Текст книги "Автостопом по мозгу. Когда вся вселенная у тебя в голове"

Аксоны ганглионарных клеток собирают сигналы от сетчатки, образуют зрительный нерв, и он отправляется от сетчатки глаза внутрь мозга. Там часть волокон перекрещивается: аксоны от половины сетчатки, которая ближе к носу, меняются местами; в итоге то, что мы видим слева, анализирует правое полушарие, а тем, что справа, занимается левое. После перекреста зрительные нервы становятся зрительными трактами. От перекреста основная часть нервных волокон направляется к таламусу, хотя небольшая часть отправляется к верхним буграм четверохолмия и в некоторые другие зоны – например, через гипоталамус и спинной мозг к эпифизу, который занимается циклами сна и бодрствования. Верхние бугры четверохолмия отвечают за ориентировочные рефлексы – они управляют движениями глаз и способны оперативно переводить взгляд на новый стимул, который появился на периферии нашего поля зрения, чтобы мы могли быстро его рассмотреть, распознать и отреагировать, если требуется. Еще одна область, которая может получать зрительные сигналы напрямую, находится возле покрышки мозга: считается, что она помогает животным обходить препятствия во время перемещений [5].

Часто, резко переводя взгляд с одного объекта куда-то еще, можно увидеть как бы его отпечаток в пространстве. Он называется послеобразом.

Латеральное коленчатое тело – это отдел таламуса, который получает зрительную информацию и передает сигнал дальше к зрительной коре. Здесь сигналы распределяются по сегментам: отдельно от правого и левого глаза и отдельно от мелкоклеточных и крупноклеточных ганглионарных клеток: то есть мелкие детали изображения и перемещения объектов по сетчатке от каждой из них анализируются по отдельности параллельно друг другу. Отсюда сигналы попадают в первичную зрительную кору, где впервые происходит сопоставление сигналов от правого и левого глаза – благодаря этому изображения могут приобретать глубину и объем.

Зрительная кора расположена в затылочной части больших полушарий, большая ее часть прячется между полушариями на их срединной поверхности. Вокруг первичной зрительной коры (V1), связанной с таламусом, находятся более высокоуровневые отделы, получающие зрительную информацию после обработки в V1.

Устройство зрительной коры

Хотя мы не точно не знаем, происходит ли осознанное зрительное восприятие в первичной зрительной коре (скорее всего, нет), очевидно, что без работы V1 оно невозможно.

Люди с повреждениями в V1 обладают слепозрением: при таком расстройстве они не осознают, что могут видеть, но каким-то образом пользуются зрением неосознанно: обходят предметы, указывают на них или, например, просовывают письмо в прорезь ящика намного увереннее и точнее, чем слепые. Пациенты с такими повреждениями зачастую способны даже верно назвать цвет, форму и направление движения объекта, настаивая, однако, что лишь делают предположения и ничего перед собой не видят [6]. Еще одна особенность слепозренияя – неспособность к визуальному воображению: такие люди не могут мысленно представить предмет и не видят сновидений.

Первичная зрительная кора анализирует простейшие формы вроде точек и ориентированных полос и их перемещения в зрительном поле в различных областях сетчатки. Соседние области в коре V1 анализируют сигналы от соседних нейронов в сетчатке – это называется ретинотопией. Центральная область сетчатки больше представлена в коре, чем периферия, поскольку посылает больше информации.

Многие нейроны в V1 работают как детекторы признаков, где каждая клетка настроена на определенное сочетание параметров: например, нейрон может активироваться, только если замечает вертикальную красную полосу в определенной области сетчатки, и она движется справа налево. Если полоса движется слева направо, нейрон промолчит. Нейроны, предпочитающие определенное направление полосы, образуют вертикальные колонки. Если сдвигаться вдоль поверхности коры вбок, оптимальная ориентация постепенно будет поворачиваться, совершая полный оборот вокруг оси примерно 1 мм.

Из первичной зрительной коры V1 сигналы отправляются в V2 – это первый в иерархии ассоциативный зрительный отдел, где анализируются все более сложные признаки зрительных образов. V2 тоже обладает ретинотопией, она делится на четыре квадранта, где анализируется одна четверть зрительного поля – верхняя или нижняя половина правого или левого зрительного поля. Здесь анализируются не только сложные формы и их ориентация в пространстве, но и воспринимаемая глубина изображения, то есть мир приобретает объем.

Более высокоуровневые зоны изучены намного хуже, чем V1 и V2. Ученые делают предположения о том, чем они заняты, исследуя зрительное восприятие у обезьян и пациентов с повреждениями в этих отделах. Считается, что зоны с V3 по V6 анализируют различные движения объектов в поле зрения. Некоторые из этих зон активируются на особый тип зрительных иллюзий, когда человеку кажется, что объекты движутся, хотя на самом деле картинка неподвижна, то есть мозг может видеть движение там, где его нет. Зрительная кора V7, вероятно, связана с восприятием симметричных форм, а V8, скорее всего, нужна для нормального цветовосприятия.

Информация от обоих глаз сходится в первичной зрительной коре, но затем опять раздваивается. Как ни странно, у мозга не только два глаза, но и две независимые зрительные системы, которые по-разному используют то, что мы видим [5]. Из V1 информация отправляется по двум направлениям. Вниз, в сторону височной доли, идет поток, отвечающий за распознавание объектов, которые мы видим, – это путь ЧТО. Одновременно вверх, в сторону теменной доли, направляется второй поток, отвечающий за локализацию объектов в пространстве и за то, чтобы мы могли ими манипулировать, – это путь ГДЕ/КАК. В коре есть что-то вроде разделения труда: одни зоны заняты тем, что пытаются определить, ЧТО мы видим, а другие в это время стараются понять, ГДЕ это находится (и КАК это удобнее всего схватить).

Как это часто бывает, разобраться с тем, как устроены эти системы, помогли пациенты. У человека есть около трех десятков зрительных отделов, и повреждения в любом из них могут вызвать проблемы со зрением, но проявляться они будут по-разному [5]. Если у человека в обоих полушариях мозга поврежден вентральный (то есть нижний) путь ЧТО, у него развивается зрительная агнозия: он не может назвать или описать, что видит, но с легкостью берет предмет. Удивительно в этом синдроме то, что человек не может сказать или показать руками размеры блока, но при этом расставляет пальцы ровно на то расстояние, которое требуется, чтобы схватить блок рукой. Короче говоря, пациент со зрительной агнозией управляет движениями, полагаясь на зрительную информацию, о которой он понятия не имеет, если его об этом спросить.

Двусторонние повреждения дорсального (то есть верхнего) пути ГДЕ/КАК называются зрительной атаксией. В этом случае человек, наоборот, прекрасно видит, что перед ним, может описать форму, размер и ориентацию предметов, но не может взять предмет – он путается с тем, насколько широко нужно раскрыть ладонь и как далеко протянуть руку, чтобы удобно схватить то, что находится у него перед носом.

Крайне редко встречаются случаи, когда повреждения в дорсальном пути ограничены небольшими областями, избирательно реагирующими на передвижения объектов. Такие люди имеют почти нормальное зрение, вот только мир для них замирает и воспринимается как серия статичных кадров, в которых ничего не двигается, просто внезапно один кадр сменяет другой, где все совершенно иначе. Только что воды в стакане было на донышке, и вот уже она переполнила стакан, и вокруг него красуется лужица. Только что автомобиль был на горизонте, и внезапно он оказывается перед самым носом, а спустя время опять виднеется где-то вдали.

Наша сетчатка умеет (хоть и с опережением всего на несколько десятков миллисекунд) предсказывать будущее!

Если в результате инсульта у человека повреждаются определенные области в нижней части височных долей, может развиться прозопагнозия – проще говоря, он перестает узнавать лица, потому что отдел коры, который этим занимается, не работает.

Повреждения в различных областях затылочной и височной долей могут вызывать проблемы с восприятием цвета, симметрии, неподвижных объектов (при этом с подвижными все будет в порядке), с чтением (без проблем с письмом и пониманием речи на слух). Такие истории еще раз показывают, что зрительное восприятие – не пассивный процесс: множество отделов мозга слаженно работают, чтобы сконструировать модель видимого мира, и если какие-то из них перестают функционировать, модель мира лишается каких-то подробностей, которые мозгу просто нечем воспринимать.

Поток ЧТО не только отвечает за узнавание объектов, но и контролирует визуальное воображение и зрительную память. Чтобы мысленно представить себе что-то, нужен нижний поток, а чтобы сделать что-то прямо здесь и сейчас, не обойтись без верхнего. Вероятно, эти пути по-разному воспринимают видимый мир во времени и пространстве: зрение для действий должно оперативно анализировать картинку в целом, чтобы мы могли точно отбить теннисную подачу, а образное зрение позволяет рассматривать изображения в мельчайших подробностях, забыв о времени. В любом случае две эти системы прекрасно дополняют друг друга и выглядят единым целым до тех пор, пока каждая из них исправно работает.

Мы часто забываем о том, что наше зрение отражает не физическую реальность, а то, что мозг думает о ней. Все потому, что чаще всего мозг чрезвычайно точен в своих интерпретациях. Используя плоские проекции с искажениями и неточностями на периферии – это все, чего можно добиться от сетчатки глаз, мозг выстраивает яркую и объемную картину. Вдобавок ко всему хитрый мозг самоустраняется из процесса восприятия: создает для нас впечатление, что наблюдаемый мир находится не в голове, а перед глазами и появляется там сам собой, без всякого участия зрительной коры.

Но иногда физическая реальность и то, как мы ее воспринимаем, расходятся настолько, что это нельзя не замечать, и тогда мы видим зрительные иллюзии. Иллюзии – это бреши в картине мира, которую рисует наш мозг, и через них можно подглядывать за тем, как он работает. Иллюзии появляются тогда, когда мозг не верит глазам и подправляет то, что мы видим. Подумать только: для мозга глаза – единственный источник зрительной информации, и тем не менее он считает, что ему виднее. Почему же так происходит?

Примеры зрительных иллюзий

Собственно, это как раз то, о чем нам могут рассказать зрительные иллюзии. И стоит признать, что у мозга есть веские причины «вносить правки». Ниже список самых важных причин, почему мозг не верит глазам [7]:

1. Сетчатка плоская, а мир объемный. Из трех измерений нам остаются только ширина и высота, а глубина мира схлопывается. В общем случае восстановить трехмерную реальность по двумерному изображению нельзя: любой плоской фигуре, попадающей на сетчатку, может соответствовать бесконечное множество форм в трехмерном мире. Например, шары, эллипсы, цилиндры и конусы самых разных размеров могут выглядеть на сетчатке как одно круглое пятно.

Мозг не полагается только на бинокулярное зрение и использует еще множество трюков, чтобы достроить третье измерение по плоским изображениям, которые мы видим.

Если дорисовать к линии еще несколько под разными углами, мозг использует эту дополнительную информацию, чтобы добавить в картину глубину, а затем применяет ее, чтобы сделать вывод о размерах объектов (даже если они ему примерещились) и длине отдельных линий.

2. Мы можем построить множество догадок о том, что сейчас перед нами, но мир вокруг один-единственный – проще говоря, нужна однозначность. Красная таблетка не может быть одновременно синей, а утка – зайцем. Если хороших вариантов несколько, мы можем переключаться между ними, но не воспринимать их одновременно.

3. Мозг умный. Когда ему приходится выстраивать трехмерное пространство по двумерным изображениям от глаз, он использует накопленный опыт, чтобы выбрать самый вероятный вариант. Мозг ставит на тот вариант, который чаще всего выглядит на плоскости так, как мы видим сейчас. Скажем, тонкая прямая полоска на картинке – это, скорее всего, спичка, а не монетка, потому что спичка выглядит как полоска со многих ракурсов, а монетка чаще – как эллипс или кружок. Прямые углы встречаются часто, а острые и тупые редко.

Комната Эймса легко обманывает умный опытный мозг. Это комната с непрямыми углами, где соотношения сторон и углов тщательно подобраны, а заглянуть внутрь можно через единственное окно. Только отсюда помещение с непрямыми углами выглядит так, как обычная прямоугольная комната. Мозг, как всегда, ставит на статистику и проигрывает, но в реальном мире эта ставка обычно срабатывает: прямоугольных комнат в миллионы раз больше, чем комнат Эймса.

Без способности мозга прогнозировать мы никогда не смогли бы «достроить» объем объектов, так как сетчатка – плоская.

4. Глаз не всегда видит все важные для восприятия детали, и мозгу приходится додумывать недостающее, анализируя контекст. Он дает дополнительную информацию, необходимую для правильного восприятия: скажем, цвета объектов зависят от цвета фона, потому что он помогает оценить освещение внутри сцены. Когда фон малоинформативен, и контекста недостаточно, мозг руководствуется тем, что знает о мире, и старается восполнить пробелы в восприятии.

Наверное, самой нашумевшей иллюзией такого типа стала фотография полосатого платья на пересвеченном фоне, которое люди воспринимали или как сине-черное на свету или как бело-золотое в тени. Этой иллюзии посвящено немало солидных научных статей – ученые пытались понять, почему люди видят платье на фотографии по-разному. Например, оказалось, что совы чаще видят платье сине-черным, а жаворонки – бело-золотым. Скорее всего, это связано с тем, какая схема освещения лучше знакома человеку и кажется более вероятной. Совы привычнее к электрическому свету, а жаворонки больше времени проводят на ярком солнце, поэтому они по-разному достраивают предпочтительный контекст для фото с платьем [8].

5. Наконец, мозг предсказывает будущее [9]. Глаз работает медленно, а мозгу нужно реагировать быстро. Сигналы от глаза поступают в мозг с запозданием: мы видим не то, что происходит сейчас, а то, что было 50–100 мс назад. А чтобы вовремя среагировать, нам нужно знать, что случится еще через 100–200 мс. Нервам и мышцам тоже требуется время, чтобы, например, отбить подачу ровно тогда, когда мяч окажется в зоне досягаемости (а информация от зрения еще только обрабатывается в сетчатке). Мозг действует, как королева из «Алисы в стране чудес»: все время стремится забежать вперед, чтобы не отстать слишком сильно.

Если мы видим линии в такой перспективе, как будто стремительно движемся, а горизонт и объекты вдоль нашего пути разбегаются по сторонам, мозг воспринимает происходящее на картинке как движение, поэтому он корректирует изображение так, как оно будет меняться на ходу. Это отлично срабатывает, когда мы несемся вперед, и видимый мир действительно меняется, как и предсказывалось. На статичном рисунке эти исправления выглядят странновато, но мозг автоматически подправляет картинку – ему так привычнее.

Глава 6
Как устроен слух

Слух играет в жизни человека особую роль, потому что люди разговаривают – обмениваются сведениями и впечатлениями, используя язык и способность уха воспринимать и моментально расшифровывать звуки речи собеседника. Когда человек говорит, воздух из его легких проходит через гортань с голосовыми складками и заставляет их вибрировать. Такие же вибрации издают и другие звучащие объекты – музыкальные инструменты, скрипящие двери, сталкивающиеся бильярдные шары, разбивающиеся тарелки и падающие на пол ножи и вилки. Эти механические колебания воздуха мы и воспринимаем как звуки.

С точки зрения слушателя звук можно описать как громкий или тихий и как низкий или высокий: на языке физических процессов им соответствуют амплитуда и частота колебаний воздуха.

Человеческое ухо способно слышать звуки в широком диапазоне частот – от 20 до 20 000[17]17
  Верхний порог слышимости с возрастом постепенно падает: дети могут слышать звуки частотой до 20 000 Гц, однако для взрослых людей эта граница сдвигается к 14–16 000 Гц [1]. – Прим. авт.


[Закрыть] Гц, при этом звуки человеческой речи попадают в диапазон 100–10 000 Гц.

Амплитуда колебаний соответствует громкости, которая оценивается в децибелах. Встретившись с препятствием, воздушная волна будет давить на него с определенной силой, и это давление можно измерить и перевести в децибелы. Децибелы (дБ) – логарифмическая шкала: увеличивая давление на барабанную перепонку в десять, сто и тысячу раз, мы будем получать усиление громкости на 10, 20 и 30 дБ. Комфортная для нашего уха громкость звуков находится в диапазоне 50–60 дБ, 20–30 дБ – это очень тихие звуки, а 120–130 дБ – чрезвычайно громкие, вызывающие боль в ушах и повреждающие слуховой аппарат.

Чтобы мы могли что-то услышать, то есть чтобы мозг смог воспринять и интерпретировать волны, распространяющиеся по воздуху вокруг нас, механические колебания воздуха нужно преобразовать в электрические импульсы, которые через несколько промежуточных станций смогут попасть в первичную слуховую кору. Откровенно говоря, чтобы преодолеть этот путь и, скажем, превратиться из пара, выходящего через щель в металлической нахлобучке, в свист закипевшего чайника у нас в мозге, ему предстоит пройти множество превращений.

Среднее ухо

Первоначально воздушные волны пролетают через ушную раковину и наружный слуховой проход и с разбегу сталкиваются с барабанной перепонкой – тонкой пленочкой, отделяющей наружное ухо от среднего. Удар воздуха о перепонку приводит в движение три слуховые косточки: прикрепленный к перепонке молоточек толкает наковальню, наковальня передает удар дальше на стремя, а стремя, словно поршень, посылает колебания на овальное окно, за которым уже находится внутреннее ухо.

Система рычагов в среднем ухе работает как специализированный отдел по усилению сигналов: она может усиливать колебания, улавливаемые барабанной перепонкой, в 20 раз [6].

Строение уха

Из среднего уха воздух может проходить в носовую полость через евстахиеву трубу. Обычно этот проход закрыт клапаном, но иногда он может открываться. Это происходит, когда давление снаружи сильно меняется (например, когда человек летит в самолете), и из-за сильного перепада давления воздуха в наружном и среднем ухе барабанная перепонка слишком растягивается, вызывая сильную боль в ухе. Если в этот момент зевнуть или сглотнуть, клапан в евстахиевой трубе откроется, и избыточное давление на барабанную перепонку исчезнет.

Удивительная особенность среднего уха в том, что оно может менять коэффициент усиления между барабанной перепонкой и овальным окном, помогая нам адаптироваться к громким звукам. К молоточку и наковальне прикрепляются миниатюрные мускулы; в напряженном состоянии они могут сдерживать толчки между слуховыми косточками, придавая всей системе дополнительную жесткость. При этом низкие звуки ослабляются сильнее, чем высокие. Благодаря такой особенности мы можем слышать собеседника даже там, где очень шумно (звуки шума чаще всего более низкочастотны, чем голос). Этот же механизм включается, когда мы говорим сами: благодаря этому мы слышим свой голос более приглушенно, чем любые другие звуки той же громкости поблизости.

Очень громкие звуки действительно способны повредить наш слуховой аппарат.

Кроме того, этот механизм помогает нам защитить слух: слишком громкие звуки могут чисто механически повреждать нежные ткани внутреннего уха, а мышечный рефлекс в среднем ухе старается уберечь чувствительные клетки от повреждений. К сожалению, чтобы привести в действие защитный механизм, нужно время: речь идет о промежутках около 1/10 секунды, но даже этого времени достаточно, чтобы внезапный грохот (например, выстрел или взрыв) смог повредить внутреннее ухо. В крайних случаях человек может полностью потерять слух. Это называется баротравмой.

Внутреннее ухо

Через овальное окно колебания попадают во внутреннее ухо, которое делится на две функциональные части – улитку и лабиринт. Лабиринт состоит из полукружных каналов – они отвечают за равновесие, отслеживая положение головы в пространстве и направление ускорения, когда мы решаем изменить положение тела или покрутить головой.

Улитка – это слуховая часть внутреннего уха, отвечающая за превращение звуков в нервные импульсы. Здесь волны распространяются уже в виде колебания жидкости, заполняющей каналы внутри улитки.

Улитка представляет собой полую спираль длиной около 3 см и диаметром около 2 мм, поделенную на три отдельные полости, заполненные жидкостью. Полости внутри улитки называют лестницами. По барабанной лестнице механическая волна проходит по спирали внутрь от овального окна до самой верхушки и затем возвращается обратно по лестнице преддверия до круглого окна. Между ними расположена средняя лестница: на дальнем конце спирали у вершины улитки средняя лестница замыкается, а барабанная лестница соединяется с лестницей преддверия небольшим отверстием в мембране, позволяя остаткам колебаний внутри жидкости проходить от кончика обратно до круглого окна.

Внутри средней лестницы расположен миниатюрный кортиев орган. Он умеет улавливать звуковые волны и преобразовывать их в электрические потенциалы на поверхности нейронов. Ключевую роль в этом процессе играют волосковые клетки – главные уловители механических колебаний внутри кортиева органа. Они прикреплены сразу к двум мембранам: основанием – к гибкой основной мембране[18]18
  Ее еще называют базилярной мембраной. – Прим. авт.


[Закрыть], отделяющей кортиев орган от барабанной лестницы, а верхушкой – к желеобразной, но довольно жесткой покровной (текториальной) мембране. Когда механическая волна бежит по жидкости от основания к вершине улитки, она способна деформировать податливую основную мембрану, смещая ее относительно покровной. Главный удар в этот момент берут на себя волосковые клетки, зажатые между двумя мембранами: пока основная мембрана колеблется, их колышет из стороны в сторону – эти колыхания и запускают процесс передачи нервного импульса.

Каким образом мозг отличает различные звуки – тонкий писк от утробного гудения (или, другими словами, высокочастотные колебания от низкочастотных)? Разные части улитки чувствительны к разной высоте звуков, это происходит благодаря различным свойствам основной мембраны у входа и на самом кончике спирали. При входе в улитку основная мембрана узкая и туго натянутая; здесь она легко входит в резонанс с самыми высокими тонами, попадающими в улитку. Чем дальше от входа, тем шире и слабее натянута мембрана, поэтому она резонирует с более низкими тонами, заставляя колебаться волосковые клетки и генерируя нервные импульсы.

Такое устройство напоминает клавиатуру пианино: слева расположен кончик улитки, справа вход и овальное окно, только диапазон октав в нашем ухе намного шире, чем в музыкальных инструментах. Получается, что каждый участок основной мембраны чувствителен к звукам определенной частоты, и место волосковой клетки, активирующей нейроны, однозначно определяет высоту звука, которое уловило ухо. Тренированное ухо может распознать всего около 1500 различных тонов [10].

Преобразования звуковой волны в электрические импульсы и сложный путь слухового сигнала в мозге

Сами волосковые клетки, раскачивающиеся вместе с участком основной мембраны, не относятся к нейронам; это сильно видоизмененные клетки кожи. В отличие от нейронов они еще не умеют генерировать нервные импульсы, зато, в отличие от других клеток кожи, уже умеют менять разность потенциалов на своей поверхности и выделять нейромедиатор. Волосковые клетки называются так неслучайно: на верхушке каждой клетки есть ирокез из жестких волосков[19]19
  Они называются стереоцилиями. – Прим. авт.


[Закрыть], а на кончике каждого волоска находятся чувствительные к растяжению калиевые каналы. Когда клетка раскачивается из стороны в сторону, эти каналы то закрываются, то открываются, пропуская внутрь клетки калий.

Каналы соединяют богатую калием эндолимфу, заполняющую среднюю лестницу, с цитоплазмой, поток калия сбрасывает разницу потенциалов на клеточной мембране – клетка деполяризуется. Из-за этого открывается еще один тип ионных каналов, которые пропускают внутрь клетки кальций. Он связывается с пузырьками нейромедиатора глутамата, которые хранятся в основании клетки, и в итоге пузырьки схлопываются с клеточной мембраной, а нейромедиатор выбрасывается наружу. Его улавливают окончания нервных клеток, сидящих поблизости в спиральном ганглии, и уже оттуда нервный импульс отправляется в глубь мозга.

Нос и уши связаны друг с другом: воздух из среднего уха может проходить в носовую полость через евстахиеву трубу.

Я привожу этот процесс в таких подробностях, потому что с этим сложно устроенным механизмом связаны некоторые интересные вещи. Начать нужно с того, что волосковые клетки тоже бывают разными. Внешние волосковые клетки более многочисленны, в кортиевом органе они сидят компанией в три ряда, однако к ним «прислушивается» всего 5 % нейронов, отправляющих звуковые сигналы в мозг. Остальные 95 % нейронов подводят свои чувствительные окончания к внутренним волосковым клеткам, которых в ухе в три раза меньше, чем внешних, – они сидят отдельным рядком ближе к основанию кортиева органа.

Если большую часть звуковой информации формируют малочисленные внутренние клетки, чем же заняты многочисленные внешние? Ответ на этот вопрос звучит немного парадоксально: они танцуют. Кроме шуток: внешние волосковые клетки начинают активно раскачиваться в ответ на малейшие колебания основной мембраны.

Только у внешних волосковых клеток на мембране есть специальные подвижные белки, заставляющие клетку пританцовывать, используя разность потенциалов между цитоплазмой и эндолимфой. Раскачиваясь, внешние волосковые клетки усиливают колебания основной мембраны, увеличивая сигнал для неподвижной, но чуткой внутренней волосковой клетки.

Эти танцы внешних волосковых клеток могут приводить к необычному на первый взгляд явлению: ухо может не только воспринимать звуки, но и испускать их. Если перед самым человеческим ухом прозвучит отрывистый щелчок, чувствительный «микрофон» внутри слухового прохода сможет записать короткое эхо, которое издаст в ответ здоровое ухо с нормальными наружными волосковыми клетками. Иногда эти клетки могут совершенно спонтанно слегка подрагивать; если вокруг очень тихо, наш слуховой аппарат может уловить сигналы, возникающие во время этих подергиваний – это и есть то, что называют звенящей тишиной: в отсутствие любых звуков ухо начинает улавливать собственный едва заметный звон, издаваемый волосковыми клетками. Проблемы со слухом внутри улитки могут проявляться двояким образом: с одной стороны, в поврежденных участках улитки колебания наружных волосковых клеток могут становиться слишком сильными, и тогда в ушах возникает неприятный постоянный звон – тиннитус. С другой стороны, воздействие мощной ударной волны звуков за пределами болевого порога может настолько повредить волосковые клетки, что ухо станет беззвучным – оно потеряет способность улавливать звуки, и эха из уха доноситься тоже не будет [6].

1500 тонов – именно столько способно распознавать человеческое ухо (если перед этим хорошенько натренировать его).

Еще одна интересная особенность внутреннего уха в том, что оно не только отправляет сигналы в мозг, но и получает множество сигналов из него: они используются для того, чтобы максимально сконцентрировать восприимчивость основной мембраны в нужном диапазоне для получения более отчетливого сигнала. Этот механизм помогает нам слышать голос собеседника в гомоне других голосов в толпе, настраиваясь на его тембр [1].

Легко ли увидеть мир вверх тормашками?

На сетчатке мир отображается перевернутым, но видим мы его правильно: сверху небо или потолок (нижняя часть сетчатки), снизу земля или пол (верхняя часть). Если лечь на бок, изображение на сетчатке повернется, однако мы все еще правильно будем воспринимать направления: потолок теперь будет проецироваться на боковой части сетчатки, но мы по-прежнему будем воспринимать его сверху, а пол снизу. Каким образом мозг определяет, где верх и низ у изображений на сетчатке, и легко ли его обмануть, перевернув мир вверх тормашками?

Один из первых, кто задался этим вопросом, был Джордж Стрэттон – изобретатель инвертоскопа. Это такие специальные очки с зеркалами, которые переворачивают то, что мы видим, перед тем как это еще раз перевернет хрусталик: в итоге изображение на сетчатку попадает в правильной ориентации, а не в перевернутой. Каким же его видит мозг?

Стрэттон решил стать первым испытуемым, и в 1897 году носил свои необычные очки, не снимая, восемь дней подряд. По его собственным сообщениям, в первый день его тошнило, потом стало немного легче, и только на четвертый день все встало на свои места, и он перестал видеть мир перевернутым. На пятый день он смог перемещаться по дому без особых затруднений, однако если он присматривался к предметам, они опять начинали выглядеть перевернутыми. В общем, зрение адаптировалось к произведенному перевороту, но за неделю Стрэттон так и не смог полностью освоиться в перевернутом мире. Когда он снял очки, нормальное восприятие вернулось почти сразу, спустя несколько часов все выглядело как обычно.

Многие исследователи пытались повторить опыты Стрэттона, но ни один из испытуемых не сказал о том, что к нему вернулось нормальное восприятие мира, где все вернулось на свои места, – ни через четыре дня, ни через десять [11]. Они смогли приспособиться к этому странному ощущению, перемещаться без посторонней помощи и даже управлять велосипедом, но видимый мир упрямо отказывался вставать на свое привычное место. Испытуемые говорили, что все выглядит так, словно их перевернули вверх ногами в обычном мире. Когда мозг пытается сориентировать видимое изображение в пространстве, он полагается не только на зрение, но и учитывает сигналы от вестибулярного аппарата.

Вестибулярный аппарат определяет положение нашего тела в пространстве. Его сенсоры находятся во внутреннем ухе рядом с улиткой. Для этого используются волосковые клетки в полукружных каналах лабиринта и на специальных участках чувствительного эпителия, только здесь они воспринимают не звуковые колебания, а действие гравитации и силы ускорения, которые смещают волоски, погруженные в инертную желеобразную субстанцию, когда мы меняем положение тела. Если вестибулярный аппарат не работает как надо, это может проявляться по-разному: иногда люди дезориентированы в пространстве, не могут удержать равновесие и страдают от головокружений, но бывает и так, что человек чувствует себя нормально, вот только видит мир повернутым набок или вовсе перевернутым [12].

Тем не менее вполне здоровые люди могут увидеть мир перевернутым без инвертоскопа – правда, только в том случае, когда на них перестает действовать гравитация, как это случается с космонавтами в невесомости. По этой причине у космонавтов должно быть не только крепкое здоровье, но и нервы: сенсорный конфликт и мир, переворачивающийся перед глазами, неподготовленного человека могут свести с ума [13]. Тренировки перед космическом полетом могут могут походить на кошмар: человек, которого раскручивают на центрифуге с большим ускорением, может чувствовать тошноту, головокружение и… увидеть мир вверх тормашками, не покидая земли.

Вестибулярная система взаимодействует со зрительной, проставляя точки отсчета «верх – низ» для того, что мы видим. Видеть мир в правильной ориентации мы можем благодаря совместной работе глаз и ушей. Чтобы посмотреть на мир вверх ногами, достаточно встать головой вниз, но мозг все равно будет прекрасно понимать, где верх, а где низ. Чтобы увидеть мир по-настоящему перевернутым, нужно обмануть оба чувства или же серьезно повредить одно из них.