некой таинственной конечной точке мозга. Однако, несмотря на простоту этой конвейерной модели зрения, она неверна.

На самом деле мозг создает собственную реальность, причем даже раньше, чем получает информацию от глаз и других органов чувств. Это называется внутренней моделью.

Мозг как город

Работа мозга, как и жизнь города, состоит из сетевого взаимодействия бесчисленных частей. Нередко возникает искушение приписать каждому участку мозга определенную функцию – «данный участок отвечает за это». Однако, несмотря на многолетние попытки построения такой схемы, работа мозга не может рассматриваться как сумма действий ряда строго очерченных модулей.

Мозг правильнее сравнивать с городом. Если, взглянув на город, вы спросите: «Где тут находится экономика?» – то поймете, что удовлетворительного ответа на этот вопрос не существует. Экономика возникает из взаимодействия всех элементов – от магазинов и банков до торговцев и покупателей.

То же самое можно сказать о работе мозга: она распределена. Как и в городе, все элементы в нем связаны. И в мозгу, и в городе все возникает в результате взаимодействия между жителями на всех уровнях, и локальных, и удаленных. В город поезда привозят материалы, которые обрабатываются экономическими субъектами, а в нашем теле первичные электрохимические сигналы от органов чувств доставляются по «автострадам» нейронов к мозгу. Там эти сигналы обрабатываются и превращаются в осознаваемую реальность.

Основу внутренней модели можно увидеть в анатомии мозга. Таламус расположен между глазами в передней части головы, а зрительная зона коры – в затылочной области. Бо́льшая часть сенсорной информации по пути в соответствующую зону коры проходит через таламус. Зрительная информация поступает в зрительную зону коры, и поэтому туда от таламуса идет огромное количество связей. Удивительно другое: количество связей, идущих в обратном направлении, в десять раз больше.

Подробное представление о мире – другими словами, «догадки» мозга о том, что там происходит, – передается от зрительной зоны коры в таламус. Затем таламус сравнивает эту информацию с той, которая поступает от глаз. Если ожидания оправдываются («когда я поверну голову, то увижу там стул»), то назад в зрительную систему уходит очень мало сигналов. Таламус просто сообщает о разнице между информацией от глаз и тем, что предсказала внутренняя модель мозга. Другими словами, в зрительную кору направляется лишь то, что не соответствует ожиданиям (мы также называем это «ошибкой»): то, что не было предсказано.

Зрительная информация поступает из глаз в латеральное коленчатое ядро, а затем в первичную зрительную зону коры (золотистый цвет). Как это ни странно, в десять раз больше связей передают информацию в обратном направлении (фиолетовый цвет).

Таким образом, в любой момент то, что мы принимаем за зрение, основано не столько на потоке света, попадающем в наши глаза, сколько на том, что уже находится у нас в голове.

Именно этим объясняются яркие зрительные ощущения Роберта Люка, сидевшего в абсолютно темной камере. Когда он был заперт в Дыре, его органы чувств не снабжали мозг новой информацией, и поэтому внутренняя модель ничем не корректировалась, в результате он видел яркие краски и слышал громкие звуки. Даже отрезанный от внешних данных, мозг продолжает генерировать собственные образы. Внешнего мира больше нет, но представление продолжается.

Чтобы почувствовать внутреннюю модель, не обязательно попадать в Дыру. Многие люди получают огромное удовольствие от камер сенсорной депривации – темных капсул, где они плавают в соленой воде. Избавляясь от якоря внешнего мира, они освобождают свой внутренний мир.

Кроме того, у каждого из нас имеется своя камера сенсорной депривации. Ночью во время сна перед вашими глазами проплывают необыкновенно живые и реалистичные зрительные образы. Глаза закрыты, но вы наслаждаетесь богатым и ярким миром снов, веря в реальность каждой мелочи.

Увидеть свои ожидания

Когда вы идете по улице, то узнаете все автоматически, без необходимости вдаваться в детали. Мозг делает предположения о том, что вы видите, на основе внутренней модели, которая создана на основе многолетнего опыта пребывания на улицах города. Весь ваш предыдущий опыт внес вклад в построение внутренней модели.

Вместо того чтобы с помощью органов чувств каждый раз заново создавать реальность с нуля, вы сравниваете сенсорную информацию с моделью, уже построенной мозгом: дополняете, уточняете, исправляете. Мозг так умело справляется с этой задачей, что обычно вы ничего на замечаете. Но иногда, при определенных условиях, вы можете наблюдать этот процесс.

Когда вы смотрите на обратную сторону пустотелой маски (справа), она кажется выпуклой. То, что мы видим, очень сильно зависит от наших ожиданий.

Возьмите пластмассовую маску вроде тех, что носят на Хеллоуин. Теперь поверните ее вогнутой стороной к себе. Вы знаете, что внутри у нее пусто, но все равно видите выпуклое лицо. То есть вы воспринимаете не данные, попадающие к вам через глаза, а внутреннюю модель – модель, которая всю вашу жизнь создавалась выпуклыми лицами людей. (Существует простой способ самостоятельно продемонстрировать иллюзию пустотелой маски: сделайте отпечаток лица в свежем снегу и сфотографируйте его. Изображение на снимке воспринимается мозгом как объемная, выпуклая скульптура из снега.)

Кроме того, именно внутренняя модель обеспечивает стабильность внешнего мира, даже когда вы двигаетесь. Представьте, что перед вами городской пейзаж, который вам хочется запомнить. Вы достаете сотовый телефон и снимаете видео. Но вместо того чтобы плавно вести камеру для панорамной съемки, вы начинаете двигать ее так, как двигаются ваши глаза. Вы этого не замечаете, но глаза совершают быстрые скачкообразные движения приблизительно четыре раза в секунду. Если бы вы точно так же снимали на камеру телефона, то скоро обнаружили бы, что ничего хорошего из этого не выходит: смотреть на дергающиеся кадры практически невозможно.

Но почему окружающий мир выглядит стабильным? Почему не дергается, как неумело снятое видео? Причина проста: внутренняя модель оперирует предположением, что окружающий мир стабилен. Глаза не похожи на видеокамеры – они просто выискивают дополнительные подробности для внутренней модели. Это не объективы, через которые вы смотрите наружу; они лишь собирают информацию для построения мира внутри вашего черепа.

Внутренняя модель имеет низкое разрешение, но способна обновляться

Наша внутренняя модель окружающего мира позволяет быстро оценить обстановку. И это ее главное назначение – сориентировать нас. Не столь очевидно другое: какое огромное количество мелких деталей мозг пропускает. Мы пребываем в иллюзии, что видим окружающий мир во всех подробностях. Но как показывает эксперимент, проведенный в 1960-х гг., это представление ошибочно.

Русский психолог Альфред Ярбус придумал способ проследить за движением глаз человека, когда он видит какое-либо изображение впервые. Ярбус в течение трех минут показывал участникам эксперимента картину Ильи Репина «Не ждали», попросив запомнить во всех подробностях, а затем убирал картину и предлагал ее описать.

Когда я воспроизводил этот эксперимент, то дал испытуемым время, чтобы их мозг построил внутреннюю модель изображения. Но насколько подробна эта модель? Я задавал участникам эксперимента вопросы о картине, и все были уверены, что прекрасно помнят ее. Но при попытке выяснить детали стало ясно, что бо́льшая их часть не запечатлелась в мозгу испытуемых. Сколько картин висело на стенах? Какая еще мебель была в комнате? Сколько там детей? Лежал ли на полу ковер? Какое выражение лица у нежданного гостя? Невозможность ответить на эти вопросы указывает, что люди имели только общее представление о картине. И они очень удивились, обнаружив, что даже при таком низком разрешении внутренней модели у них сохранялось ощущение ее полноты. После вопросов я снова дал им взглянуть на картину, чтобы кое-что прояснить. Их глаза искали информацию и передавали ее для новой, усовершенствованной внутренней модели.

Мы проследили за движениями глаз добровольцев, смотревших на картину Ильи Репина «Не ждали». Белые полоски показывают движения глаз. Хотя взгляд перемещался по всей картине, в мозгу не запечатлелось почти никаких подробностей.

И это не ошибка мозга. Он не пытается создать точную симуляцию окружающего мира. Внутренняя модель представляет собой грубое приближение – достаточное, чтобы мозг знал, где при необходимости искать мелкие детали и дополнительные подробности.

Почему же мозг не дает нам полной картины? Дело в том, что с точки зрения затрат энергии мозг обходится нам очень дорого. На него расходуется 20 % потребляемых нами калорий. Поэтому мозг старается работать как можно эффективнее, то есть обрабатывать минимальное количество информации от органов чувств – лишь бы ее хватило для ориентации в окружающем мире.

Нейробиологи не были первыми, кто обнаружил, что человек не обязательно видит то, на чем остановился его взгляд. Фокусникам это давно известно. Управляя вниманием зрителей, они проделывают ловкие трюки прямо у них на глазах. Их действия должны были бы привести к разоблачению, однако фокусники могут не беспокоиться – мозг обрабатывает лишь малую толику зрительной информации.

Это помогает объяснить большое количество автомобильных аварий, когда водители сбивают пешеходов, которых прекрасно видят, или сталкиваются с другими машинами, находящимися прямо перед ними. Во многих случаях глаза смотрели в нужном направлении, но мозг не видел, что там действительно происходит.

Запертые в тонком слое реальности

Мы считаем цвет одним из основных свойств окружающего нас реального мира. Однако вне нас цвета не существует.

Когда электромагнитные волны встречают на своем пути какой-либо объект, часть их отражается от него и попадает нам в глаза. Мы способны различать миллионы комбинаций длин волн, однако эти комбинации превращаются в цвет только в нашей голове. Цвет – это интерпретация длин волн, существующая лишь в нашем мозгу.

Еще более странным выглядит тот факт, что длины волн, о которых идет речь, принадлежат к так называемому «видимому свету», то есть спектру длин волн от красного до фиолетового. Но видимый свет – это всего лишь крошечная часть всего электромагнитного спектра, менее одной десятитриллионной. Остальной спектр – в том числе радиоволны, микроволны, рентгеновские лучи, гамма-лучи, частоты сотовой связи, беспроводного доступа в интернет и т. д. – мы просто не замечаем, хотя непрерывно подвергаемся его воздействию. Все дело в том, что у нас нет специализированных биологических рецепторов, чтобы выделять эти сигналы из широкого спектра. Срез реальности, который мы способны видеть, ограничен нашей биологией.

Каждый вид живых существ воспринимает собственный срез реальности. В мире клеща, лишенном красок и звуков, из внешней среды поступают такие сигналы, как температура и запах. Летучие мыши используют эхолокацию воздушных потоков. Для гимнотообразных рыб внешний мир описывается пертурбациями электрических полей. Это срезы их экосистем, которые они в состоянии обнаружить. Никто не может почувствовать объективную реальность во всей ее полноте; каждое животное воспринимает лишь то, что научилось воспринимать в результате эволюции. Тем не менее все они должны считать этот срез реальности полной картиной объективного мира. Зачем нам представлять нечто, что мы не в состоянии воспринимать?

Люди воспринимают крошечную часть информации, переносимой электромагнитным спектром. Окрашенный в цвета радуги диапазон, обозначенный как «видимый свет», имеет ту же природу, что и остальной спектр, но это единственная его часть, для которой у нас есть биологические рецепторы.

Как же на самом деле «выглядит» мир за пределами нашей головы? В нем отсутствует не только цвет, но и звук: уплотнения и разрежения воздуха воспринимаются нашими ушами и преобразуются в электрические сигналы. Затем мозг преподносит нам эти сигналы как приятную мелодию, шипение, стук или звон. Реальность также лишена запаха, который существует только в нашем мозгу. Присутствующие в воздухе молекулы связываются с рецепторами у нас в носу, и мозг интерпретирует их как разные запахи. Реальный мир вовсе не заполнен яркими сенсорными событиями – это наш мозг окрашивает его своим чувственным восприятием.

Ваша реальность, моя реальность

Откуда мне знать, что моя реальность совпадает с вашей? Для большинства людей это определить невозможно, однако среди нас живут те (их очень немного), чье восприятие реальности явно отличается от восприятия остальных.

Возьмем, например, Ханну Босли. Когда она смотрит на буквы алфавита, у нее возникает ощущение цвета. Для Ханны очевидно, что «J» фиолетовая, а «Т» красная. Буквы автоматически включают цветовое восприятие, причем ассоциации остаются неизменными. Собственная фамилия для Ханны похожа на закат – сначала желтый, который переходит в красный, затем приобретает цвет облака, после чего снова становится красным и желтым. Имя Йен вызывает у нее ассоциацию с рвотными массами, хотя она ничего не имеет против людей с таким именем.

Ханна не поэт и не имеет склонности к метафорам – у нее особенность восприятия, которое называют синестезией. Это состояние, при котором ощущения (а иногда и понятия) смешиваются. Существует большое количество разновидностей синестезии. Некоторые люди чувствуют вкус слов. Некоторые ассоциируют звук с цветом. Другие слышат движения. Тот или иной вид синестезии наблюдается приблизительно у 3 % населения.

Ханна всего лишь одна из 6000 людей с синестезией, которых я изучал в своей лаборатории; на самом деле она два года работала у меня. Я изучал синестезию потому, что это одно из немногих состояний, когда восприятие другого человека явно отличается от моего. Становится очевидным тот факт, что люди по-разному воспринимают окружающий мир.

Синестезия является результатом перекрестных связей между сенсорными зонами мозга – эта картина напоминает соседние районы города с полупроницаемыми границами. Синестезия демонстрирует, что даже микроскопические изменения в структуре нервных связей могут привести к разным реальностям.

Встреча с каждым человеком, обладающим этой особенностью, напоминает мне о том, что у разных людей внутреннее восприятие реальности может несколько отличаться.