Текст книги "Революция в зрении. Что, как и почему мы видим на самом деле"

Марк Чангизи
Революция в зрении: что, как и почему мы видим на самом деле

Mark Changizi

The Vision Revolution

How the Latest Research

Overturns Everything We Thought

We Knew

About Human Vision

Перевод с английского канд. биол. наук Антона Гопко

Издание осуществлено при поддержке Фонда некоммерческих программ Дмитрия Зимина “Династия”

Фонд некоммерческих программ “Династия” основан в 2002 году Дмитрием Борисовичем Зиминым, почетным президентом компании “Вымпелком”. Приоритетные направления деятельности Фонда – развитие фундаментальной науки и образования в России, популяризация науки и просвещение.

В рамках программы по популяризации науки Фондом запущено несколько проектов.

В их числе – cайт elementy.ru, ставший одним из ведущих в русскоязычном Интернете тематических ресурсов, а также проект “Библиотека ‘Династии’” – издание современных научно-популярных книг, тщательно отобранных экспертами-учеными. Книга, которую вы держите в руках, выпущена в рамках этого проекта.

Более подробную информацию о Фонде “Династия” вы найдете по адресу

www.dynastyfdn.ru.

Введение
Естественно, и даже сверх того

В фильме “Неуязвимый” М. Найта Шьямалана злодей Элайджа Прайс говорит: “Многим людям трудно поверить, что и в них самих, и в других кроются экстраординарные способности”. Положительный герой картины Дэвид Данн действительно не подозревает ни о том, что обладает необычайной силой, ни о невозможности причинить ему какой-либо физический вред (кроме как утопить), ни о своей способности предчувствовать недоброе. Если бы отрицательный персонаж фильма не открыл Данну глаза, тот мог бы прожить всю жизнь так, что никто, в том числе он сам, не узнал бы о его сверхспособностях.

На первый взгляд удивительно, почему Данн оставался в неведении относительно своих дарований. Ну как он, работая охранником, ежедневно пользовался своим умением распознавать зло – и умудрялся этого не замечать? Однако большая доля наших способностей, сверхъестественных и не очень, именно такова. Например, простое умение стоять на ногах требует сложных вычислений, которые мы проделываем, не отдавая себе в том отчета. Сложные механизмы наподобие Дэвида Данна и нас с вами функционируют лишь потому, что обладают невероятным количеством способностей, действующих сообща, но в каждый момент времени мы осознаем только немногие из них. Естественный отбор позаботился о том, чтобы наше драгоценное сознание применялось лишь там, где оно нужнее всего, а все остальное заставил работать скрытно.

Непроизвольные процессы, происходящие у нас в организме, редко сообщают нам о своих целях. Печень еще никому никогда не призналась, что ее назначение – обезвреживать токсины, и инструкция к ней тоже не прилагается. Нейрохирургам пока что не удалось обнаружить какой-либо участок мозга с этикеткой вроде: “Для предвидения будущего. Не удалять без предварительной консультации с врачом или священником”. Функции нашего организма выполняются плотью без ярлыков, и ни один, даже самый фантастический, прибор не позволит нам напрямую “считывать” их в лаборатории.

Что же касается способностей, то их выявить и того труднее, потому что они проявляются в полной мере только там, где они нам нужны, и только тогда, когда они нам нужны. Наши способности формировались естественным отбором в течение миллионов лет для того, чтобы помогать нам выживать и размножаться в естественных условиях. И понять их без знания окружения, в котором они возникли, так же невозможно, как невозможно понять степлер, не зная, что такое бумага.

Итак, разглядеть собственные сверхспособности, посмотрев внутрь себя, невозможно. Их не увидишь в микроскоп. И не поймешь, даже изучив в лаборатории все закоулки лежащего перед тобой куска мяса. А вот если обратить взор наружу, на естественную среду обитания, – то тогда другое дело. К счастью, у нас есть способы узнать, на что мы действительно способны. Применяя научный подход, мы можем выдвинуть гипотезу насчет предназначения той или иной биологической структуры (предположить, каковы ее способности), а потом проверить эту гипотезу и вытекающие из нее прогнозы. Прогнозы могут касаться, например, вопроса о том, как данные способности изменятся в зависимости от местообитания, какими другими признаками должно отличаться животное, обладающее данными способностями, и даже о том, как данная биологическая структура выглядела бы, будь она специально, осознанно разработана для выполнения своих предполагаемых задач. Вот как мы, ученые, выявляем скрытые способности изучаемых объектов.

Именно этим и собирается заняться данный ученый в данной книге – выявлением способностей. Точнее, сверхспособностей. А еще точнее, сверхспособностей, связанных со зрением, – в общей сложности четырех, по одной на каждый из основных аспектов зрения: цветность, бинокулярность, распознавание движения и объектов. Если выражаться языком супергероев, это телепатия, предвидение, спиритизм и рентгеновское зрение. Сейчас вы, вероятно, думаете: “Откуда у нас взяться этим способностям? Автор, предполагающий такое, наверняка чокнутый”. Позвольте сразу же вас успокоить: в этой книге не будет рассказов о сверхъестественном. Да, я в самом деле утверждаю, что мы обладаем четырьмя этими сверхспособностями, но обеспечиваются они нашим телом и мозгом, безо всяких таинственных сил, волшебства и мошенничества. Поверьте, я зануда, упертый ученый сухарь, который раздражается, когда по какому-нибудь научно-популярному кабельному каналу показывают передачу о призраках, мистике и тому подобной чепухе.

Но почему же тогда я пишу о сверхспособностях? Кто-то, вероятно, скажет, что, дескать, нет волшебства – нет и сверхспособностей. Может, и так. Но я склонен утверждать, что волшебства нет, а вот сверхспособности существуют. Я называю четыре названные способности сверхспособностями, потому что их обычно приписывают сказочным персонажам. Считается, что мы, простые смертные, ими обделены.

То, что мы обладаем зрительными сверхспособностями и никто из нас о них не догадывается, – одна из причин, почему я думаю, что данная книга доставит вам удовольствие. В конце концов, сверхспособности – это весело. С этим не поспоришь. Но речь в книге пойдет не только о них. Каждая из этих четырех сверхспособностей является верхушкой одного из айсбергов, а под поверхностью скрывается глобальный вопрос, касающийся нашей с вами природы. Настоящая цель моей книги – дать ответы на вопросы “почему”. Почему мы видим в цвете? Почему наши глаза направлены вперед? Почему они иногда нас обманывают? Почему буквы имеют именно такую форму?

Но, скажите на милость, какая может быть связь между этими серьезными научными вопросами и сверхспособностями? Мне бы не хотелось выдавать все ответы разом, но в качестве приманки могу дать несколько подсказок. Свое цветовое зрение мы используем для того, чтобы видеть человеческую кожу, и благодаря этому способны оценить эмоциональное состояние друзей или недругов (телепатия). Наши глаза направлены вперед, и потому мы можем видеть сквозь предметы, будь то собственные носы или хаос из окружающих нас объектов (рентгеновское зрение). Зрительные иллюзии возникают оттого, что наш мозг вместо того, чтобы как следует распознавать настоящее, пытается выстроить картину будущего (предвидение). Ну и, наконец, буквы эволюционировали на протяжении веков так, чтобы их форма напоминала природные объекты, потому что природные объекты мы приспособлены видеть лучше всего. А буквы позволяют нам беспрепятственно читать мысли как живых, так и… умерших (спиритизм).

Хотя все эти сверхвозможности связаны со способностью видеть, по большей части они – следствие работы головного мозга и его эволюции. Половина нашего мозга специализируется на вычислениях, необходимых для зрительного восприятия, так что если вы изучаете мозг, то примерно половину своих усилий вам придется посвятить проблемам зрения (пренебрегая слухом и обонянием, вы упустите существенно меньше). Причем не только мозг человека является “наполовину визуальным”. Наша зрительная система изучена гораздо лучше остальных. Целое столетие исследователи в области так называемой психофизики зрения занимались картированием взаимосвязи между зрительными стимулами, возникающими перед глазом, и их восприятием, формирующимся “позади” его, в головном мозге. Десятилетиями Джон Оллмен, Джон Каас, Дэвид ван Эссен и другие ученые составляли карту зрительной коры мозга приматов, а множество других исследователей детально описывало и функциональную специализацию каждой области этой карты, и действующие там механизмы.

Кроме того, для ответов на вопросы, относящиеся к мозгу, необходимо понимание его эволюции и природных условий, в которых она по большей части происходила. Опять-таки, в случае зрения мы располагаем значительно более ясной картиной, чем в случае других наших чувств, мышления или поведения. Примерно половина нашего мозга обслуживает зрение. Гораздо больше половины хорошо изученных областей мозга так или иначе связаны со зрением, и это неизбежно делает зрение краеугольным камнем любой хоть сколько-нибудь стоящей попытки разобраться в том, как работает мозг.

Ну а кто же я такой, помимо того что я зануда, сухарь и подписчик кабельного телевидения? Я нейробиолог-теоретик, иными словами, я использую свое образование в области физики и математики, чтобы предлагать и проверять теории в области нейронаук. Если конкретнее, то я интересуюсь функциями и устройством мозга, организма, а также поведением и восприятием. В биологии и нейронауках меня увлекает то, почему все устроено именно так, а не иначе, а не то, как все на самом деле работает. Если вы опишете мне все механизмы в мозге, лежащие в основе нашего восприятия цвета, я все равно не перестану задаваться более важным для меня вопросом: “Почему в процессе эволюции у нас вообще выработались механизмы, осуществляющие такое восприятие?” Этот вопрос направлен на выяснение конечной причины, почему мы такие, какие мы есть, а не непосредственных причин (заставляющих мои глаза тускнеть от скуки). Чтобы попытаться найти ответы на такие “почему”, мне пришлось также изучать эволюцию, потому что только зная ее закономерности, а также условия окружающей среды, в которых формировался тот или иной признак (скажем, цветовое зрение), можно прийти к ответу. Полагаю, это делает меня эволюционным нейробиологом-теоретиком. Вот почему эта книга не только посвящена четырем новым идеям в науке о зрении, но и делает упор на “эволюционное”, а не на “революционное”.

Но довольно предисловий. Давайте двигаться вперед. Или лучше, как советовала группа “Пятое измерение”, “вверх, ввысь и вдаль!”

Глава 1
Цветовая телепатия

– Хо-хо! – гаркнул леопард. – А я тебе скажу, что ты здесь, в темноте, выделяешься, как горчичник на спине угольщика.

– Ну, нечего ругаться, этим сыт не будешь, – заявил эфиоп. – Ясно, что мы не подходим к здешней обстановке. Я думаю последовать совету павиана. Он сказал мне, чтобы я позаботился о перемене. Так как у меня ничего нет, кроме кожи, то я ее и переменю.

– Переменишь? – спросил леопард в сильнейшем недоумении.

– Ну да. Мне нужно, чтобы она была иссиня-черная. Тогда удобно будет прятаться в пещерах и за деревьями.

Сказано – сделано. Леопард недоумевал еще больше, так как ему в первый раз приходилось видеть, чтобы человек менял кожу.

Редьярд Киплинг “Как леопард получил свои пятна”[1]1
  Пер. Л. Хавкиной. – Здесь и далее, если не указано иное, – примечания переводчика.


[Закрыть]

Телепатия

Вы стоите в луже молока, вокруг осколки, а двое ваших детей показывают друг на друга. Способность читать мысли сейчас пришлась бы очень кстати: допрашивать четырехлетних – дело бесперспективное, а наказывать разом обоих претит. К сожалению, способные к телепатии супергерои вряд ли явятся вам на помощь. Им некогда: они проникают в замыслы пришельцев, мчащихся в космических кораблях с торпедами наготове, а может, спасают человечество от кровожадных мутантов. Вам приходится рассчитывать только на себя.

Ну а вы? Не обладаете ли вы способностью читать чужие мысли, угадывать эмоции? Если под угадыванием эмоций подразумевается умение распознавать выражения лица, то, конечно, мы все к этому способны. Но обычно чтением мыслей мы называем нечто иное. По нашим представлениям, телепаты используют для восприятия эмоционального состояния окружающих какие-то дополнительные, особые органы чувств. Считывая выражения лиц, мы пользуемся не шестым чувством, а глазами и головным мозгом, который обрабатывает зрительную информацию. Вот почему угадывание мыслей по выражению лица телепатией считать не принято.

Чтение мыслей – то есть использование специальных органов чувств, позволяющих узнать, о чем думают другие, – не такая чушь, как может показаться на первый взгляд. Существуют животные, на самом деле способные ощущать активность мозга других животных. Например, у акул, утконосов и угрей имеются особые органы, наделяющие их способностью к электрорецепции: улавливанию электрической активности нервных систем животных, оказавшихся поблизости. Поскольку эта способность не позволяет различать виды мозговой активности, назвать ее телепатией нельзя. Тем не менее данный пример ясно показывает, что животные, могущие чувствовать работу головного мозга на расстоянии, существуют. К сожалению, угри вряд ли сумели бы сказать, кто из детей разлил молоко. Скорее всего, они лишь увеличили бы неразбериху на кухне.

В настоящее время чтением мыслей занимаются в некоторых нейробиологических лабораториях, использующих технологии вроде функциональной магнитно-резонансной томографии (ФМРТ), которая позволяет визуализировать активность головного мозга. Например, нейробиологи Юкиясу Камитани и Фрэнк Тун показывали людям, находившимся внутри аппарата ФМРТ, линии различной направленности и по изображениям мозга могли определить, какую из восьми возможных ориентаций видит испытуемый. По всей вероятности, ваши дети не находились внутри аппарата ФМРТ, когда они разливали молоко, но вы могли бы добраться до истины в этом темном деле при помощи более грубого приспособления – детектора лжи (полиграфа). Этот прибор изобретен в конце XIX века и используется с тех пор органами правопорядка в качестве примитивного телепатического устройства. Принцип работы детектора лжи основывается на том хорошо известном психофизиологам факте, что некоторые эмоции обычно сопровождаются физиологическими изменениями. Детектор лжи улавливает изменения таких параметров работы организма, как частота сердечных сокращений, частота дыхания, электрическая проводимость кожи и кровяное давление.

Изменения физиологического состояния человека нередко сопровождаются изменениями в распределении крови между различными частями тела. Это, в свою очередь, сказывается на оттенке и некоторых других свойствах кожи. В 1972 году биоинженер Такуо Аояги воспользовался этим обстоятельством для создания пульсоксиметра – прибора, фиксирующего цветовые показатели кожи и использующего полученную информацию, чтобы определять степень насыщения крови кислородом и выявлять изменения в кровоснабжении. Сегодня такие устройства можно найти практически в любой больничной палате (даже вашим шкодливым отпрыскам их скорее всего прикладывали к пятке, когда они только родились), но используют их не столько для угадывания эмоций, сколько для наблюдения за общим физическим состоянием пациента. Тем не менее, раз известно, что эмоции и настроение могут влиять на физиологическое состояние, значит, пульсоксиметр теоретически может быть еще одним приспособлением для заглядывания в душу.

Так что же, чтение мыслей относится исключительно к сфере компетенции супергероев, утконосов, полицейских и врачей? Или мы все в той или иной степени обладаем этой сверхчеловеческой способностью? Как мы увидим, у нас имеется специальное оборудование, предназначенное для того, чтобы чувствовать кровь под оголенной кожей, и это служит нам окошком во внутренний мир других людей. В сущности, мы наделены даром воспринимать те же самые два параметра, что и пульсоксиметр Такуо Аояги: оксигенацию крови и ее количество в ткани. Так что же это за особое оборудование, о котором я веду речь? Это находящиеся у нас в глазах цветовые фоторецепторы и система цветового зрения в целом. Наши глаза измеряют те же два показателя, что и пульсоксиметр, очень похожим способом – распознавая цвет кожи. Таким образом, наше цветовое зрение – это древнейший оксиметр, который, как и положено оксиметрам, в принципе может быть использован для восприятия настроения и эмоций: наше цветовое зрение наделило нас способностью читать мысли подобно экстрасенсам. Предметом настоящей главы как раз станет эта цветовая телепатия – открытие, которое я и мои соавторы Чжан Цюн и Синсукэ Симодзе первоначально опубликовали в 2006 году в “Философских трудах Королевского общества”.

История начинается с нашей кожи.

Голые цвета

По сравнению с попугаями, рыбами, хамелеонами, кальмарами, пчелами, цветками и плодами растений мы, люди, можем показаться довольно невзрачными. Карнавальный наряд или коробка с мюсли вряд ли получат цвет нашей кожи, а в качестве украшений для сада мы заметно уступаем фламинго или жукам-вертячкам. При дизайне интерьеров “телесный” цвет, о какой бы из человеческих рас ни шла речь, тоже используется нечасто. Как правило, животные, которых мы выбираем для украшения сада (например, птицы, рыбы, пресмыкающиеся и пчелы), не только сами разноцветные, но и способны видеть в цвете. Отсюда можно заключить, что нарядная окраска и цветовое зрение – признаки связанные (но не всегда: каракатицы бывают ярко окрашенными, а цветов не различают). Поэтому инопланетянин, строящий гипотезы о человеческой природе, мог бы, исходя из нашей невзрачной наружности, мало пригодной для украшения садов и крикливой рекламы, сделать вывод об отсутствии у нас с вами цветового зрения.

И все же мы способны видеть в цвете. На это инопланетному наблюдателю сразу указало бы то, что хотя мы сами выглядим неприметно, предметы нашей материальной культуры отнюдь не таковы. Наша одежда раскрашена с выдумкой, так же как и наши лица: модница легко может посвящать нанесению краски на лицо около получаса в день. Расцвечиваем мы не только свои тела, но и свои жилища, и мы способны кипятиться, споря со своей второй половиной о том, в какой оттенок выкрасить стены: “прозрачный желтый” (lucent yellow) или “пырейный” (wheat grass). У нас есть цветовые предпочтения касательно зубных щеток, тостеров, средств для мытья посуды, мусорных ведер, шариковых ручек, компьютеров, даже унитазов. Очень немногие товары производятся только в одном цвете. Знаменитое высказывание Генри Форда “Любой покупатель может приобрести автомобиль любого цвета, при условии, что этот цвет – черный” запомнилось нам именно потому, что с подобным отсутствием выбора нечасто приходится сталкиваться. Форд тут неявно признает человеческую одержимость цветом.

Итак, наша культура выдает наше цветовое зрение с потрохами. Однако культура красок – явление довольно-таки новое: его возраст исчисляется лишь тысячами лет. Конечно, первобытные люди тоже разрисовывали себя и украшали тело татуировками и охотничьими трофеями, но в целом их культурная среда была гораздо менее цветистой, нежели наша. Более того, таким же цветовым зрением, как у нас, обладают многие другие приматы, а этот факт указывает на то, что впервые мы увидели мир в цвете десятки миллионов лет назад – задолго до появления каких бы то ни было предметов материальной культуры, которые можно было бы расцветить по своему вкусу. Так что для чего бы ни было нужно цветовое зрение, изначально оно предназначалось вовсе не для различения цветовых оттенков рукотворных объектов. Скорее наоборот: цвета проникли в культуру потому, что в ходе эволюции у нас развилась способность их видеть.

Так почему же у нас возникло цветовое зрение? Недавно полученные данные наводят на мысль, что причина должна быть как-то связана с кожей. Но, учитывая неинтересную расцветку наших тел, такое заявление должно быть сразу же воспринято в штыки: цветовое зрение на то и цветовое, чтобы видеть цветные объекты. Звучит убедительно, и именно поэтому в течение примерно ста лет доминирующей была другая гипотеза (предложенная в XIX веке Грантом Алленом и поддерживаемая Джоном Моллоном, Дэниелем Озорио, Мишей Воробьевым и другими современными учеными), которая гласит: цветовое зрение появилось для добывания пищи, поскольку оно позволяет разглядеть плоды на фоне листвы. Не так давно антропологи Питер У. Лукас и Натаниэль Дж. Домини предположили, что цветовое зрение изначально предназначалось для того, чтобы распознавать молодые, съедобные листья, отличающиеся по цвету. Цветовое зрение нужно, чтобы видеть цветные предметы, а раз кожа не цветная, то и цветовое зрение не могло возникнуть ради нее. Дело закрыто.

Но если цвета нужны нам не для того, чтобы видеть кожу, почему мы так озабочены тем, чтобы расцвечивать наши тела и лица? Чтобы продемонстрировать, до какой степени мы, люди, любим себя украшать, я изучил цвета, встречающиеся у 1813 предметов западноевропейской одежды из книги Огюста Расине “Полноцветный атлас истории западного костюма: 92 разворота с изображением более 950 подлинных одеяний от средних веков до 1800 года”. Наиболее часто встречающимся цветом оказался красный (20 % случаев), за ним шли синий, белый и зеленый. Цвета, более или менее попадавшие в спектр оттенков человеческой кожи, встретились в 8 % случаев. Результаты этих изысканий представлены на рис. 1 (см. вклейку), и, как вы сами можете видеть, почти все материалы, использовавшиеся для изготовления одежды, имели цвет, весьма далекий от телесного. Миллионы лет убранство нашего тела сводилось к естественным, скучным оттенкам кожи и шерсти, и едва только научившись украшать себя, мы первым делом расцветились от головы до пят! Таким образом, то, почему мы предпочитаем видеть красочную одежду вместо не столь красочной кожи, так и остается загадкой.

Если только… наша кожа не так бесцветна, как я пытался тут это представить. Кожа изменчива. Помимо своих терморегуляторных, эластических и водоотталкивающих качеств кожа обладает поразительными, почти волшебными, цветовыми свойствами, которые не все пока еще понимают и осознают. Кожа умеет становиться цветной. И не просто цветной: она, независимо от расовой принадлежности ее обладателя, способна принимать любой возможный оттенок (как это возможно, я объясню далее). Понимание цветовых особенностей кожи – это ключ к пониманию того, что цветовое зрение исходно предназначалось, чтобы видеть именно кожу (хотя попутно оно могло оказаться полезным и для нахождения плодов или листьев) и, в частности, чтобы “считывать” настроения, эмоции и прочие физиологические состояния.